Міністерство загальної та професійної освіти
Російської Федерації
Уральський державний технічний університет
Кафедра ВЧСРТ
ПРОЕКТУВАННЯ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕНИ ПО СХЕМІ Кассегрена
Пояснювальна записка до курсового проекту
з дисципліни «Антени та пристрої НВЧ»
2007 000 009 ПЗ
Керівник Семенов Б.В.
Студентка Єловських О.А
Група Р - 474
Єкатеринбург
2005
ЗМІСТ
1.Технічне завдання
2. Введення
3. Розрахунок геометричних параметрів антени
4. Розрахунок параметрів опромінювача
5. Розрахунок живильної лінії
6.Заключеніе
Список використаних джерел
Додаток 1
Додаток 2
Додаток 3
Додаток 4
Додаток 5
Додаток 6
Додаток 7
Додаток 8
ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ
Вихідні дані:
Частота f, ГГц 15
Коефіцієнт підсилення, G дБ 38
Рівень бічних пелюсток d дБ 25
Потужність передавача в імпульсі, Вт 50
Тип опромінювача - Конічна рупорна антена
Вибрати і розрахувати:
Параметри опромінювача
Основні геометричні розміри дзеркал
Розподіл поля в розкриві
Діаграми спрямованості у вертикальній і
горизонтальній площинах
Лінію передачі
Коефіцієнт підсилення і ефективність антени
Профілі перетину дзеркал
Викреслити:
Конструкцію опромінювача
Загальний вигляд антени
Профілі перетину дзеркал
ВСТУП
Двухзеркальная антена за схемою Кассегрена відноситься до апертурний антен. Вона складається з двох поверхонь, що відбивають (рис.1): основний - великого параболічного дзеркала і допоміжної - малого дзеркала у вигляді гіперболоїда.
Роль малого дзеркала полягає в переотраженія падаючої на нього сферичної хвилі опромінювача на велике дзеркало, при цьому, внаслідок геометричних властивостей гіперболи, відображена малим дзеркалом хвиля як би виходить з однієї точки - фокуса F1. Ця хвиля трансформується великим дзеркалом у плоску. Параболічне дзеркало випромінює так, як ніби в його фокусі знаходиться уявний опромінювач, створює сферичну хвилю. Другий фокус малого дзеркала поєднується з фазовим центром опромінювача - рупора F 2.
Двох дзеркальна антена є більш компактною, ніж однозеркальная і забезпечує більш рівномірний розподіл порушення по розкриву, а так само є більш перешкодозахищеність.
До недоліку даного типу антен відноситься те, що, частина розкриву великого дзеркала затінена площиною малого дзеркала.
У наближенні геометричної оптики двох дзеркальна антена може бути зведена до еквівалентної однозеркальной параболічної антени, що має таке ж розподілу поля в розкриві і такі ж спрямовані властивості - з урахуванням затінення малим дзеркалом. Розрахунок спрямованих властивостей здійснюється з використанням параметрів опромінювача і еквівалентного параболоїда.
РОЗРАХУНОК ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ АНТЕНИ
У двох дзеркальних антенах Кассегрена кути розкриву великого і малого дзеркал зазвичай лежать в інтервалах y = 70 ° - 90 °; f = 15 ° - 30 °.
При цьому в кут 2j повинна «вписуватися» діаграма спрямованості опромінювача за рівнем - (10 - 20) дБ, щоб створити необхідний амплітудне розподіл в розкриві і мати високий коефіцієнт перехоплення. Співвідношення діаметрів малого і великого дзеркал візьмемо рекомендованим d / D <0.2, тому що велика затінення призводить до значного зростання бічних пелюсток.
рис. 1
Знайдемо діаметр великого дзеркала виходячи із заданого коефіцієнта підсилення. Заданий рівень бічних пелюсток наведено без урахування затінення апертури другий дзеркалом, Тому задамося рівнем бічних пелюсток приблизно на 4 дБ нижче заданого (-28,9 дБ).
Dq 0.5 - ширина діаграми спрямованості, градуси
D - діаметр великого дзеркала, м
R - радіус великого дзеркала, м
l - довжина хвилі, м
Задамо f = 15 0. Діаметр малого дзеркала розраховуємо за формулою:
Де
Задамося кутом . Знаходимо фокусна відстань великого дзеркала.
Визначимо еквівалентна фокусна відстань, користуючись формулою:
Звідси:
м
Знайдемо додаткові параметри антени.
