Міністерство зв'язку та інформатизації Російської Федерації
Сибірський державний університет телекомунікацій та інформатики
Хабаровський філія
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
з дисципліни
Антена - фідерні пристрої
на тему:
"Розрахунок антени для земної станції супутникової системи
зв'язку (ЗССС) "
Виконав: ст. гр. ХР-61
Корольов І.Е.
Перевірив: Мікрюков М.І.
Хабаровськ
2009
ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ
Система: схема Кассегрена. Працює в системі Земля - космічний апарат - Земля в режимі передачі. Розрахувати електричні та конструктивні параметри на центральній частоті, перевірити широкополосность.
Робоча частота, f раб, ГГц
4,5
Потужність випромінювання, P изл, Вт
500
Поляризація випромінювання
лінійна
Потужність на вході приймача, P пр, дБ / Вт
-115
Коефіцієнт підсилення антени, G пр, дБ
20
Смуга пропускання, П 0,7,%
12
Коефіцієнт хвилі, що біжить в живильному фідері, КБВ
0,8
Відстань до ретранслятора, R, км
41700
Рівень перших бічних пелюсток, УПБЛ, дБ max
-30
Втрати в фидерном тракті приймача, L пр, дБ
1
Втрати в фидерном тракті передавача, L пер, дБ
1
Втрати в атмосфері, L дод, дБ
2
Коефіцієнт корисної дії, ККД,%
85 ... 90
Коефіцієнт використання поверхні, КВП
0,5 ... 0,7
ЗМІСТ
Введення
1. Загальний аналіз антен ЗССС, вимоги до антен ЗССС
1.1 Загальний аналіз і порівняльна характеристика антен
1.2 Вимоги, що пред'являються до електричних параметрах антен ЗССС
1.2.1 Проблема екологічної чистоти земної станції
1.2.2 ДН антени ЗС і електромагнітна сумісність
1.2.3 Норми і рекомендації на параметри антен ЗССС
1.2.4 Вимоги на огибающую ДН в системі "Intelsat"
1.2.5 Вимоги до параметрів антен для ЗССС системи зв'язку "Інтерсупутник"
1.2.6 Російські вимоги на параметри антен для ЗС
1.2.7 Вимоги до параметрів антен ЗС
2. Електричний і конструктивний розрахунок параметрів антени ЗССС
2.1 Розрахунок енергетичних характеристик антени
2.2 Розрахунок радіуса розкриву великого дзеркала
2.3 Розрахунок ексцентриситету малого дзеркала гіперболи, фокусних відстаней дзеркал і діаметра опромінювача
2.4 Розрахунок профілів великого і малого дзеркал
2.5 Розрахунок електричних характеристик, допуск на виготовлення
2.6 Розрахунок діаграми спрямованості опромінювача
2.7 Розрахунок амплітудного розподілу в розкриві дзеркала антени
2.8 Розрахунок діаграми спрямованості антени
3. Охорона праці і техніка безпеки
3.1 Класифікація факторів, що впливають на умови праці
3.2 Заходи безпеки при роботі з електрообладнанням
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Космічна зв'язок міцно зайняла своє місце в системах зв'язку всього світу. Зростає число супутників зв'язку, які працюють на різних космічних орбітах, освоюються нові діапазони частот.
Системи супутникового зв'язку дають можливість пропустити величезний обсяг інформації. За допомогою тільки одного ретранслятора на ІЗС можна забезпечити передачу інформації на відстані до 15000 км, а з допомогою трьох ІЗС можлива організація майже, що глобальної системи зв'язку.
Оптимальним місцем для розміщення ретранслятора є геостаціонарна орбіта, віддалена від поверхні Землі на 36000 км, так як ІЗС при цьому "зависають" і практично не змінюють свого місця розташування відносно нерухомої точки на Землі. Одним з переваг такої орбіти є відсутність в антени ЗС системи стеження за супутником.
Для обслуговування полярних і приполярних районів застосовуються еліптичні орбіти, низько і среднерасположенние кругові орбіти. Антени ЗС для таких систем зв'язку мають систему стеження за супутником, що в значній мірі збільшує вартісні показники антени ЗС, робить її більш складною в обслуговуванні і монтажі, а також знижує надійність всієї системи зв'язку.
