на тему Однозеркальная передающая антенна Выполнил ст.html
Работа добавлена на сайт samzan.net:
Содержание
1. Введение
2. Расчет параметров и характеристик антенны
Приближенный расчет размеров антенны
1. Выбор формы излучающей поверхности и профиля зеркала
2. Выбор типа облучателя
3. Выбор угла раскрыва зеркала Ψб
4. Выбор желаемого распределения поля на излучающей поверхности проектируемой антенны
5. Расчет диаметра большого зеркала
6. Расчет размеров излучающей поверхности облучателя
7. Расчёт остальных размеров облучателя
8. Расчет распределения поля на излучающей поверхности антенны
и его аппроксимация
Расчет электрических характеристик антенны и уточнение ее размеров
1. Расчет характеристики направленности антенны
2. Расчет коэффициента направленного действия антенны
3. Расчет коэффициента бегущей волны в волноводе антенны
3. Заключение
4. Приложение
5. Список использованной литературы
- Введение
Зеркальными антеннами называются антенны, у которых поле в раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального рефлектора (зеркала). Источником электромагнитной волны обычно служит какая-нибудь небольшая элементарная антенна, называемая облучателем. Облучатель помещается в фокусе параболоида вращения. Принцип действия антенны отражен на рис 1.
Рис. 1.
1-зеркало 2-облучатель 3-ДН облучателя 4-ДН зеркала
5-плоский фронт волны отраженной от зеркала
Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать только в одну полусферу в направлении зеркала и не излучать в другую полусферу. Такие излучатели называют однонаправленными.
Зеркальные антенны являются наиболее широко распространенным типом антенн в дециметровом и особенно в сантиметровом диапазонах волн. Такое широкое применение зеркальных антенн объясняется относительной простотой их конструкции, возможностью получения диаграммы направленности (ДН) почти любого типа из применяемых на практике, высоким КПД, малой шумовой температурой и т. д. Зеркальные антенны легко позволяют получить равносигнальную зону, а некоторые их типы могут применяться для быстрого перемещения (качания) ДН в пространстве без заметных искажений её формы в значительном секторе углов
Зеркальные антенны являются наиболее распространённым типом антенн, используемых для радиотелескопов и антенн с очень большой направленностью, применяемых для целей космической связи.
Широко используются зеркала с параболической формой поверхности (параболоид вращения, усечённый параболоид вращения, параболический цилиндр), также распространены сферические зеркальные антенны, двухзеркальные антенны.
2. Расчет параметров и характеристик антенны.
Приближенный расчет размеров антенны
- Выбор формы излучающей поверхности и профиля зеркала
Для получения максимального КНД и наиболее узкой ДН зеркальной антенны поле на поверхности ее раскрыва должно быть синфазным и равноамплитудным. Синфазность поля обеспечивается выбором поверхности зеркала, а равенство амплитуд - выбором ширины ДН облучателя.
2. Выбор типа облучателя.
У зеркальных антенн используются 2 типа излучателей:
-рупорные
-вибраторные (щелевые)
Сравним эти два излучателя:
1. Предельная мощность излучения
Рупорный - очень большая
Вибраторный - намного меньше
2. Теневой эффект облучателя
Рупорный - большой
Вибраторный - очень маленький
3. Полоса рабочих частот
Рупорный - большая
Вибраторный - значительно меньше
4. Возможность регулирования ширины ДН облучателя.
Рупорный - легко регулируется
Вибраторный - почти не регулируется
Т.к. по назначению антенна - передающая, то облучатель выберем исходя из максимальной излучаемой мощности, т.е возьмем рупорный облучатель.
3. Выбор угла раскрыва зеркала Ψб
Угол раскрыва зеркала однозеркальной антенны с рупорным типом облучателея обычно находится в пределах от 100 до 200 °.
Выберем угол раскрыва зеркала равным 120 °.
4. Выбор желаемого распределения поля на излучающей поверхности проектируемой антенны.
