_Курсач_gg (Курсовые по Устройствам СВЧ и антеннам)
Описание файла
Файл "_Курсач_gg" внутри архива находится в следующих папках: Курсовые по Устройствам СВЧ и антеннам, Зеркальная. Документ из архива "Курсовые по Устройствам СВЧ и антеннам", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "устройства свч и антенны (усвчиа)" из 6 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "устройства свч и антенны" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "_Курсач_gg"
Текст из документа "_Курсач_gg"
Введение.
В настоящее время зеркальные антенны широко применяются в радиостанциях различного назначения - радиолокационных, навигационных, радиорелейных и в ряде других радиосистем СВЧ диапазона.
Зеркальные антенны являются антеннами оптического типа. Они состоят из слабонаправленного облучателя и металлического отражателя (зеркала). Форма поверхности зеркала выбирается такой, чтобы сферический фронт волны, падающей от облучателя на зеркало, после отражения преобразовывался в плоский фронт волны. Лучи, расходящиеся от облучателя, после отражения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности шириной от десятка градусов до долей градуса.
Широкоугольное сканирование в однозеркальных антеннах осуществляется механическим вращением всей антенной системы в заданной плоскости.
Зеркальные антенны нашли широкое применение благодаря следующим свойствам: сравнительно простоте конструкции, надежности работы, хорошим диапазонным свойствам, способности формировать диаграммы направленности различной формы и ряда других положительных особенностей.
Однако зеркальные антенны обладают рядом существенных недостатков: затенение облучателем поля зеркальной антенны, механический способ сканирования, который является единственно возможным в однозеркальных антеннах, не обеспечивает высокой скорости управления диаграммой направленности при большом весе и сложности механизма вращения, уровень боковых и задних лепестков в диаграмме направленности однозеркальных антенн трудно поддается ослаблению.
Анализ задания.
В процессе проектирования необходимо выбрать оптимальную схему и тип облучающей системы, определить геометрические размеры зеркала, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, рассчитать диаграмму направленности антенны, её коэффициент усиления, коэффициент полезного действия и разработать конструкцию в целом.
Рупорный облучатель является наиболее распространенным облучателем зеркальных антенн сантиметрового диапазона. Объясняется это возможностью получения диаграммы направленности заданной ширины в обеих плоскостях, большой диапазонностью и простотой их конструкции. Однако применение данного облучателя осложняется тем, что волновод, питающий рупор, вызывает заметное затенение зеркала и искажает диаграмму направленности антенны. Облучатель зеркальной антенны имеет фазовый центр, который располагается в фокусе параболоида вращения.
Стационарная зеркальная антенна
Исходные данные
Рабочая длина волны: = 3,2 см.
Ширина диаграммы направленности одинаковая в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Допустимый уровень боковых лепестков: q = -23 дБ.
Полоса частот: 2%
Коэффициент направленного действия (коэффициент усиления): D=32 дБ
Коэффициент эллиптичности поля в случае вращающейся поляризации: 0.8
Сектор механической установки луча в обоих плоскостях обеспечивает прием геостационарного спутника в центральной полосе РФ
Тип облучателя рупорный
Длина линии передачи 1.5 м
Минимально допустимая величина КСВ 1.25
Антенна применяется для индивидуального приема ТВ, устанавливается на крышах, стенах, балконах зданий.
Расчёт основных характеристик и геометрических размеров антенны.
Геометрические размеры зеркала:
По уровню боковых лепестков выбираем закон изменения поля в раскрыве зеркала:
0 - нормированное значение поля на краю раскрыва.
Радиус параболоида определим через коэффициент направленного действия, предварительно перейдя от дБ к разам:
10lgD=32
D=1584
где g - коэффициент использован6ия поверхности антенны, или эффективность g=0,6
R=26,2 см
S=R2=2156,5 см2 - площадь раскрыва зеркала.
При указанном амплитудном распределении, ширина диаграммы направленности: 2767*/2R.
27=4
При аппроксимации диаграммы направленности рупорного облучателя функцией cosn() максимальная эффективность зеркальной антенны g=0,82 достигается при =65, если n=1.
2-угол раскрыва зеркала.
Фокусное расстояние зеркальной антенны:
f=20,6 см.
Глубина зеркала:
h=6,6см.
Диаграмма направленности рупорного облучателя:
Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркальной антенны пропорционально диаграмме направленности облучателя.