Система зв'язку через ШСЗ являє собою складний комплекс, до складу якого входить земна станція супутникового зв'язку (ЗССС). Антенно-фідерне пристрій є невід'ємною частиною ЗС, від параметрів якого залежать вихідні параметри ССС. У зв'язку з цим виникає питання про визначення взаємозв'язку параметрів антен для ЗС з основними параметрами систем СС. Для ЗССС знайшли застосування осесиметричні однозеркальние антени (ООА), неосесиметричні однозеркальние антени (НОА), двухзеркальние антени з розтрощеною фокальній віссю (схема АДЕ) і з модифікованими поверхнями дзеркал, двухзеркальние осесиметричні за схемами Кассегрена і Грегорі.
Трьох-і більше дзеркальні антени не знайшли широкого застосування в якості антен ЗССС, так як відсутні характерні переваги в реалізації електричних параметрів у порівнянні з двухзеркальнимі з модифікованими поверхнями дзеркал.
Як хвилеводних передавальних трактів в основному використовуються еліптичні гофровані хвилеводи, що володіють певною гнучкістю, що дозволяє надавати тракту найбільш доцільну конфігурацію.
Приймальні хвилеводні тракти, як правило, мають малу довжину і виконуються на прямокутних хвилеводах, які з'єднують прийомні порти комбайнера з МШУ. У даному курсовому проекті розглядаються питання електричного та конструктивного розрахунку антени зібраної за схемою Кассегрена, вимоги до електричних параметрів антен. Також розглянуто питання електромагнітної сумісності антен і розрахунок санітарно-захищеної зони у відповідності з діючими рівнями НВЧ - випромінювання.
1. Загальний аналіз, порівняльна характеристика і вимоги пред'являються до антен ЗССС
1.1 Загальний аналіз і порівняльна характеристика антен
В останнє десятиліття в галузі космічної та радіорелейного зв'язку, радіоастрономії і інших областях широке поширення отримали двухзеркальние антени (ДЗА).
Основними достоїнствами осесиметричних ДЗА в порівнянні з однозеркальнимі є:
Поліпшення електричних характеристик, зокрема підвищення коефіцієнта використання поверхні розкриву антени, так як наявність другого дзеркала полегшує оптимізацію розподілу амплітуд по поверхні основного дзеркала.
Конструктивні зручності, зокрема спрощення підводки системи фідерного живлення до випромінювача.
Зменшення довжини хвилеводних трактів між приймально-передавальним пристроєм і опромінювачем, наприклад, шляхом розміщення приймального пристрою, поблизу вершини основного дзеркала.
Разом з тим ДЗА властиві такі недоліки:
висока ступінь затінення випромінюючого розкриву, особливо для антен з малим електричним розміром розкриву, тобто характеризується порівняно малим значенням D / λ;
високий рівень бічних пелюсток по кутовим напрямками, що прилягає до напрямку головного випромінювання;
значно більш серйозні труднощі в конструюванні квазичастотному незалежних опромінювачів антени в порівнянні з однозеркальной схемою;
великі фізичні розміри опромінювача;
висока вартість.
Принцип дії ДЗА полягає в перетворенні сферичного хвильового фронту електромагнітної хвилі, випромінюваної джерелом, у плоский хвильовий фронт в розкриві антени в результаті послідовного переотраженія від двох дзеркал: допоміжного і основного з відповідними профілями.
Одним з найбільш поширених варіантів виконання двузеркальной антени є антена типу Кассегрена, що містить параболоїда основне дзеркало, опромінювач і допоміжне дзеркало (контррефлектор), що представляє собою частину поверхні у вигляді гіперболоїда обертання (рисунок 1.1).
Трансформація хвильових фронтів у вказаній схемі така: сферичний фронт хвилі, випромінений опромінювачем, після відбиття від конррефлектра трансформується знову в сферичний розходиться фронт, віртуальний джерело якого розташований на осі системи за гіперболоїдних контррефлектором в точці фокусу основного рефлектора, а після другого відбиття від параболоїда трансформується в плоский хвильовий фронт.
