Расчет антенны со смещенным рефлектором

"Расчет антенны со смещенным рефлектором"

Содержание

Техническое задание

Введение

1. Расчет конструктивных параметров антенны

2. Расчет параметров облучателя

3. Расчет раскрыва рупора

4. Расчет и построение ДН облучателя

5. Расчет раскрыва зеркала

6. Расчет ДН облучателя для каждой точки на зеркале

7. Коррекция полученных результатов

8. Рассчет коэффициента усиления антенны

9. Выбор линии передачи

Вывод

Список литературы

Техническое задание

Исходные данные:

.        Частота f, 24 ГГц.

2.       Ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости (плоскости смещения) по уровню - 3 дБ Dqxz= - и горизонтальной плоскости (плоскости симметрии) Dqуz=--.

3.       Уровень боковых лепестков d, 30 дБ.

.        Коэффициент усиления q, 50 дБ.

.        Форма раскрыва - круг.

.        Тип облучателя - рупорная антенна.

7.       Мощность передатчика в импульсе не более 50 кВт.

Выбрать и рассчитать:

1.       Основные параметры и характеристики облучателя и размеры зеркала.

2.       Диаграмма направленности антенны в главных плоскостях.

3.       Коэффициент усиления антенны.

.        Распределение поля в раскрыве.

5.       Линия передачи и устройства СВЧ, применяемые для получения необходимого типа волны в линии.

Вычертить

1.       Конструкция облучателя с вспомогательными устройствами.

2.       Зеркало с облучателем в трех проекциях.

Введение

Зеркальные антенны - наиболее распространенный тип остронаправленных СВЧ антенн в радиолокации, космической радиосвязи и радиоастрономии.

В процессе проектирования необходимо определить размеры зеркала, распределение поля в раскрыве антенны, рассчитать ДН, КУ, а также разработать конструкцию антенны в целом.

В данной работе рассчитывается антенна со смещенным рефлектором, где рефлектор является несимметричной вырезкой из параболоида вращения.

В качестве облучателя используются рупорные облучатели, которые обладают широкополосностью и большими мощностями излучения.

Прямоугольные рупоры возбуждаются от прямоугольного волновода, конусные - от круглого или через плавный переход от прямоугольного.

1. Расчет конструктивных параметров антенны

Рабочая длина волны, м

Примем КИП равный

Количество столбцов (строк) разбиения раскрыва

Для простоты расчетов, то есть без учета размерностей, расчеты будем вести в длинах волн, следовательно, примем

Волновое число

Пересчитаем КУ в разах  

Радиус раскрыва рефлектора составит

Примем угол зрения из фокуса на верхний край зеркала

Расстояние нижнего края зеркала от оси  

Расстояние верхнего края зеркала от оси

Фокусное расстояние  

Угол зрения из фокуса на нижний край зеркала составит

Угол наклона облучателя

Задаем угол наклона облучателя

Угол обзора зеркала в поперечной плоскости

2. Расчет параметров облучателя

В качестве облучателя задан рупор с круглым раскрывом.

Необходимо, чтобы уровень облучения краев зеркала был не более - 10 дБ. Значит нужно, чтобы ДН облучателя в плоскости Е по нулям вписывалась в угол обзора зеркала y2-y1.

Необходимо, чтобы уровень облучения краев зеркала был не более - 10 дБ. Значит нужно, чтобы ДН облучателя в плоскости Н по нулям вписывалась в угол обзора зеркала b

Радиус раскрыва рупора примем максимальной из получившихся

Длина оптимального конического рупора

Положение фазового центра конического рупора

,

3. Расчет раскрыва рупора

Приращения по Х и Y составят

Координаты центра элементарных площадок раскрыва рупора

Напряженность поля в раскрыве рупора с учетом, что рупор с круглым раскрывом

Фазовая ошибка в раскрыве рупора

антенна смещенный рефлектор зеркало

4. Расчет и построение ДН облучателя

Границы построения ДН в градусах  

5. Расчет раскрыва зеркала

Приращения по Х и Y составят

 ,

,

Координата центра зеркала по оси Х

Координаты центра элементарных площадок зеркала

,

Каждая точка зеркала в системе облучателя имеет координаты

Расстояние до каждой точки на зеркале

Углы и f для каждой точки на зеркале

6. Расчет ДН облучателя для каждой точки на зеркале

Рассчитаем напряженность поля в каждой точке на зеркале

Произведем расчет напряженности поля в каждой точке на зеркале с учетом того, что зеркало имеет вид круга

