Двухзеркальная параболическая антенна круговой поляризации по схеме Кассегрена (стр. 1 из 3)
Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации
Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники
(ТУСУР)
Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники
(СВЧ и КР)
Двухзеркальная параболическая антенна круговой поляризации по схеме Кассегрена
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине:
«Устройства СВЧ и антенны»
Студент гр. :
________
«___»_________.
Руководитель:
проф. каф. СВЧ и КР
__________
«___»__________.
Реферат
Курсовой проект 17 с., 8 рис., 8 источников.
ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ, ОБЛУЧАТЕЛЬ, КРУГОВАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ, КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ, УРОВЕНЬ БОКОВЫХ ЛЕПЕСТКОВ.
Целью данной работы является освоение методов расчета параболических зеркальных антенн и определение их основных характеристик.
Курсовой проект выполнен в редакторе MicrosoftWordXP, все расчеты и построения графиков выполнены с помощью программы Mathcad2001 Professional.
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра сверхвысокочастотной и квантовой радиотехники (СВЧиКР)
УТВЕРЖДАЮ
Зав.кафедрой СВЧиКР
___________________
ЗАДАНИЕ 14
на курсовое проектирование по дисциплине «Устройства СВЧ и антенны»
студенту___________________________________________________ , группа__________
1. Тема проекта: Двухзеркальная параболическая антенна круговой поляризации по схеме Кассегрена.
2. Срок сдачи проекта: _______________________
3. Исходные данные:
Ширина ДН - 4 градуса
Диапазон частот - от 5,7 ГГц до 6,3 ГГц
УБЛ - не хуже - 25 дБ
Коэффициент эллиптичности - не хуже 0,95
Вход - коаксиальный на 75 Ом.
Литература:
· Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. - М.: Связь, 1971. В 2-х частях.
· Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. - М.: Энергия, 1973. - 440 с.
· Зузенко В.А., Кислов А.Г., Цыган Н.Я. Расчет и проектирование антенн. - Л.: ЛВИКА, 1969.
· Покрас А.М., Сомов А.М., Цуриков Г.Г. Антенны земных станций спутниковой связи.- М.: Радио и связь, 1985. - 228 с.
· Ямпольский В.Г., Фролов О.П. Антенны и ЭМС. - М.: Радио и связь, 1983. - 272 с.
4. Содержание пояснительной записки:
Возможные применения данного типа антенн.
Расчет конструктивных размеров и электрических характеристик облучателя ( ДН, поляризация, фазовый центр). Схема возбуждения. Аппроксимация ДН.
Расчет профилей большого и малого зеркал
Расчет характеристик антенны ( ДН, КНД, КИПа, УБЛ, Кэ ) на крайних частотах диапазона
Расчет допусков на изготовление зеркал и установку облучателя
Выводы.
5. Перечень графического материала:
Конструкция облучателя с размерами.
Общий вид антенны с размерами.
Графики расчетных характеристик облучателя и антенны.
6. Дата выдачи задания:_____________________
РУКОВОДИТЕЛЬ:
профессор кафедры СВЧиКР __________________________
СТУДЕНТ: ___________________________________________________
Содержание
1 Введение
2. Основная часть
2.1 Расчет диаметров зеркал, фокусных расстояний и профилей зеркал
2.2 Расчет облучателя
2.3 Расчет характеристик антенны
2.4 Выбор схемы и расчет поляризатора
2.4.1 Выбор размеров волновода
2.4.2 Расчет возбуждающего устройства
Заключение
Список использованных источников
1. Введение
В последнее десятилетие в областях космической и радиорелейной связи, радиоастрономии и других широкое распространение получили двухзеркальные антенны.
Основными достоинствами осесимметричных двухзеркальных антенн по сравнению с однозеркальными являются:
- Улучшение электрических характеристик, в частности повышение коэффициента использования поверхности раскрыва антенны, так как наличие второго зеркала облегчает оптимизацию распределения амплитуд по поверхности основного зеркала.
- Конструктивные удобства, в частности упрощение подводки системы фидерного питания к излучателю.
- Уменьшение длины волноводных трактов между приемо-передающим устройством и облучателем, например, путем размещения приемного устройства, вблизи вершины основного зеркала.
Принцип действия двухзеркальных антенн заключается в преобразовании сферического волнового фронта электромагнитной волны, излучаемой источником, в плоский волновой фронт в раскрыве антенны в результате последовательного переотрожения от двух зеркал: вспомогательного и основного с соответствующими профилями.
В классических схемах Кассегрена используется следующее геометрооптическое свойство отражения сферической волны от поверхностей второго порядка: сферическая волна, излучаемая источником с фазовым центром, совпадающим с одним из фокусов произвольной поверхности второго порядка, в результате переотражения от нее преобразуется снова в сферическую волну, но с фазовым центром, совпадающим с другим фокусом.
Схема Кассегрена предложена в 1672 г. для построения оптических телескопов.
Эта схема может быть взята за основу при построении антенных устройств в диапазоне СВЧ при достаточно большом отношении диаметра раскрыва антенны к длине волны.
Антенны Кассегрена широко используются в области радиорелейной и космической связи, в радиоастрономии, радиоуправлении, радиолокации и т.д.
Для космической связи обычно строят антенны больших размеров с диаметром большого зеркала в 20-30 м и более. На тропосферных линиях связи применяются антенны сдиаметром раскрыва 7-18 м. В области радиорелейной связи применяются антенны с диаметром раскрыва от 0,5 до 5 м.
В данной работе необходимо рассчитать двухзеркальную параболическую антенну круговой поляризации по схеме Кассегрена.
2. Основная часть
2.1 Расчет диаметров зеркал, фокусных расстояний и профилей зеркал
Находим среднюю длину волны заданного частотного диапазона:
[м]Найдём значение волнового числа k:
Найдём значениеволнового сопротивления
: 
 |
Диаметр основного зеркала 2Rп связан с заданной длиной волны и требуемым углом раствора диаграммы направленности на уровне половинной мощности приблеженной зависимостью[6]:
 |  |
Фокусное расстояние выбирается из соотношения
 |
 |  |
откуда
Расстояние между фокусами гиперболоида fг выбирается в зависимости от требования к месту размещения облучателя. Обычно облучатель располагают вблизи центра основного зеркала, по этому
 |  |
 |  |
В литературе приводится следующее приблеженное соотношение для оптимального выбора диаметра гиперболоида:
K-отношение диаметра эффективного раскрыва облучателя к диаметру затенения (близка к 1 и уменьшается при большом числе облучателей);
f-фокусное растояние параболоида;
Откуда выбираем RГ=0.082 м.
Угол раскрыва определяется по формуле
 |  |
 |  |
 |
Профиль параболы определяется в полярных координатах зависимостью
Вид параболоида и вспомогательного зеркала показан на рисунке 1.
Рис.1- Профиль большого и малого зеркала 
Воспользовшись понятием об эквивалентном параболоиде найдем его фокус и угол раскрыва:
 |  |
2.2 Расчет облучателя
В качестве облучателя будем применять рупор. Диаграмму направленности небольшого рупора можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений:
FE(Y)=(1+cos(Y))(sin(kbрsin(Y)/2))/(2kbрsin(Y)/2) (2.2.1)