Електричний та конструктивний розрахунок усіченого параболоїда
1. Вихідні дані
1. Ширина діаграми
спрямованості (ДС) - 2Ө0,5р= 1 º, 2𝜑0,5р= 3 º
2. Рівень бокових
пелюстків - дБ Fба= - 22 дБ
3. Довжина хвилі - λ = 10 см
4. Тип опромінювача
- пірамідальний рупор
5. Поляризація -
кругова
. Конструкція, принцип
дії параболоїда обертання
Відсічений параболоїд
обертання використовується для утворення віялоподібних ДН і являє собою вирізку
з параболоїда обертання. Вирізку роблять або симетричною (рис. 1, а), або
несиметричною (рис. 1, б)
Відносно площини, яка
проходить через вісь параболоїда. Несиметричні вирізки використовуються для
зменшення впливу дзеркала на опромінювач і зменшення впливу опромінювача на
бокове випромінювання антени. Іноді для зниження рівня бокових пелюсток вирізку
роблять по контуру рівно інтенсивного опромінення (штрихові лінії на рис. 1).
Якщо цей контур відповідає спаду поля опромінювача приблизно на 9-10 дБ, то КСД
антени буде максимальним. У відсіченому параболоїді обертання використовується
точковий опромінювач з ДС, яка має різну ширину в головних площинах. Зазвичай
це пірамідальний рупор.
Відсічений параболоїд
трансформує сферичний фронт хвилі (паралельний пучок променів)
опромінювача в плоский фронт в розкриві дзеркала. Для цього фазовий центр
опромінювача встановлюють в фокусі параболоїда.
Поле, яке випромінює
антена, представляє собою сему полів, викликаних самим дзеркалам, його
металічними конструктивними елементами, призначених для кріплення
випромінювача. Та поля випромінювача, випромінюючого ним за межами кутів,
займаємих дзеркалом. Енергія випромінювача. Не перехоплена дзеркалом, та
енергія, розсіяна на елементах конструкції, збільшують побічне випромінювання,
впливаючи в основному на «дальні» бокові пелюстки з малим в порівнянні рівнем.
Вплив цих факторів на основний та перші бокові пелюстки незначний їм зазвичай
нехтують, рахуючи, що поле випромінене збуджуються тільки в розкриві дзеркала.
При цьому нехтують також полем, яке виникає в результаті затікання струмів на
«тіньову» поверхню дзеркала.
3. Конструктивний
розрахунок відсіченого параболоїда обертання
Розрахунок геометричного
розміру параболоїда
Виходячи з необхідної
ширини діаграми спрямованості в головних площинах, визначаємо орієнтовані
розміри антени:
2Θ0,5р=67 (λ/2а1) 2а1= 67 (λ/2Θ0,5р)
Д1= 2а1=
67 (0,10 /1) = 6,7 а1=3,35 м.
ϕ0,5р=67 (λ/2а2) 2а2= 67 (λ/2 ϕ 0,5р)
Д2=2а1=
67 (0,1 / 4) = 1,675 а2=0,8375 м.
Задаючись значенням а\р = 0,7, визначаємо фокусну відстань та глибину дзеркала:
р= а2/0,7
f=p/2
р = 0,8375 / 0,7=1,1964
f=1,19 \ 2 = 0,595 м.1= а12 /2 p z1=0,469
м. z2= а22 /2 p z2=0,295 м.
Вираховуємо кути
розкриву в головних площинах
Θ0/2=arctg(a1/2f)
Θ0/2=15,6 Θ0=31 ̊
ϕ 0/2=arctg(a2/2f)
ϕ 0/2 = 35 ̊ ϕ 0= 70 ̊
4. Конструктивний
розрахунок опромінювача
Геометрія опромінювача
Е - площині:
ΨE = 
Враховуючи, що: 
на рівні 0,3.
Н - площині:
ΨН = 
Враховуючи, що: 
на рівні 0,3.
Розрахунок ДС
опромінювача
в Е - площині
ДС - при рівномірному
амплітудному розподілі розраховується за формулою:
E (
) = 
;
Оскільки ДС джерела
Гюгенса набагато ширше ніж ДС опромінювача, дивись (рис. 3),
тоді 
.
Використовуючи
формулу 
,
будемо вважати, що ДС опромінювача Е - площині розраховується наступним чином:
E ()
= 
де
ΨE = 
ΨE = 
, задаємося значенням 
|
Ө
|
0
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
70
|
|
ΨЕ
|
0
|
0,44
|
0,86
|
1,26
|
1,60
|
1,94
|
2,19
|
2,36
|
|
F(𝜑)
|
0,98
|
0,88
|
0,75
|
0,62
|
0,50
|
0,39
|
0,30
|
ДС опромінювача в Н -
площині:
E (ϴ) = 
;
Оскільки ДС джерела
Гюгенса набагато ширше ніж ДС опромінювача, дивись (рис. 3), тоді .