Малюнок 1.1 - антена типу Кассегрена
1.2 Вимоги, що пред'являються до електричних параметрах антен ЗССС
1.2.1 Проблема екологічної чистоти земної станції
Земні станції супутникового зв'язку випромінюють досить високий рівень потужності. При потужності передавальних пристроїв в 1 кВт і вище автоматично стає джерелами екологічного забруднення навколишнього середовища. Негативний вплив НВЧ - випромінювання буде позначатися на здоров'я обслуговуючого персоналу ЗС, жителів блізлежайшіх населених пунктів та інших осіб, які потрапили в зону неприпустимо великих рівнів випромінювання. Існуючі норми на допустимі рівні випромінювання викладені в санітарних нормах і правилах СанПіН 2.2.4/2.1.8.055-96 Госкомсанепіднадзор Росії, Москва 1966.
Ці норми враховують як тривалість шкідливого впливу, так і його чисельну характеристику, певну через щільність потоку потужності (вектор Пойтінга П [ВТ / м 2]). Гранично допустиме значення щільності потоку енергії повинно бути не більше 200 мкВт год. / см 2. Щільність потоку енергії є щільність потоку потужності (вектор Пойтінга) помножений на тривалість впливу в годинах. За нормами гранично-допустимий рівень (ГДР) густини потоку потужності при тривалості впливу 8 годин і більше дорівнює 25 мкВт / см 2, тоді щільність потоку енергії буде 25 * 8 = 200 мкВт / см 2; при короткочасних впливах (0,2 години і менше) щільність потоку потужності повинна бути не більше 1000 мкВт / см 2. Час перебування для різних рівнів щільності потоку потужності розраховують виходячи з ПДУ енергетичного впливу рівного 200 мкВт год. / см 2. Антена ЗС орієнтована під деяким кутом в угломестной площині, тому з точки зору екологічної чистоти представляє інтерес тільки сверхбліжняя зона випромінювання, яка обмежує розташування станції окружністю, радіусом у кілька одиниць або десятків діаметрів розкриву антени.
Розподіл електромагнітного поля у найближчій зоні антени визначає межі санітарно - захисної зони.
Існує два підходи до вирішення задачі про знаходження розподілу поля в найближчій зоні:
перший підхід полягає у визначенні цієї характеристики для кожної конкретної антени, використовуються результати електричного розрахунку і експерименту в ближній зоні;
другий підхід - це знаходження загальної закономірності у характеристиках поля в ближній зоні.
1.2.2 ДН антени ЗС і електромагнітна сумісність
Системи супутникового зв'язку з'явилися пізніше наземних систем зв'язку, проте частотні діапазони, виділені для них, збігаються з діапазонами інших служб і зокрема з радіорелейними системами зв'язку. Тому виникли проблеми небажаного впливу обох систем зв'язку, причому ці впливи взаємні.
Основні схеми взаємного впливу такі:
антени РРЛ, що працюють в режимі передачі, безпосередньо впливають на антени ЗС, що працюють у режимі прийому;
ЗС, що працюють на передачу безпосередньо впливають на приймальні антени РРЛ.
Взаємні небажані впливу різних систем зв'язку відбуваються за рахунок бічних і задніх пелюсток ДН антен. Чим менше рівень пелюсток, тим менше взаємний вплив. Тому рівень бічних пелюсток повинен бути не вище певного, який задається вимогами на огибающую бічних пелюсток. Для різних систем зв'язку ці вимоги відрізняються незначно. Успішне вирішення проблеми електромагнітної сумісності (ЕМС) неможливо здійснити без деякого погіршення інших параметрів антени ЗС. При розробці антен ЗС необхідно приймати такі рішення, які найменше погіршують параметри антени ЗС.
1.2.3 Норми і рекомендації на параметри антен ЗССС
В даний час є значна кількість міжнародних і національних організацій, що використовують супутникові системи зв'язку.