Основные электрические характеристики антенны определяются ее размерами и распределением амплитуды поля на ее излучающей поверхности. Поэтому размеры антенны по заданным электрическим характеристикам невозможно определить, пока неизвестно распреде ление амплитуды поля на излучающей поверхности. Но распределение амплитуды поля нельзя рассчитать, пока неизвестны размеры антенны. Поэтому сначала определяют желаемое распределение амплитуды поля на излучающей поверхности проектируемой антенны, исходя из ее назначения.
Распределение поля на излучающей поверхности зеркальной антенны описывается следующей функцией:
где - уровень поля на крае излучающей поверхности, относительно центра,
х- расстояние от центра до точки наблюдения,
n- целое число, опреде ляющее скорость уменьшения амплитуды поля от центра к краям излучающей поверхности, зависит от типа облучателя.
Параметр для передающих антенн обычно задается равным 0,25+0,30. Для получения максимального КHД антенны. Будем использовать =0,25, а параметр n=2 (лучше всего апроксимируется).
5. Расчет диаметра большого зеркала.
Диаметр зеркала a выбирается по заданной ширине ХН проекти руемой антенны и выбранному желательному распределению амплиту ды поля на излучающей поверхности.
фокусное рас стояние большого зеркала вычисляется по следующей формуле:
6. Расчет размеров излучающей поверхности облучателя
При расчете надо учитывать то, размеры излучающей поверхности b необходимо выбрать такие, чтобы на краю зеркала был уровень поля Δ = 0.25 . Таким образом
Выразим и найдем из этой формулы
Рассчитаем для плоскости Е.
где Т - линейная функция раз мера излучающей поверхности облучателя в рассматриваемой плоско сти (bi).
Найдем чему равно
Для того что бы найти Т2 построим график и посмотрим его значение на уровне 0.63
Волновое число:
Рассчитаем для плоскости H.
Находим аналогично как для плоскости Е
Для того что бы найти Т2 построим график и посмотрим его значение на уровне 0.63
В итоге получается что бы достичь уровень поля на краю зеркала равным 0.25 , а в центре 1, надо чтобы размеры излучающей поверхности были равны: b1=305 см, а b2=2.22 см .
7. Расчет остальных размеров облучателя.
То есть необходимо определить волновод питающий рупор, и гулы раствора рупора. Чем длиннее рупор, тем ниже фазовые искажения, фазовыми искажениями можно пренебречь, когда они меньше 90.
Из уравнения
выразим отсюда h1
Это был расчет для Н плоскости, теперь произведем те же вычисления и для Е плоскости.
Из уравнения
Выражаем h2
Далее необходимо обеспечить условие стыкования рупора с волноводом. Это условие выполняется, если верно уравнение.
где b01 и b02 – размеры волновода
В данном случае уравнение не выполняется, так как получается, что
2.89*10-3=2.45*10-3
Что бы уравнение выполнялось надо увеличить длину рупора в той части, которая меньше, следовательно, следует увеличивать h2 до величины равной 4.93*10-3.
Что касается углов раствора рупора (), то они должны быть меньше 40 и должно выполняться уравнение:
Если это уравнение не выполняется, то следует увеличивать .
Произведем расчет угла раствора для Е плоскости.
два вышесказанных условия выполняются при h2=5,555 см и тогда
т.е. следовательно <40
Теперь рассчитаем углы для Нплоскости.
Для выполнения тех же выше оговоренных условия в Е плоскости h1 должно быть равно 8,9 см, в этом случае
Соответственно <40, так же.
Так как мы изменили размеры рупора, то нам надо заново необходимо проверить выполняется ли условие стыковки, если нет то сделать так что бы оно обеспечивалось.
Подставляя заново полученные значения в уравнение стыковки получаем:
0,019=0,035
Стыковка будем выполнена в том случае, если мы увеличим размеры h1 до 14.2 см.
8. Расчет распределения поля на излучающей поверхности антенны и его аппроксимация.
