Міністерство освіти Російської Федерації.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УНІВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ТА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
(ТУСУР).

Кафедра надвисоких частот і квантової радіотехніки
(СВЧіКР).
Курсова робота з дисципліни Антени та пристрої НВЧ.
Приймальна антена для СТВ
Студент гр.:
_____
"__"______.

Викладач:
_____.
"__"______.

Реферат
Пояснювальна записка містить стор 16., Малюнків 11, таблиці 2.
АНТЕНА, РУПОР, поляризатор, СТВ, ДІАГРАМА СПРЯМОВАНОСТІ, опромінювач, ДЗЕРКАЛО
У курсовому проекті була розрахована дзеркальна антена для прийому СТВ.
Курсовий проект виконаний з використанням текстового редактора Microsoft World 2000 для Windows 2000 і MathCAD 11а Enterprise.

Введення. 4
2. Розрахунок параболічної антени. 5
2.1. Розрахунок опромінювача. 5
2.1.1. Визначення кута розкриву параболоїда. 6
2.2 Розрахунок параболоїда. 7
2.2.1 Визначення діаметра параболоїда 2R _п і фокусної відстані f 7
2.3 Розрахунок діаграми спрямованості. 8
2.4 Розрахунок G антени .. 10
3. Розрахунок прийнятої потужності. 11
3.1 Затухання у вільному просторі. 11
3.1.1 Затухання в тропосфері. 11
3.2.2 Затухання в іоносфері. 13
4. Принцип дії феритового поляризатора. 15
Список використаних джерел. 16

Введення

Широке поширення в діапазоні НВЧ отримали гостронаправлених широкодіапазонні антенні пристрої, аналогічні оптичним рефлекторам або прожекторах. За допомогою них виявилося можливим радіорелейний зв'язок, міжконтинентальні телевізійні передачі (супутниковий зв'язок), зв'язок з космічними об'єктами, радіоастрономія, радіолокація і деякі інші практичні додатки радіотехніки НВЧ.
Дзеркальні антени характерні тим, що їх геометричні розміри набагато перевершують довжину хвилі. Вони подібні до оптичних приладів та електромагнітні процеси в таких антенах наближено можуть бути описані за допомогу законів геометричної оптики. Тому зовнішній вигляд деяких антен нагадують оптичні лінзи і дзеркала, які в радіотехніці перетворюють сферичні і циліндричні хвилі в плоскі.
Дзеркальні антени складені з опромінювача і дзеркальної поверхні. В якості опромінювача використовує будь слабонаправленная антена, в даному випадку відкритий кінець прямокутного хвилеводу.

2. Розрахунок параболічної антени.

2.1. Розрахунок опромінювача.

Так як опромінювач є найважливішим елементів дзеркальної антени, в значній мірі визначає її параметри, то розрахунок зазвичай починається з вибору опромінювача. Основними критеріями для його вибору є робоча довжина хвилі, вимоги до діапазону, тип фідера, величина потужності, що підводиться, близький до сферичного фронт хвилі в межах кута розкриву дзеркала (з допуском порядку ± λ/16), діаграма спрямованості з концентрацією енергії в межах однієї півсфери , гарне узгодження з фідером, мале затінення і ряд специфічних вимог, обумовлених особливостями радіотехнічного пристрою, де використовується антена.
Опромінювачі у вигляді відкритого кінця хвилеводу або рупора зручно використовувати при великих потужностях випромінювання. Вони мають також гарними діапазонними властивостями. Проте відкритий кінець прямокутного хвилеводу володіє різними діаграмами спрямованості у площинах E і Н. Від цього недоліку вільні рупорні опромінювачі, де є можливість майже незалежного регулювання діаграм спрямованості у площинах Е і Н шляхом підбору розмірів розкриву рупора і , Таким чином отримання діаграми у вигляді тіла обертання.