Найбільш значне міжнародні організації:
Intelsat - це міжнародний консорціум супутникового зв'язку, до складу якої входять понад 130 держав. Через ІЗС системи Intelsat, розміщені групами над Атлантичним, Тихим, Індійським океанами, здійснюється близько 2 / 3 міжнародного телефонного трафіку і практично весь TV обмін;
Інтерсупутник - входить понад 20 держав. У цій системі використовуються Російські супутники типу "Горизонт" (зареєстровано в міжнародному раді електрозв'язку МСЕ) під індексом "Стаціонар" для приватного діапазону 6 / 4 ГГц);
Eutelsat - входить більше 40 держав.
Національні організації є в США, Німеччини та ін
Норми і рекомендації на ДН у всіх організаціях практично збігаються, які в кінцевому підсумку виливаються у вимоги на огибающую ДН, на кроссполярізаціонную розв'язку і ін
1.2.4 Вимоги на огибающую ДН в системі "Intelsat"
Згідно з п. 1.2 IESS посилення антен по бічних напрямках лімітується системою формул:
G (q) = 29-25 lg q (дБі), при 1 0 <q <20 0
G (q) = -3,5 (дБі), при 20 0 <q <26,3 0
G (q) = 32-25 lg q (дБі), при 26,3 0 <q <48 0
G (q) = -10 (дБі), при q> 48 0
При цьому:
допускається перевищення зазначеного рівня до 10% піків, як за основною, так і по кроссполярізаціонной ДН;
при D / l> 100 замість q = 1 °, слід підставити кут q min = [(100 l) / D] °, де D-діаметр антени;
вимоги однакові для режимів передачі і прийому.
1.2.5 Вимоги до параметрів антен для ЗССС системи зв'язку "Інтерсупутник"
Вимоги регламентовані документом, для систем зв'язку здійснюють роботу в діапазоні 6 / 4 ГГц (документ РСІ-302, "Регламент системи" Інтерсупутник "). У цьому документі наведені основні вимоги до характеристик антен і високочастотної частини ЗС, призначених для роботи через супутники типу" Горизонт "," Експрес ", LMI -1.
У регламенті "Інтерсупутник" наводиться класифікація ЗС (таблиця 1.1).
Таблиця 1.1
Стандарт ЗС | Значення G / T; дБ / К | Типовий діаметр антени, м | Максимальний КУ антени на перед., ДБ |
С1 | 31,0 | 9,0 ... 12,0 | 54,0 |
С2 | 28,0 | 6,5 ... 7,5 | 51,0 |
С3 | 23,5 | 3,5 ... 5,0 | |
С4 | 19,3 | 2,0 ... 3,0 | 42,0 |
Шумова температура визначається при куті місця 5 0 і приведені до входу опромінювача антени. Дані приведені для середньої частоти діапазону.
Вимоги на огибающую ДН:
для стандартів ЗС С1 і С2, що працюють через супутники "Горизонт", "Експрес" потрібно щоб КУ у 90%, бічних пелюсток не перевищував наступних значень:
G (q) = 29-25 lg q (дБі), при 1 0 <q <48 0
G (q) = -10 (дБі), при q> 48 0
Рівень першого бічної пелюстки повинен бути нижче на 14 дБ не менше рівня основного пелюстка;
- Для стандартів С3 і С4
G (q) = 49-10 lg (D / l) -25 lg q (дБі) при 1 0 <q <48 0
G (q) = 10-10 lg (D / l) (дБі) при q> 48 0
Для стандартів С1, С2, С3, С4 при роботі через супутники LMI - 1 для основної та кроссполярізаціонной ДН на передачу і прийом коефіцієнт посилення у 90% піків не перевищував значень:
для D / l> 50
G (q) = 29-25 lg q (дБі), при 1 0 <q <20 0
G (q) = -3,5 (дБі), при 20 0 <q <26,3 0
G (q) = 32-25 lg q (дБі), при 26,3 0 <q <48 0
G (q) = -10 (дБі), при q> 48 0
для D / l <50
G (q) = 32-25 lg q (дБі) при 1 0 <q <48 0
G (q) = -10 (дБі), при q> 48 0
Вимоги на поляризаційні характеристики. При роботі ЗС через супутник "Горизонт" та "Стаціонар" в діапазоні 6 / 4 ГГц антена повинна забезпечити передачу і прийом сигналів з круговою поляризацією: при передачі - лівого обертання, при прийомі - правого обертання. Коефіцієнт еліптичності (аксіальне відношення) повинен бути не більше 1,06 (що відповідає поляризаційної розв'язці 30,7 дБ) для антен діаметром більше 3,5 м.
