Проектирование антенны Кассегрена (стр. 3 из 3)

Где

- угол раскрыва параболоида, - угол облучения кромки затененной части реального параболоида из его фокуса. Формула учитывает эффект затенения плоскости раскрыва малым зеркалом.

Коэффициент

перехвата энергии источника малым зеркалом определяется зависимостью:

В плоскости Е получено значение результирующего КИП равное 0,444. В плоскости Н КИП равен 0,599. Расчет был произведен с помощью программы ANT4.

Рассчитав КИП можно рассчитать КНД антенны по формуле

. В плоскости Е получено значение – 41,5 ДБ. В плоскости Н – 42,8.

Для расчета предельного КНД антенны необходимо определить допуск. Допуск – такое отклонение поверхности зеркала от расчетной (в ту или другую сторону), которое не превышается с заданной вероятностью. Если случайное отклонение поверхности зеркала параболической формы подчиняется нормальному закону с нулевым средним значением, то для обеспечения допуска с вероятностью 0,99 среднеквадратическое значение допуска определяется по формуле

. При определении среднеквадратического значения допуска исходят из допустимой фазовой ошибки в центре зеркала равной . Определим это значение . Относительный допуск можно представить в виде . Величина m характеризует точность изготовления зеркала. Например, если m=3, то зеркало диаметром 3 м изготовлено с допуском мм. Выразим параметр m. . Установив параметр m ориентировочно рассчитаем предельный КНД по формуле . Получено значение 63,474 ДБ.

Из-за среднеквадратической ошибки формы зеркала падает КНД, но гораздо раньше происходит увеличение уровня боковых лепестков. Средний уровень боковых лепестков с учетом случайных ошибок определяется по формуле

. - уровень оцениваемого бокового лепестка при отсутствии случайных ошибок, - дисперсия апертурной фазовой ошибки, – приближенное среднеквадратичное отклонение фазы в раскрыве. С радиус корреляции характеризует среднюю величину участка деформации и зависит от технологии изготовления зеркала, выполняется равенство . D– КНД антенны.

Рассчитаем средний уровень боковых в плоскости Е.

Рассчитаем средний уровень боковых в плоскости Н.

Конструкция антенны

Произведем расчет профилей основного и вспомогательного зеркал. Профили и основного и вспомогательного зеркала – кривые второго порядка. Уравнение кривой второго порядка, записанное в полярных координатах относительно ближнего фокуса имеет вид

. - фокусное расстояние кривой т.е. расстояние от вершины кривой до ближнего к ней фокуса, - эксцентриситет кривой. В зависимости от значения уравнение описывает следующие кривые: - окружность; - параболу; - семейство эллипсов; - семейство гипербол; - прямую.

Рисунок 12

При выборе типа поверхности зеркала необходимо учесть, что зеркальные антенны, как правило, имеют повышенную поверхность ветровой нагрузки. Это требует усиленной конструкции зеркала и его крепления. А в случае вращающихся антенн необходимо преодолевать вращающий момент, вызываемый силой ветра. Поэтому только в случае относительно небольших антенн зеркало изготавливают из сплошного металлического листа или пластмассы, покрытой металлом. Спроектированная антенна обладает относительно небольшими размерами и будет неподвижной, поэтому поверхность антенны выполним из полиэфирной смолы, усиленной стекловолокном, и покрытой слоем металла. Это уменьшит массу антенны. Толщина металлического покрытия на поверхности пластмассы должна составлять не менее пятикратной глубины проникновения волны в металл.

Неточная установка облучателя в фокусе антенны приводит к появлению фазовых искажений в раскрыве. Чтобы фазовая ошибка из-за смещения облучателя не превышала допустимой величины

, должны быть выполнены условия: , где - смещение облучателя вдоль оси антенн; , где - смещение облучателя по нормали к оси антенны.

Если принять максимально допустимую величину искажения фазы в раскрыве равной

, точность установки облучателя по фокальной оси определится неравенством . Несовпадение фазовых центров для выбранного облучателя составляет м. Для обеспечения искажения синфазности поля в раскрыве антенны не более чем на несовпадение не должно превышать величины м. Условие выполняется.

АФТ антенны запитывается через коаксиальный кабель входящий в широкую стенку волновода на расстоянии

от конца волновода. длина волны в волноводе . Расстояние на котором производится запитка равно .

Список литературы

1. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. «Антенны УКВ», ч. 1 и 2. – М.; Связь, 1977.

2. Кочержевский Г.Н. «Антенно-фидерные устройства». – М.; Радио и связь, 1989.

3. Кочержевский Г.Н. «Антенно-фидерные устройства». – М.; Радио и связь, 1972.

4. Жук М.С., Молочков Ю.Б. «Проектирование антенно-фидерных устройств». – М.; Энергия, 1966.

5. Кравцова Г.В., «Методические указания по проектированию двухзеркальных антенн». – М., 1984.