(2.1.1)

Так як для більшості опромінювачів антена виходить оптимальної, коли рівень опромінення краю дзеркала на 10 дБ нижче за рівень його центру (0,316 по напруженості поля), то діаграма спрямованості опромінювача повинна задовольняти співвідношенню

де - Кут розкриття параболоїда.
Як відомо, нормований розподіл поля на розкриві дзеркала пов'язано з діаграмою спрямованості опромінювача м параметрами парабалоіда співвідношенням

	(2.1.2)

де f - фокусна відстань, - Відстань від фокуса до точки на поверхні дзеркала.
Діаграму спрямованості невеликого рупора можна розрахувати за допомогою наступних наближених співвідношень

			((2.1.3)

де - Нормовані діаграми спрямованості по напруженості поля в площинах Е і Н відповідно;
- Кут, відлічуваний від напрямку максимуму діаграми спрямованості;
- Розмір розкриву рупора в площині Н;
- Розмір розкриву рупора в площині E;
, Де

2.1.1. Визначення кута розкриву параболоїда

Після вибору випромінювача слід знайти співвідношення між радіусом параболоїда
визначимо з наступного співвідношення та фокусною відстанню (Рис. 2.1) за допомогою виразу

					(2.1.4)

Рис. 2.1
Щоб визначити кут розкриття вибирається в межах , Виберемо його рівним 0.5, тоді


За допомогою виразів (2.1.2), (2.1.3) отримаємо наступні рівняння

			(2.1.5)

Вирішимо рівняння (2.1.5) за допомогою графіків функцій (Рис. 2.2)
Рис. 2.2 Графіки функцій
звідки

2.2 Розрахунок параболоїда.

2.2.1 Визначення діаметра параболоїда 2R _п і фокусної відстані f

З наближеної формули для КНД знайдемо радіус параболоїда R _п
                                                                                                                                           (2.2.1)
де - Площа раскривa парабалоіда.

(2.2.2)
Отже,
Фокусна відстань можна визначити, користуючись формулою

					(2.2.3)

Діаметр парабалоіда пов'язаний із заданою довжиною хвилі і потрібним кутом розчину діаграми спрямованості на рівні половинної потужності (2q _0.5) наближеною залежністю
(2.2.4)
Тоді

2.3 Розрахунок діаграми спрямованості.

Використовуючи формули (2.1.3) побудуємо нормовану діаграму спрямованості опромінювача.

Рис. 2.3.1. Діаграма спрямованості опромінювача в полярній системі координат
Знайдемо розподіл поля в розкриві параболоїда, для цього скористаємося наступною формулою

	(2.3.1)

де .
Отримані дані занесемо в таблицю 2.3.1.

Таблиця 2.3.1

j	sin (j)	cos (j)						F (R)	F1 (R)	F2 (R)
0 5,3 10,6 15,9 21,2 26,5 31,8 37,1 42,4 47,7	0 0.092 0.184 0.274 0.362 0.446 0.527 0.603 0.674 0.74 0.799	1 0.996 0.983 0.962 0.932 0.895 0.85 0.798 0.738 0.673 0.602	0.54 0.541 0.545 0.551 0.559 0.57 0.584 0.601 0.621 0.646 0.674	1 0.998 0.991 0.981 0.966 0.947 0.925 0.899 0.869 0.837 0.801	1 0.99 0.961 0.914 0.853 0.782 0.705 0.625 0.547 0.473 0.405	0 0.05 0.1 0.151 0.202 0.254 0.308 0.362 0.419 0.477 0.538	0 0.093 0.186 0.279 0.374 0.471 0.57 0.671 0.776 0.884 0.997	1 0.988 0.953 0.897 0.825 0.741 0.652 0.562 0.475 0.396 0.325	1 0.994 0.977 0.947 0.905 0.85 0.781 0.696 0.594 0.472 0.329	1 0.988 0.954 0.899 0.824 0.734 0.633 0.529 0.432 0.357 0.325