При роботі через супутники LMI - 1 загасання для сигналу перехресної поляризації в електричній осі антени має становити не менше 33 дБ для ЗС стандартів С1, С2, С3 і не менше 30 дБ для С4.
Згасання перехресної поляризації при відхиленні від осі повинне бути не гірше:
G (q) = 19-25 lg q (дБі) при 1,8 0 <q <7 0
G (q) = -2 (дБі), при 7 0 <q <9,2 0
Згасання для сигналу перехресної поляризації на будь-якій частоті передачі і прийому при відхиленні від осі по контуру - 1 дБ має становити не менше 28 дБ для стандартів С1 - С3, і не менше 25 дБ для С4.
1.2.6 Російські вимоги на параметри антен для ЗС
Вимоги на параметри антен для ЗССС входять до складу більш загального документа, що регламентує "Загальні технічні вимоги на станції земні для ліній супутникового зв'язку, що працюють з ІЗС на геостаціонарній орбіті в діапазонах частот 6 / 4, 14/11 ... 12 ГГц.
Ці вимоги, затверджені Держкомзв'язку РФ, поширюються на що випускаються в РФ і імпортоване обладнання.
Частотні діапазони ЗС, МГц
на передачу: на прийом:
5725 ... 6725 3400 ... 4200
6725 ... 7025 4500 ... 4800
12750 ... 13250 10700 ... 11700
14000 ... 14500 10950 ... 11200
11450 ... 11700
12500 ... 12750
1.2.7 Вимоги до параметрів антен ЗС
1. Рівень бічних пелюсток ДН антени ЗС з відношенням D / l> 50 повинен задовольняти Рекомендаціям 580-5 і 465-5 МСЕ-Р (Міжнародна Рада з електрорадіосвязі) згідно з якими антени ЗС повинні мати посилення G (q), (дБі), по крайней мірою, в 90% піків бічних пелюсток ДН не перевищують значень, які визначаються формулами:
G (q) = 29-25 lg q (дБі), при 1 0 <q <20 0
G (q) = -3,5 (дБі), при 20 0 <q <26,3 0
G (q) = 32-25 lg q (дБі), при 26,3 0 <q <48 0
G (q) = -10 (дБі), при 48 0 <q <180 0
де кут q - кут, відлічуваний від осі головного пелюстка ДН антени;
q min = 1 0 або [100 l / D] 0, якщо 100 l / D> 1
D - діаметр антени;
l - довжина хвилі.
2. Розміри антен, коефіцієнт підсилення, вид і кількість поляризацій визначаються системними вимогами і вказуються в ТУ на ЗС.
3. Кроссполярізаціонная розв'язка в тракті передачі повинна бути не менше 30 дБ, в тракті прийому не менше 25 дБ в контурі з ослабленням 0,5 дБ.
При роботі без поляризаційного ущільнення розв'язка в обох трактах повинна бути не менше 19 дБ в контурі з ослабленням 0,5 дБ.
4. Розв'язка між прийомними і передавальним трактами повинна бути такою, щоб при максимальній потужності на виході всіх передавачів ЗС, крім резервних, зменшення співвідношення сигнал-шум на вході приймача (високочутливе пристрій - МШУ), що працює в лінійному режимі, на частоті прийнятого сигналу не перевищувало 0 , 3 дБ.
5. Втрати ЗС у рівні сигналу через неточності наведення не повинні перевищувати 0,4 дБ для ЗС класів С1-С4 і К1-К3, і 1,0 дБ для класів С5-С7 і К4-К6.
