Информация по антеннам (а2)

Посмотреть архив целиком

Расчёт основных характеристик и геометрических размеров антенны.


Рабочая длина волны: l0 = 3,2 см.

Ширина диаграммы направленности одинаковая в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Допустимый уровень боковых лепестков: q = -23 дБ.

Полоса частот: 2%

Коэффициент направленного действия (коэффициент усиления): D=32 дБ

Коэффициент эллиптичности поля в случае вращающейся поляризации: 0.8

Геометрические размеры зеркала:

По уровню боковых лепестков выбираем закон изменения поля в раскрыве зеркала:

D=0 - нормированное значение поля на краю раскрыва.

Радиус параболоида определим через коэффициент направленного действия, предварительно перейдя от дБ к разам:

10lgD=32

D=1584

где g – коэффициент использован6ия поверхности антенны, или эффективность g=0,6

R=26,2 см

S=pR2=2156,5 см2 – площадь раскрыва зеркала.

При указанном амплитудном распределении, ширина диаграммы направленности: 2Q0.5=67*l/2R.

2Q0.5=4

При аппроксимации диаграммы направленности рупорного облучателя функцией cosn(y) максимальная эффективность зеркальной антенны g=0,82 достигается при y0=65, если n=2.

2y0-угол раскрыва зеркала.

Фокусное расстояние зеркальной антенны:

f=20,6 см.


Глубина зеркала:

h=6,6см.


Диаграмма направленности рупорного облучателя:


Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркальной антенны пропорционально диаграмме направленности облучателя.

Координата раскрыва зеркала, соответствующая углу y, рассчитывается так:

Исходя из этого, получаем формулу для расчета диаграммы направленности облучателя:

Диаграмма направленности рупорного облучателя, построенная по известному закону изменения поля в раскрыве зеркала:



Ширина диаграммы направленности рупорного облучателя: 2Q0.7=57

Для обеспечения вращающейся поляризации возьмем рупор с волной типа Н11, т.е. квадратный рупор


Найдём размеры раскрыва рупора с оптимальной длинной

в плоскости Н: в плоскости Е:

a =2,5 см. b =2,5см.


Продольное сечение рупорного облучателя:



Оптимальная длинна рупорного

облучателя:

Rопт=0,78см.


Зная размеры раскрыва рупорного облучателя, построим амплитудную диаграмму направленности рупора в плоскости Е, в построении диаграммы направленности нет надобности, т.к. продольные и поперечные размеры рупора совпадют


Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Е:





Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Е, построенная в полярной системе координат, и её аппроксимация функцией при n=1:


Амплитудное распределение поля вдоль зеркала:


Е(х)-амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя имеет вид:

ggg

,где F(y)-диаграмма направленности облучателя:

Значение угла y, соответствующее координате раскрыва зеркала x, рассчитывается так:

После подстановки, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала принимает вид:



A(x) - аппроксимирующая функция.

Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, построенное в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя, практически совпадает с аппроксимирующей функцией, что свидетельствует о правильном выборе самой аппроксимирующей функции и геометрических размеров зеркальной антенны.

Диаграмма направленности зеркальной антенны:

Диаграмма направленности антенны при l=l0=3,2 см.



Ширина диаграммы направленности: 2Q0.7=4,02.


Уровень боковых лепестков: q = -23 дБ.



Диаграмма направленности антенны при l=l0+5%=3,36 см.

Ширина диаграммы направленности: 2Q0.7=4,16.

Уровень боковых лепестков не изменился.



Диаграмма направленности антенны при l=l0-5%=3,04 см.

Ширина диаграммы направленности: 2Q0.7=3,92.

Уровень боковых лепестков не изменился.



При изменении рабочей длинны волны в пределах заданной полосы частот происходит незначительное расширение(сужение) диаграммы направленности при сохранении уровня боковых лепестков.