Рис. 2.3.2 Розподіл поля на розкриві рупора
По знайденому розподілу поля на розкриві обчислюється діаграма спрямованості дзеркальної антени . Картина розподілу поля на розкриві дзеркала може бути аппроксимирована за допомогою співвідношення:
(2.3.2)
де - Рівномірна частина розподілу поля;
- Нерівномірна частина розподілу поля;
n = 1,2,3
Отримані значення (при n = 1 і n = 2) внесені в таблицю 2.3.1.
Як видно з таблиці 2.3.1, більш точна апроксимація розподілу поля на розкриві дзеркала при n = 2.
Вираз для нормованої діаграми спрямованості антени буде мати вигляд:
(2.3.3)
де
n - показник ступеня вираження, що апроксимує поле на розкриві. (N = 2)
Результати розрахунку діаграми спрямованості представимо у вигляді таблиці 2.3.2
Таблиця 2.3.2

, Град	sin ( )		L1 (u)	3aL1 (u)	L3 (u)	bL3 (u)
0 0.17 0.34 0.51 0.68 0.85 1.02 1.19 1.36 1.53 1.7	0 0.003 0.006 0.009 0.012 0.015 0.018 0.021 0.024 0.027 0.03	0 0.419 0.839 1.258 1.678 2.097 2.517 2.936 3.355 3.775 4.194	1 0.978 0.915 0.815 0.687 0.542 0.392 0.247 0.118 0.012 0.065	0.975 0.954 0.892 0.794 0.67 0.529 0.382 0.241 0.115 0.012 -0.064	1 0.985 0.93 0.9 0.837 0.81 0.74 0.627 0.498 0.392 0.316	0.675 0.665 0.628 0.608 0.565 0.547 0.5 0.423 0.336 0.265 0.213	1 0.981 0.921 0.85 0.748 0.652 0.535 0.402 0.273 0.168 0.09

Побудуємо діаграму спрямованості в декартовій системі координат

Малюнок 2.3.3 Діаграма спрямованості антени в декартовій системі координат

2.4 Розрахунок G антени

Розрахунок G антени будемо вести за наступною формул
  (2.4.1)
де - Коефіцієнт використання площі розкриву дзеркала, повністю визначається характером розподілу поля в розкриві.
S - геометрична площа розкриву;
- Коефіцієнт корисної дії параболічної антени (приймемо )

Коефіцієнт спрямованої дії (підсилення), визначений за формулою (2.4.1) не враховує втрат енергії на розсіювання, тобто втрат енергії, що проходить від опромінювача повз дзеркало.

3. Розрахунок прийнятої потужності.

3.1 Затухання у вільному просторі.

Поширення УКХ на лінії Земля-Космос здійснюється через тропосферу і іоносферу Землі і супроводжується послабленням радіохвиль. Ослаблення обумовлено трьома причинами: поглинанням радіохвиль водяними парами і газами, поглинанням і розсіюванням різними гідрометеоутворень (дощ, сніг, хмари, туман тощо) і поглинанням радіохвиль в іоносфері.
Спочатку розрахуємо прийняту потужність без врахування впливу атмосфери, а потім знайдемо загасання в атмосфері.
Визначимо прийняту потужність за формулою

			(3.1.1)

де - Коефіцієнт посилення приймальні антени.
- Коефіцієнт посилення супутникової антени.
- Відстань до супутника.
Множник ослаблення в загальному вигляді може бути записаний таким чином:

де - Повний показник ослаблення на ділянці траси проходить в іоносфері;
- Повний показник ослаблення на ділянці радіолінії в "чистій" атмосфері;
- Повний показник ослаблення на ділянці радіолінії з гідрометеоутворень;

3.1.1 Затухання в тропосфері.

Ослаблення в "чистій" атмосфері і атмосферних утвореннях відбувається в результаті поглинання енергії радіохвиль і їх розсіювання молекулами газів або зваженими частинками речовини.
Повні показники ослаблення можна записати у вигляді:
(3.1.2.)
(3.1.3.)
де і - Коефіцієнти послаблення в "чистій" атмосфері і в атмосферних утвореннях
Показник ослаблення радіохвиль у тропосфері залежить від кута місця , Тобто від рогу, під яким траєкторія хвилі спрямована до горизонту (рис. 3.1.1). Так як щільність газів зменшується з висотою, то найменша величина буде при розповсюдженні радіохвиль в напрямку, перпендикулярному до поверхні Землі ( )
Рис. 3.1.1
Гідрометеоутворень, або гідрометеорологічних (опади, туман, хмари тощо), викликають ослаблення електромагнітних хвиль, що мають довжину хвилі 3-5см і коротше.
Коефіцієнт ослаблення в тумані і хмарах для водності, рівної 1 представлений на рис. 3.1.2. Під водністю розуміється кількість водяної пари (у грамах), що знаходиться в одному кубічному метрі повітря. Водність тумана (хмари) коливається від 0,03 (слабкий туман) до 2,3 (Сильний туман).