6. Відповідно до Рекомендації МСЕ - Р 524 щільність еквівалентної ізотропної випромінюваної потужності (ЕІВП) при будь-якому вугіллі від осі головного пелюстка ДН антени q, рівним при великим 2,5 0 в смузі шириною 4 кГц, в будь-якому напрямку в межах ± 3 0 від геостаціонарній орбіти не повинна перевищувати значень визначаються за формулою:
ЕІВП = [32 - 25 lg q],
2. Електричний і конструктивний розрахунок характеристик антени, зібраної за схемою Кассегрена
2.1 Розрахунок енергетичних характеристик антени
До основних енергетичних характеристиках антени відносять коефіцієнт підсилення і коефіцієнт спрямованої дії. Коефіцієнт посилення передавача можна визначити за формулою:
Таким чином, ми отримали коефіцієнт посилення передавача в дБ. Для того, щоб висловити G пер в рази необхідно використовувати відоме співвідношення:
Коефіцієнта спрямованої дії (КНД) визначається як відношення коефіцієнта підсилення до ККД. ККД визначається в технічному завданні. Приймемо його рівним 0,87. При цих значеннях, КНД визначитися як:
;
2.2 Розрахунок радіуса розкриву великого дзеркала
У попередніх розрахунках радіус розкриву обчислюється без урахування площі затінення. Для визначення попереднього радіусу розкриву (R / 0) використовуємо наступне співвідношення:
,
де КВП приймемо рівним 0,6;
.
Висловимо з даного співвідношення площа розкриву і потім визначимо R / 0:
Як відомо площа кола визначається за формулою:
У результаті отримаємо, що попередній радіус дорівнює:
Тепер ми можемо отримати діаметр як великого, так і малого дзеркал:
при цьому діаметр малого дзеркала визначається відповідно до рекомендацій:
Надалі нам необхідно враховувати площу затінення, іншими словами визначити площу малого дзеркала, і відповідно обчислити радіус розкриву з урахуванням цієї площі. Площа тіні можна визначити як:
,
де
Тепер нам необхідно перевірити співвідношення R / 0 <R 0. Аналізуючи отримані результати, можна зробити висновок, що умова удовлетворено.Дальнейшій розрахунок заснований на виборі кута розкриву (Ψ 0) і кута опромінення (φ 2):
Ψ 0 = 100 0 ... 105 0, приймемо Ψ 0 = 103 0;
φ 2 = 40 0 ... 41 0, приймемо φ 2 = 41 0;
2.3 Розрахунок ексцентриситету малого дзеркала гіперболи, фокусних відстаней дзеркал і діаметра опромінювача
;
Крім аналітичного обчислення ексцентриситету малого дзеркала гіперболи, наведемо графічне. На малюнку 2.1 представлені графіки, що показують значення зміни ексцентриситету твірної гіперболи в залежності від кутів (Ψ 0) і (φ 2).
Малюнок 2.1 - залежність ексцентриситету від кутів (Ψ 0) і (φ 2).
З графіка видно, що при кутах Ψ 0 = 103 0 і φ 2 = 41 0 значення ексцентриситету близько до отриманого при аналітичних обчисленнях результату: .
Для подальшого розрахунку нам необхідно визначити фокусну відстань великого (F) і малого (f) дзеркал. Це можна зробити, використовуючи наступне співвідношення:
;
З наведеного вище співвідношення видно, що F е. визначиться як:
;
Тепер розрахуємо фокусна відстань малого дзеркала, при цьому формула для його визначення виглядає наступним чином:
;
Як відомо, різниця відстаней від фокусів до довільної точки на поверхні гіперболоїда постійна, тобто , Де 2а - це відстань між його вершинами. Відстань між фокусами гіперболоїда . При цьому ексцентриситет твірної гіперболи дорівнює . Наочно відстань 2а і 2С представлені на малюнку 2.2.
Малюнок 2.2 - графічне представлення відстаней 2С та 2а
Тепер ми можемо відшукати чисельні значення відстаней 2С та 2а. Для цього використовуємо вираз:
;
;
Виконаємо перевірку на умову , Умова задоволено, отже, відстані знайдені, вірно.
На завершальному етапі розрахунку даного параграфа нам необхідно визначити діаметр опромінювача:
;
Таким чином, діаметр опромінювача можна визначити як:
;
При цьому умова виконується.
