Расчет зеркальной параболической антенны с облучателем в виде конического рупора (стр. 1 из 3)

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра РТ

Дисциплина АФУиРРВ

Курсовая работа

Специальность:

050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Выполнил: студент Джуматаев Е.Б.

Алматы 2010

Содержание

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЯ И ПАРАБОЛОИДА

1.1 Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта

1.2 Определение диаметра раскрыва

1.3 Аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией вида cos^n/2Y

1.4 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны

2. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯ

2.1 Диаграммы направленности облучателя

2.1 Распределение поля в апертуре зеркала

3. РАСЧЕТ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ

4 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ АНТЕННЫ

4.1 Расчет профиля зеркала

4.2 Выбор конструкции зеркала

4.3 Определение допусков на точность изготовления

5. СОПОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО И ЗАДАННОГО УРОВНЯ БОКОВЫХ ЛЕПЕСТКОВ, ВЫРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СООТВЕТСТВИЯ ЭТИХ УРОВНЕЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Рассчитать малошумящую параболическую антенну. Исходные данные:

Частота сигнала генератора, подводимого к антенне, f = 1,0 ГГц;

Ширина главного лепестка ДН на уровне половинной мощности 2Q_0.5

2Q^Н_0.5 = 49 мрад;

2Q^Е_0.5 = 54 мрад;

Уровень боковых лепестков (- 17) дБ;

Тип облучателя: Полуволновой вибратор с дисковым контррефлектором;

Средняя яркостная температура неба Т_нср = 5 К;

Температура шумов приемника Т_пр = 1800 К;

Длина фидерной линии l_ф=5 м.

ВВЕДЕНИЕ

Параболические антенны в последнее время находят все более широкое применение в космических и радиорелейных линиях связи. В 1888 году известный немецкий физик Г. Герц в своих опытах по СВЧ оптике впервые применил в качестве фокусирующего устройства параболический цилиндр. Интерес к зеркальным антеннам не ослабевает и в наши дни в связи со стремительным развитием космических радиотехнических систем и комплексов.

Достаточная простота и легкость конструкции, возможность формирования самых разнообразных диаграмм направленности, высокий КПД, малая шумовая температура – вот основные достоинства, зеркальных антенн, обуславливающих их широкое применение в современных радиосистемах.

Целью данной курсовой является освоение методики проектирования зеркальных параболических антенн: определение их основных электродинамических параметров и конструктивный расчет.

В курсовой работе определение поля излучения параболической антенны производится апертурным методом, который широко применяем при проектировании зеркальных антенн.

1 РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЯ И ПАРАБОЛОИДА

1.1 Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта

В качестве фидера будет использован прямоугольный волновод. Его параметры для частоты f = 1.0 ГГц даны в [1], приложение А:

см

a = 0.00405 дБ/м

Шумовая температура фидерного тракта Т_ф:

,

где α – коэффициент затухания линии передачи [дБ/м],

l_ф – длина фидерной линии [м].

.

Выразим КПД из формулы:

Т_ф=T₀·(1-КПД),

где Т₀=290К.

Тогда КПД равен:

.

Шумовая температура антенной системы:

a₁ = 1 - cosⁿ⁺¹Y₀ = 0.929 (см. пункт 1.4)

К;

К.

1.2 Определение диаметра раскрыва

Зеркальная антенна – направленная антенна, содержащая первичный излучатель и отражатель антенны в виде металлической поверхности. Параболическая зеркальная антенна представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Зеркальная параболическая антенна

В случае равномерно возбуждённого раскрыва параболического зеркала ширина ДН приближённо определяется:

,

где 2Q_0.5 – ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности, рад.;

l - длина волны излучаемого (принимаемого) антенной радиосигнала;

R₀ – радиус раскрыва зеркала (рисунок 1).

Длина волны определяется по формуле:

cм.

Неравномерное возбуждение раскрыва зеркала приводит к некоторому расширению главного лепестка ДН, так как уменьшается эффективная площадь раскрыва. Чаще всего диаграммы направленности зеркальных антенн не обладают осевой симметрией, т.е. ширина главного лепестка в плоскостях Е и Н различна. В большинстве практических случаев это влечёт за собой следующее изменение:

где 2Q^Н_0.5 , 2Q^Е_0.5 ширина ДН соответственно в плоскостях H и E.

Для Е и Н плоскостей соответственно найдем радиусы раскрыва:

м;

м.

Исходя из исходных данных о ширине диаграммы направленности в обеих плоскостях, можно определить диаметр раскрыва d_p= 2 ×R₀, причем, из полученных двух значений диаметра следует выбрать наибольшее. Следовательно,

R₀ = 3.673 м,

d_p= 2×R₀ = 2×3.673 = 7.346 м.

1.3 Аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией вида cos^n/2Y

В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении R_o/f_o КНД наибольший. Это объясняется тем, что количество теряемой энергии зависит от формы диаграммы направленности облучателя и от отношения R_o/f_o. При уменьшении отношения R_o/f_o от оптимального КНД уменьшается, так как увеличивается часть энергии, проходящей мимо зеркала. С другой стороны, увеличение этого отношения также приводит к уменьшению КНД в связи с более сильным отклонением закона распределения возбуждения от равномерного. Оптимальное значение R_o/f_o определяется по аппроксимированной нормированной ДН облучателя (аппроксимация функцией вида F(Q)=cos^n/2(Q), где n определяет степень вытянутости ДН облучателя).

Рисунок 2 - Варианты размещения облучателя

Для вибратора с контррефлектором в виде диска:

n=4; R₀/f₀=1.0…1.25; ν=0.82

Аппроксимированная нормированная ДН представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Апроксимированная нормированная ДН облучателя

1.4 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны.

С точки зрения оптимизации геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум необходимо произвести следующий расчет.

Чувствительность g определяется по формуле:

,

где первые четыре коэффициента не зависят от y_о, а g^' вычисляется:

,

где Т1

u = (0.02 – 0.03) – коэффициент, учитывающий «переливание» части мощности облучателя через края зеркала:

u = 0.025;

S – площадь апертуры зеркала

S= π×R² = 3.142×3.673² = 42.394 м²;

n = 4 – определяется типом облучателя;

a₁ = 1 - cosⁿ⁺¹Y₀;

Построим график функции γ(Y₀), по максимуму которого определим угол раскрыва зеркала:

Рисунок 4 – График функции γ(Y₀)

Таблица 1 – Аргументы функции γ(Y₀) и её значения

Y0	0.301	0.601	0.901	1.201	1.401	1.501
γ(Y0)	3.779e-3	0.012	0.017	0.014	0.011	8.863e-3

По графику (рисунок 1.4) можно определить:

Y₀ = 0.95 рад = 54.431°,

тогда

a₁ = 1 – cos⁵(54.431°) = 0.933,

g = 0.88,

g` = 4.466 ×10^-4,

g = 0.0169.

Фокусное расстояние f₀ может быть найдено из следующего соотношения:

зеркальная антенна облучатель зеркало

м.