Результати розрахунків для радіохвиль сантиметрового і міліметрового діапазонів, що розповсюджуються в дощах інтенсивністю від 0.1мм / год (дуже слабкий мга) до 100 мм / год (злива), представлені у вигляді кривих (рис. 3.1.3). Зі збільшенням інтенсивності дощу і зменшенням довжини хвилі коефіцієнт ослаблення зростає.
Рис. 3.1.3
Користуючись графіками 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, визначимо сумарні показники ослаблення радіохвилі в тропосфері , , Для нашого випадку ( або , , ).

при відсутності дощу
при дуже сильному дощі

3.2.2 Затухання в іоносфері.

Поглинання радіохвиль в іоносфері обумовлено зіткненнями електронів з нейтральними молекулами та іонами. У результаті енергія радіохвилі зменшується внаслідок часткового її переходу в теплову енергію.
(3.2.1)
де - Коефіцієнт поглинання в іоносфері
(3.2.2)
де - Відносна діелектрична проникність іонізованого газу;
- Провідність іонізованого газу.
(3.2.3)
(3.2.4)
де - Електронна концентрація іонізованого газу (визначається з графіка 3.2.1);
- Число зіткнень електронів з молекулами або з іонами в одиницю часу (визначається з графіка 3.2.2)
Рис 3.2.1 Рис. 3.2.2
Користуючись графіками 3.2.1, 3.2.2, а також формулами 3.2.1-3.2.4 знайдемо коефіцієнт ослаблення в іоносфері.




На даній частоті (12,5 Ггц) ослаблення радіохвиль в іоносфері відсутня (дуже мало в порівнянні з ослабленням у тропосфері)
відстань до супутника (стаціонарна орбіта)
Отже множник ослаблення радіохвиль на трасі Земля-Космос можна знайти з формули (3.2.4)
(3.2.4)
Для самого гіршого випадку (сильний дощ)
Прийнята потужність з урахуванням впливу атмосфери

4. Принцип дії феритового поляризатора.

Дія поляризаційного циркулятора засноване на використанні повороту площини поляризації електромагнітної хвилі в хвилеводі з поздовжньо намагніченим феритовим стрижнем.
Феритовий поляризатор представлений на малюнку 4.1.

Рис. 4.1 Креслення феритового поляризатора
Уздовж осі круглого хвилеводу встановлений феритовий стрижень круглого перетину, що знаходиться під впливом постійного магнітного поля , Спрямованого вздовж стрижня. Таке магнітне поле створюється за допомогою соленоїда, намотаного зовні круглого хвилеводу. Для зменшення керуючого постійного магнітного поля застосовуються діелектричні втулки, які надягають на феритовий стрижень і значно збільшують концентрацію поля в області розташування фериту, що призводить до збільшення кута повороту площини поляризації.
Довжина феритового стрижня і напруженість постійного магнітного поля підбираються такими, щоб площина поляризації електромагнітної хвилі при поширенні вздовж стрижня повернулася на кут . Напрямок повороту площини поляризації буде залежати від напрямку постійного магнітного поля.

Список використаних джерел.
1.Жук М.С., Молочкон Ю.Б. Проектування антенно-фідерних пристроїв. -М.1966
2.Зузенко В.А., Кислов А.Г., Циган Н.Я. Розрахунок і проектування антенн.-Л.1969
3.Драбкін А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фідерні устройства.-М1974.
4.Красюк Н.П., Димовіч Н. Д. Електродинаміка та поширення радіоволн.-М1974