Границы построения ДН в градусах

Множитель решетки

ДН элемента Гюйгенса

Рассчитаем ДН всей антенны в плоскости Е

Раскрыв рефлектора сведем к горизонтальной эквивалентной решетке

Множитель решетки

Рассчитаем ДН всей антенны в плоскости Н

Поле в раскрыве рефлектора в Е и Н плоскостях

ДН антенны в Е и Н плоскостях

Диаграмма направленности не удовлетворяет условиям проектирования (уровень боковых лепестков должен быть - 30дБ)

7. Коррекция полученных результатов

При первом расчете антенны мы получили диаграмму направленности антенны не удовлетворяющую условиям проектирования. Для уменьшения боковых лепестков нужно сузить диаграмму направленности облучателя. Сделаем это при помощи изменения радиуса раскрыва рупора (уменьшим его) и попробуем варьировать углом наклона облучателя.

В результате возьмем радиус раскрыва рупора

Длина рупора получится равной

Положение фазового центра конического рупора , ,

Аналогично строим диаграмму направленности излучателя:

Поле в раскрыве рефлектора в Е и Н плоскостях:

ДН антенны в Е и Н плоскостях:

8. Рассчет коэффициента усиления антенны

Коэффициент направленного действия антенны составит

Коэффициент полезного действия антенны

Коэффициент усиления антенны составит, дБ

Коэффициент использования поверхности рефлектора составит

9. Выбор линии передачи

В данной курсовой работе питание осуществим при помощи круглого волновода, который плавным переходом соединяется с прямоугольным волноводом.

Из справочника [3] выберем круглый волновод С-255 с параметрами:

Критическая частота: Н₁₁ - 21,1 ГГц; Е₀₁ - 27,5 ГГц;

При таких значениях критических частот в данном волноводе на частоте

f=24 ГГц будет распространяться только основная волна H11.

Внутренний диаметр: d = 0,008331м

Внешний диаметр: D = 0,009855м

Аналогично выберем прямоугольный волновод R260 со следующими параметрами:

Диапазон частот для основного типа волны от 21,7 ГГц до 33ГГц;

Внутренние размеры: ширина a = 0,008636 м, высота b = 0,004318 м;

Внешние размеры: ширина a₁ = 0,01067 м, высота b₁ = 0,00635 м.

Для соединения прямоугольного и круглого волновода будем использовать плавный переход с постепенным изменением сечения от круглого к прямоугольному.

Рассчитаем длины волн в волноводах:

Длина волны в прямоугольном волноводе

Длина волны в круглом волноводе ,

где а=0,004315м

Для уменьшения отражения длинуперехода целесообразно брать

Вывод

В данной курсовой работы была спроектирована зеркальная антенна со смещенным рефлектором.

Были рассчитаны характеристики, параметры и размеры облучателя, построены диаграммы направленности антенны, рассчитан коэффициент усиления, и выбрана линия передачи.

Полученная в ходе проектирования антенна обладает следующими характеристиками: коэффициент усиления 50,66 дБ, уровень боковых лепестков - 30дБ, коэффициент использования зеркала составил 0,699.

чертеж зеркала с облучателем

чертеж конструкции облучателя.

Рассчитанная рупорная антенна удовлетворяет техническому заданию.

Список литературы

1.       ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНТЕННЫХ СИСТЕМ СВЧ: Методические указания к курсовому проекту / М.П. Наймушин, Б.А. Панченко, С.Н. Шабунин. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002.48 с.

2.       Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988.432с.

.        . Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. М.: Советское радио, 1967.652 с.