Використовуючи формулу 
, будемо вважати, що ДС опромінювача Н - площині розраховується
наступним чином:
E (ϴ) = 
ΨН = 
, задаємося значенням 
|
Ө
|
0
|
10
|
20
|
31
|
|
ΨН
|
0
|
1,06
|
2,07
|
3,13
|
|
F(Ө)
|
1
|
0,86
|
0,62
|
0,3
|
Розрахунок амплітудного
розділу в розкриві дзеркала в Е - площині
Розрахунок 
за формулою:
|
№ з\п
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
|
2
|
10
|
0,087
|
0,124
|
0,98
|
0,98
|
0,96
|
|
3
|
20
|
0,176
|
0,251
|
0,939
|
0,88
|
0,85
|
|
4
|
30
|
0,267
|
0,381
|
0,866
|
0,75
|
0,71
|
|
5
|
0,363
|
0,519
|
0,766
|
0,62
|
0,55
|
|
6
|
50
|
0,466
|
0,666
|
0,642
|
0,50
|
0,41
|
|
7
|
60
|
0,577
|
0,824
|
0,500
|
0,39
|
0,30
|
|
8
|
70
|
0,700
|
1
|
0,342
|
0,3
|
0,20
|
в H - площині
Розрахунок за формулою:
|
№ з\п
|
Ө
|
|
|
|
|
|
|
1
|
0
|
0
|
0
|
1
|
1
|
1
|
|
2
|
10
|
0,087
|
0,311
|
0,98
|
0,86
|
0,85
|
|
3
|
20
|
0,176
|
0,629
|
0,939
|
0,62
|
0,60
|
|
4
|
31
|
0,277
|
1
|
0,866
|
0,30
|
0,28
|
Апроксимуємо отриманий
АР однієї із функцій 
Е - площині:
ρ1
ρ0 ρ0 = а2 =
8,37 
|
ρ1
|
0
|
0,148
|
0,29
|
0,45
|
0,62
|
0,79
|
0,98
|
1
|
|
|
1
|
0,98
|
0,93
|
0,83
|
0,69
|
0,50
|
0,23
|
0,2
|
ρ1ρ0 ρ0 = а1 =
3,35 
|
ρ1
|
0
|
0,59
|
0,75
|
1
|
|
|
1
|
0,85
|
0,60
|
0,28
|
. Розрахунок діаграми
направленості антени
Рзрахунок ДН антени в
площині - Е:
A(𝜑) =
|
𝜑А
|
|
|
|
|
FA(θ)
|
|
0
|
0
|
0,2
|
0
|
0
|
1
|
|
1
|
0,92
|
0,2
|
0,9
|
0,92
|
0,92
|
|
2
|
1,78
|
0,2
|
0,68
|
0,78
|
0,76
|
|
3
|
2,63
|
0,2
|
0,33
|
0,57
|
0,52
|
|
4
|
3,67
|
0,2
|
0,28
|
0,22
|
|
5
|
4,58
|
0,2
|
-0,14
|
0,05
|
0,01
|
|
6
|
5,53
|
0,2
|
-0,15
|
-0,05
|
-0,07
|
|
7
|
6,37
|
0,2
|
-0,1
|
-0,1
|
-0,1
|
|
8
|
7,31
|
0,2
|
0,05
|
-0,08
|
-0,054
|
|
9
|
8,37
|
0,2
|
0,1
|
0,02
|
0,04
|
Рзрахунок ДН антени в
площині - Н:
A(θ) =
|
θА
|
|
|
|
|
FA(θ)
|
|
0
|
0
|
0,28
|
0
|
0
|
1
|
|
0,5
|
1,83
|
0,28
|
0,68
|
0,78
|
0,76
|
|
1
|
3,66
|
0,28
|
0
|
0,28
|
0,22
|
|
1,5
|
5,47
|
0,28
|
-0,15
|
-0,05
|
-0,07
|
|
2
|
7,33
|
0,28
|
0,02
|
-0,06
|
|
2,5
|
9,05
|
0,28
|
0,08
|
0,05
|
0,06
|
6. Вибір стандартного
хвилеводу
Стандартний хвилевод
вибираємо із 
, табл.
№6:
|
Позначення
|
Диапазон частот для основного
типау хвиль Ггц
|
Внутренние розміри, мм
|
Товщина стін
|
Затухання дБ/м
|
|
|
ширина
|
висота
|
|
На частоті Ггц
|
Теоретична величина
|
Максимальна величина
|
|
от
|
до
|
|
|
|
|
|
|
|
МЭК-26
|
2,17
|
3,30
|
86,36
|
43,18
|
2,030
|
2,61
|
0,0138
|
0,018
|
7. Пропозиції по
конструктивному виготовленню та особливості застосування у військових умовах
Дзеркальні антени
сучасних РЛС являють собою досить складні та часто громіздкі конструкції, які
складаються із дзеркала та опромінювача та фідерного пристрою.