Рассчитаем и построим графики истинного распределения поляна S1 по формулам:
=2arctg* (x/2f)
Построим в программе MathCad графики
Из построенных графиков видно, что лучшая аппроксимация распределения поля на излучающей поверхности наблюдается при n=2.
Расчет электрических характеристик антенны и уточнение ее размеров.
- Расчет характеристики направленности антенны
Характеристика направленности антенны рассчи тывается по формуле:
где In+1 – функция Бесселя порядка n+1, , k- волновое число колебаний
Вычислим вышеприведенную формулу, с учетом что , получим
В задании требуется ширина ХН по мощности 1º на уровне 0,5. Для того что бы найти ее необходимо смотреть по уровню 0.7. Построенная ХН имеет ширину приблизительно 1º и поэтому можно обойтись без уточнения геометрических размеров антенны.
2. Расчет коэффициента направленного действия антенны
Коэффициент направленного действия антенны (D) в рассмат риваемом приближении пропорционален относительной (отнесенной к λ2) площади излучающей поверхности, т.к. увеличение ее относи тельного диаметра влечет за собой уменьшение ширины ХН:
где v- коэффициентом использования площади антенны (КИП) мы будем считать, что она равен 81%, а S-площадь раскрыва антенны.
Надо отметить, что существуют факторы, не рассмотренные нами, но влияющие на электрические характеристики антенны. К ним относятся технические неточности профиля зеркал, «размытость» фазового цен тра облучателя, , теневой эффект и некоторые другие. В рамках курсового проектирования мы не бу дем рассматривать влияние этих факторов. Отметим лишь, что они в некоторой степени (обычно
небольшой) изменяют ХН и уменьшают КНД.
3. Расчет коэффициента бегущей волны.
Рассчитаем по формуле:
где Котр – коэффициент отражения, который рассчитывается по следующей формуле:
Полученный коэффициент бегущей волны удовлетворяет требованиям технического задания, даже чуть лучше.
3. Заключение
В результате курсовой работы была спроектирована зеркальная передающая антенна, выполненная в виде параболоида вращения, и с рупорным типом облучателя, с рабочей частотой 10 ГГц, которая удовлетворяет всем требованиям технического задания. Коэффициент бегущей волны антенны равен 95%. Так же был сделан эскиз антенны.
5. Список использованной литературы.
1. Сазонов Д. М., Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая шко ла, 1988.
2. Антенны и устройства СВЧ / Под ред. Д. И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1994.
3. Жгутов Е.В., Рубцов А. В. Устройства СВЧ и антенны: учебное пособие по курсовому проектированию на ЭВМ. Часть 2. Рязань: РГРТА, 2004.
PAGE \* MERGEFORMAT 12
2. История Франции
3. Порядок и условия получения материнского капитала
4. Александр II - император
5. Реферат- Міжнародний досвід юридичної відповідальності аудиторів перед третіми особами
6. 14 лет Форма проведения- театрализованное представление с элементами ролевой игры
7. Понятие маркетинговых исследований и их необходимость
8. тема РФ. Мы живем по конституции РФ 1993 г Принята на референдуме
9. 114 Петрів НМ Перевірила- Лазько О
10. оральным механизмом передачи Особенности строения вирусов Гепатит А HV представляет РНКсодержащи
11. общий объем ярмарочной торговли в 1818 г
12. Северная война
13. то сверхъестественной силой как это бывает в сновидениях я прошла сквозь закрытые ворота
14. на тему- Экономические игры на электронных биржах Выполнила- Рубанкова С
15. Тема- Розробка фрагментів уроків з алгебри геометрії з використанням програмнометодичних комплексів.html
16. СТАТЬЯ 107 УК РФ План- Введение
17. Богоматір Печерська У XIV столітті посилюються народні мотиви
18. Инфекционный перитонит кошек.html
19. От того кто ищет иную религию помимо ислама это никогда не будет принято и в последней жизни он окажется ср
20. тема гибкая в нашем распоряжении самые разнообразные продукты а голод устроен так что большую часть жизни