Координата раскрыва зеркала, соответствующая углу , рассчитывается так:
Исходя из этого, получаем формулу для расчета диаграммы направленности облучателя:
Диаграмма направленности рупорного облучателя, построенная по известному закону изменения поля в раскрыве зеркала:
Ширина диаграммы направленности рупорного облучателя: 257
Для обеспечения вращающейся поляризации возьмем рупор с волной типа Н11, т.е. квадратный рупор
Найдём размеры раскрыва рупора с оптимальной длинной
в плоскости Н: в плоскости Е:
a =2,5 см. b =2,5см.
Зная размеры раскрыва рупорного облучателя, построим амплитудную диаграмму направленности рупора в плоскости Е, в построении диаграммы направленности нет надобности, т.к. продольные и поперечные размеры рупора совпадют
Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Е:
Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Е, построенная в полярной системе координат, и её аппроксимация функцией при n=1:
Амплитудное распределение поля вдоль зеркала:
Е(х)-амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя имеет вид:
,где F()-диаграмма направленности облучателя:
Значение угла , соответствующее координате раскрыва зеркала x, рассчитывается так:
После подстановки, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала принимает вид:
A(x) - аппроксимирующая функция.
Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, построенное в зависимости от
Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, построенное в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя, практически совпадает с аппроксимирующей функцией, что свидетельствует о правильном выборе самой аппроксимирующей функции и геометрических размеров зеркальной антенны.
Диаграмма направленности зеркальной антенны:
Диаграмма направленности антенны при =0=3,2 см.
Ширина диаграммы направленности: 24,02.
Уровень боковых лепестков: q = -23 дБ.
Диаграмма направленности антенны при =+5%=3,36 см.
Ширина диаграммы направленности: 24,16.
Уровень боковых лепестков не изменился.
Диаграмма направленности антенны при=5%=3,04 см.
Ширина диаграммы направленности: 23,92.
Уровень боковых лепестков не изменился.
При изменении рабочей длинны волны в пределах заданной полосы частот происходит незначительное расширение(сужение) диаграммы направленности при сохранении уровня боковых лепестков.
Коэффициент полезного действия антенны (КПД):
Так как диаграмма направленности рупорного облучателя симметрична относительно оси антенны и может быть аппроксимирована функцией cosn(), при n=1, то коэффициент полезного действия антенны () равен:
cos2n+1(0)
= 0,925
Точность изготовления антенны:
Технические допуски на точность изготовления зеркальных антенн определяются допустимой величиной отклонения фазового фронта в раскрыве зеркала от синфазного. Источниками фазовых ошибок в раскрыве антенны могут быть:
-
отклонение формы зеркала от расчетной;
-
смещение фазового центра облучателя из фокуса параболоида;
-
отклонение волнового фронта поля облучателя от сферического;
При отклонении реального профиля зеркала от расчетного на величину фазовая ошибка , возникающая в раскрыве зеркала, равна:
При <, искажения диаграммы направленности будут незначительны, откуда получаем следующий допуск на точность изготовления зеркала:
Максимальная точность выполнения профиля зеркала должна быть у вершины:
0,2 см
При смещении из фокуса фазового центра облучателя вдоль оси параболоида, в раскрыве зеркала возникает ошибка:
Полагая <, получаем допустимое смещение облучателя из фокуса:
, где 0=65 - угол раскрыва зеркала.
0,693 см
При смещении облучателя вдоль оси параболоида фазовая ошибка в раскрыве зеркала имеет квадратичный характер. Поэтому направление основного лепестка диаграммы направленности остается неизменным, увеличивается лишь его ширина и возрастает уровень бокового излучения.
При небольшом смещении облучателя в направлении, перпендикулярном оси параболоида, в раскрыве зеркала возникает линейная фазовая ошибка, что приводит к отклонению диаграммы направленности зеркальной антенны от оси параболоида в сторону, противоположную смещению облучателя, на угол
=1,49.
Форма диаграммы направленности при этом не меняется, так как <2,
где 24 - ширина диаграммы направленности антенны при несмещенном облучателе.
Расчет фидерного тракта антенны.
Параметры прямоугольного волновода:
В качестве фидерной линии в сантиметровом диапазоне волн применим прямоугольный (квадратный) волновод с волной Н11. Поперечное сечение такого волновода имеет вид:
(квадратный) волновод с волной Н11. Поперечное сечение такого волновода имеет вид:
При этом критическая длинна волны определяется так: кр=2а.
Выбирая размеры поперечного сечения волновода, исходят из условия нахождения основной волны Н11 в докритическом режиме, а высших типов волн, в частности Н20 и Н01, в закритическом режиме. Из этих условий следуют неравенства:
2>