Для зменшення ваги та
парусності антени дзеркала часто роблять перфорованими (дирчатими), сітчатими
або з паралельних проводів
У військах дзеркальні
антени використовуються як РЛС виявлення. До РЛС виявлення вимагаються
визначенні тактико-технічні вимоги по зоні огляду, дальності дії, точності
визначення координат, перешкодозахисту. Антена повинна забезпечувати круговий
огляд простору. Для досягнення потрібної дозволяючої можливості по азимуту
ширина ДС в азимутальній площинні повинна бути вузькою (0,5 - 2). Для
збільшення перешкодозахисту рівень бокових пелюстків повинен бути по можливості
меншим.
В процесі експлуатації
та бойової роботи РЛС можливі різні види пошкоджень дзеркала та опромінювача.
До пошкоджень дзеркала
відносяться перекоси поверхні з порушенням форми пробоїни та вигини. Основними
параметрами пошкоджень дзеркала являються: площа пошкодженої ділянки Ṡп, координати пошкодженого ділянки (α, ψ).
Глибина вм’ятини h, діаметр вм’ятини d.
При будь-якому
пошкодженні дзеркала відбувається зміна АФР в його розкриві що призводить до
викривлення ДС, зниження КНД, розширення головних пелюстків, зміщенню максимуму
головного пелюстка, збільшення заднього випромінювання.
Найбільший вплив
здійснюють пошкодження в центрі антени. Для тимчасового відновлення антени на
позиції при пошкодженні дзеркала використовують спеціальні накладки. Які за
формою співпадають з профілем дзеркала, які наклеюються на пошкодженні частини
антени.
В ході експлуатації на
поверхні антени можуть збиратися слої льоду, інію або снігу. Теплові втрати в
цих слоях невеликі, та їх можна не враховувати, але фазові зміни, які виникають
за рахунок опадів, можуть призвести до зміни характеристик антени.
Для захисту антени від
зовнішніх чинників в останні роки використовують радіо прозорі антенні укриття
(РПУ) або обтеклі. Вони змінюють характеристики антени, ці зміни необхідно
враховувати при оцінці роботи радіотехнічної системи.
Таким чином, при
експлуатації дзеркальних антен необхідно не допускати механічні пошкодження,
накопичення опадів на дзеркалі та РПУ, попадання води у фідерні тракти та
опромінювач. Фарбування поверхні дзеркала та РПУ повинна відбуватися
спеціальними красками та лаками.
Висновок
параболоїд
хвилевід військовий антена
В результаті виконання
курсової роботи була розрахована дзеркальна антена. Розрахунки показали, що при
відносно невеликих розмірах антена забезпечує вузько спрямовану ДС. Нажаль,
ефективна поверхня випромінювання дзеркала менша за її геометричні розміри. Це
пов’язано з нерівномірністю розподілення амплітуди поля в розкриві параболи,
яке для дзеркальних антен послаблюється від центру до його країв. В результаті
елементи дзеркала більш близькі до країв створюватимуть меншу напруженість поля,
ніж елементи поля, що розташовані в середині. Тому послаблення поля до країв
параболи еквівалентно зменшенню її розмірів, якщо площадку розглядати як
збуджувану рівномірно.
Параметром, що
характеризує розподілення поля в розкриві є КВП, який повністю визначається
розміщенням і ДС опромінювача. При швидкому спаді амплітуди поля до країв
дзеркала КВП різко падає.
Відсічений параболоїд
трансформує сферичний фронт хвилі (паралельний пучок променів)
опромінювача в плоский фронт в розкриві дзеркала. Для цього фазовий центр
опромінювача встановлюють в фокусі параболоїда.
ДС антени, КНД, рівень
головних пелюстків, положення максимуму головного пелюстка, задне
випромінювання, залежить основним чином від АФР в розкриві дзеркала.
Таким чином, при
експлуатації дзеркальних антен необхідно не допускати механічні пошкодження,
накопичення опадів на дзеркалі та РПУ, попадання води у фідерні тракти та
опромінювач. Фарбування поверхні дзеркала та РПУ повинна відбуватися
спеціальними красками та лаками.
Дзеркальні антени характеризуються
високим рівнем ККД. ККД сильно залежить від геометричних розмірів параболоїда,
тобто чим глибше дзеркало тим більша частина енергії попадає на дзеркало і тому
більше ККД. Характер зміни ККД протилежний характеру зміни КВП. КСД дзеркальних
антен не є параметром який в достатній мірі характеризує направлені
властивості, оскільки не враховує втрат енергії на розсіювання. Для більш
повної характеристики використовують коефіцієнт підсилення антени.
Література
1. Шифрин Я.С. Расчет и проектирование антен сверхвысоких
частот. Х., 1971.
2. Шифрин Я.С. Антени. Издание академии. Х., 1976.
. Усин В.А. Присторї НВЧ та антени. Х., 1984.
4. Белоусов В.В. Авивционные антенно-фидарные устройства.
Учебное пособие по курсовому и дипломному