2.4 Розрахунок профілів великого і малого дзеркал
Цей розрахунок проводиться на основі відомих виразах для ρ (ψ) як для великого дзеркала параболоїда, так і для контррефлектора. Ці вирази виглядають наступним чином,
;
;
для великого і малого дзеркал відповідно.
Для спрощення алгоритму обчислень в курсовій роботі даний розрахунок був зроблений і запрограмований за допомогою програми MathCAD professional.
На першому етапі розрахуємо профіль параболи:
Значення кута ψ буде варіювати від (- ψ 0) до (ψ 0). У результаті отримаємо значення для ρ (ψ), які наведені нижче.
для великого дзеркала для малого дзеркала
На малюнку 2.3 виконаному в полярних координатах представлені профілі обох дзеркал. На малюнках 2.4 і 2.5 (а, б) дані профілі зображені окремо, при чому на (рис. 2.5б) профіль параболи представлений в полярних координатах.
Малюнок 2.3 - профілі параболи (чорна) і гіперболи (червона)
Малюнок 2.4 - контррефлектор
а) профіль великого дзеркала
б) профіль великого дзеркала в прямокутних координатах
Рисунок 2.5 - зображення параболоїда
2.5 Розрахунок електричних характеристик, допуск на виготовлення
Даний параграф включає в себе розрахунок гранично допустимих значень. Нам необхідно визначити допуск на виготовлення:
,
де n визначає технологію виробництва. Приймемо n = 3.
Коефіцієнт спрямованої дії дзеркальних антен пропорційний відношенню площі розкриву до довжини хвилі (це положення є загальним для всіх апертурних антен). Отже, у кожній даній дзеркальної антени з укороченням довжини хвилі можна очікувати збільшення КНД. Тепер ми повинні визначити мінімальну довжину хвилі, при якій КНД буде максимальним:
;
Метою нашого розрахунку є визначення максимального (КНД max):
;
2.6 Розрахунок діаграми спрямованості опромінювача
На першому етапі ми повинні визначити тип опромінювача. З усього різноманіття типів і видів опромінювачів найкращим для нашого проекту є круглий хвилевід з переходом в конічний рупор. Наше завдання - це визначення і графічне відображення головного бічної пелюстки оптимального конічного рупора. З цього пелюстки ми повинні переконається, що ДН опромінювача укладена в кут φ 2. Малюнок 2.6 містить дані для визначення головного пелюстка. На ньому зазначені кути θ з віссю рупора , Відповідного різних рівнів головного пелюстка.
Малюнок 2.6
Для того, щоб побудувати ДН опромінювача потрібно працювати за таким алгоритмом (див. рис. 2.6). На осі абсцис відкладаємо отримане значення , Потім, провівши нормаль до осі рупора, отримуємо значення кутів θ і значень головного пелюстка (див. рис. 2.7). Графічне подання діаграми спрямованості опромінювача зображено на малюнку 2.7. При цьому ми можемо бачити, що пелюстка укладений в кут φ 2.
2.7 Розрахунок амплітудного розподілу в розкриві дзеркала антени
Розподіл амплітуд в розкриві дзеркала визначається за формулою:
,
де - Це коефіцієнт перерахунку. Він визначається як:
;
Змінюючи межі кута Ψ від 0 до Ψ 0 отримаємо значення ρ (ψ) (див. таблицю 2.1).
Таблиця 2.1
0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 103 | |
1 | 0,999 | 0,997 | 0,993 | 0,988 | 0,981 | 0,971 | 0,958 | 0,941 | 0,918 | 0,888 |
На основі цих значень будуємо амплітудне розподіл без урахування опромінювача.
Для того, щоб побудувати амплітудне розподіл з урахуванням опромінювача ми повинні перерахувати до залежності від кута ψ. Дане перетворення доцільно виконати з використанням наступної формули:
Результати обчислень зведемо в таблицю 2.2.
Таблиця 2.2
10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 103 | |
2,98 | 6 | 9,11 | 12,36 | 15,79 | 19,486 | 23,53 | 28,024 | 33,13 | 39 | 41 | |
0,985 | 0,95 | 0,9 | 0,82 | 0,67 | 0,535 |