Результати розрахунку параметрів антени:
РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ Опромінювачі
Як облучающего елемента в технічному завданні заданий конічний рупор, порушуваний хвилею Н 11, яка підводиться до нього за допомогою круглого хвилеводу. У цьому випадку, поле випромінювання в головних площинах визначається х-ї складової електричного вектора і у-ї складової магнітного вектора в розкриві. Ці складові мають таке амплітудно-фазовий розподіл в розкриві:
Де r - поточна радіальна координата розкриву, j - кутова координата, r 0 - радіус розкриву, R-довжина рупора. Для розрахунку скористаємося формулами з [1].
Як було сказано вище, в кут 2f повинна «вписуватися» діаграма спрямованості опромінювача за рівнем - (10 - 20) дБ, щоб створити необхідний амплітудне розподіл в розкриві і мати високий коефіцієнт перехоплення. Отже, задаючись шириною діаграми спрямованості ми знаходимо радіус розкриву рупора, відповідно отримаємо:
Довжина оптимального рупора пов'язана з його діаметром наступним співвідношенням:
Визначимо максимальну фазову помилку на краях апертури, за формулою:
Так як рупор є опромінювачем дзеркальної антени, то постає питання визначення його фазового центру. Для рупорних антен з максимальною фазової помилкою на краю апертури положення фазового центру можна визначити за формулами:
Таким чином, отримали вихідні дані необхідні для розрахунку діаграми спрямованості опромінювача і антени по програмі.
РОЗРАХУНОК ЖИВИЛЬНОЇ ЛІНІЇ
В якості опромінювача використовується конічний рупор, харчування таких рупорів здійснюється від круглого хвилеводу або через плавний перехід від прямокутного.
Застосуємо круглий хвилевід з основною хвилею . Хвилевід повинен підводити до опромінювач тільки хвилю
і пропускати задану потужність.
Співвідношення радіуса хвилеводу і критичної довжини хвилі в хвилеводі:
Звідси r, враховуючи, що
Нижня межа роботи хвилеводу на основній частоті визначимо:
= 7,7 мм
Таким чином, радіус хвилеводу слід вибирати з отриманого нерівності:
Вибираємо
з-за можливих неоднорідностей, якості поверхні внутрішніх стінок хвилеводу, чистоти заповнює хвилевід повітря більше значення
брати не рекомендується.
Визначимо максимальну потужність, яка може бути передана через хвилевід:
Максимальна потужність задовольняє умовам завдання P = 50 кВт.
ВИСНОВОК
Результатом розрахунку двухзеркальной антеною за схемою Кассегрена з'явилися геометричні параметри антени. Побудовано діаграми спрямованості опромінювача, антени в площинах E і H, проведений розрахунок живлячої хвилеводу і максимальної потужності яку вона здатна передати. Розраховані коефіцієнт підсилення G = 38,22 дБ при заданому 38дб, рівень бічних пелюсток -23,9 дб, при заданому-25дб (розрахунковий рівень бічних пелюсток не повинен відрізнятися від заданого більш ніж ± 2 дБ). Також розрахували КВП антени, який дорівнює 0,525. Тому можна сказати, що вимоги технічного завдання виконані.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
Наймушін М.П. Панченко Б.В. Шабунін С.М. "Проектування антенних систем НВЧ" УГТУ 1993р.
Сазонов Д.М. та ін "Антени та пристрої НВЧ" підручник для вузів. - Москва, "Вища школа" 1988р.
Айзенберг Г. З., Ямпільський В.Г. , Терешин О.М. "Антени УКХ" Москва, «Зв'язок" 1977р.
ДОДАТОК 1
Діаграма спрямованості рупорної антени (опромінювача) у площині вектора Е.
ДОДАТОК 2
Розподіл поля в розкриві головного дзеркала в площині вектора Е.
ДОДАТОК 3
Діаграма спрямованості антени Кассегрена в площині вектора Е.
ДОДАТОК 4
Діаграма спрямованості антени Кассегрена в дБ в площині вектора Е.
ДОДАТОК 5
Діаграма спрямованості рупорної антени (опромінювача) у площині вектора Н
ДОДАТОК 6
Розподіл поля в розкриві головного дзеркала в площині вектора Н
ДОДАТОК 7
Діаграма спрямованості антени Кассегрена в площині вектора Н
ДОДАТОК 8
Діаграма спрямованості антени Кассегрена в дБ в площині вектора Н
У цій роботі розрахована двухзеркальная антена за схемою Кассегрена, наведені її діаграми спрямованості, представлений зовнішній вигляд антени, розраховані параметри опромінювача, яким є рупорна антена, перевірено, яку потужність може проводити лінія передачі.
Всі розрахунки наведені в основній частині, ілюстрації - у додатках.