Коэффициент полезного действия антенны (КПД):

Так как диаграмма направленности рупорного облучателя симметрична относительно оси антенны и может быть аппроксимирована функцией cosn(y), при n=1, то коэффициент полезного действия антенны (h) равен:

h=1-cos2n+1(y0)

h = 0,925



Точность изготовления антенны:

Технические допуски на точность изготовления зеркальных антенн определяются допустимой величиной отклонения фазового фронта в раскрыве зеркала от синфазного. Источниками фазовых ошибок в раскрыве антенны могут быть:

  1. отклонение формы зеркала от расчетной;

  2. смещение фазового центра облучателя из фокуса параболоида;

  3. отклонение волнового фронта поля облучателя от сферического;


При отклонении реального профиля зеркала от расчетного на величину Dr фазовая ошибка Dy , возникающая в раскрыве зеркала, равна:

При Dy<p/4, искажения диаграммы направленности будут незначительны, откуда получаем следующий допуск на точность изготовления зеркала:

Максимальная точность выполнения профиля зеркала должна быть у вершины:

Dr< 0,211 см


При смещении из фокуса фазового центра облучателя вдоль оси параболоида, в раскрыве зеркала возникает ошибка:

Полагая Dy<p/4, получаем допустимое смещение облучателя из фокуса:

, где y0=65 – угол раскрыва зеркала.


Dr< 0,758 см

При смещении облучателя вдоль оси параболоида фазовая ошибка в раскрыве зеркала имеет квадратичный характер. Поэтому направление основного лепестка диаграммы направленности остается неизменным, увеличивается лишь его ширина и возрастает уровень бокового излучения.

При небольшом смещении облучателя в направлении, перпендикулярном оси параболоида, в раскрыве зеркала возникает линейная фазовая ошибка, что приводит к отклонению диаграммы направленности зеркальной антенны от оси параболоида в сторону, противоположную смещению облучателя, на угол

a=2,62.

Форма диаграммы направленности при этом не меняется, так как a<2Q0.7,

где 2Q0.7=7 – ширина диаграммы направленности антенны при несмещенном облучателе.








Коэффициент усиления антенны с учетом неточности изготовления зеркала:

При практической реализации зеркало антенны всегда выполняется с некоторыми погрешностями. Отклонение Dr профиля реального зеркала от идеального при правильно организованном технологическом процессе, как правило, имеет случайный характер. Максимальная величина случайной ошибки определяется уровнем технологии и для зеркальных антенн с вероятностью 99% может быть определена следующим образом:

n=3 для обычного серийного производства; n=4…5 – при специальной технологии.

Можно считать, что отклонение профиля Dr подчиняется нормальному закону распределения с нулевым средним значением и дисперсией (Dr)2. При этом с вероятностью 99% максимальное отклонение профиля равно:

Дисперсия фазовой ошибки в раскрыве, обязанная случайному характеру Dr, равна:

s2 =0,0021 при n=3.


С учетом этого коэффициент усиления зеркальной антенны будет равен:

S=pR2 – площадь раскрыва; g=0,82 – эффективность зеркальной антенны.


G = 726,677.



Расчет фидерного тракта антенны.


Параметры прямоугольного волновода:


В качестве фидерной линии в сантиметровом диапазоне волн обычно применяют прямоугольные волноводы с волной Н10. Поперечное сечение такого волновода имеет вид:

При этом критическая длинна волны определяется так: lкр=2а.

Выбирая размеры поперечного сечения волновода, исходят из условия нахождения основной волны Н10 в докритическом режиме, а высших типов волн, в частности Н20 и Н01, в закритическом режиме. Из этих условий следуют неравенства:

  • размер широкой стенки: 0,6l<a<0,9l.; 2,1см<a<3,15см

  • размер узкой стенки: b<l/2; b<1,75см.

Определив по приведенным формулам ориентировочные размеры a и b, далее по справочнику выбираем стандартный волновод: a=23 мм; b=10мм.

Материал стенок волновода – латунь.

Толщина стенок волновода 1мм.


Максимальная (предельная) мощность, пропускаемая волноводом с волной Н10, определяется соотношением:

Епред=30 кВ/см – напряженность электрического поля, при которой происходит пробой в воздухе.

Рпред 890 кВт.


Допустимой мощностью называют предельную мощность пропускания, умноженную на коэффициент запаса электрической прочности, учитывающий неоднородности, вызывающие местные концентрации электрического поля, климатические факторы и наличие стоячей волны. Допустимая мощность Рдоп определяется как: Рдоп = (1/3…1/5)Рпред.

Рдоп=178 кВт.


При повороте волновода на 900, производить скругление изгиба не требуется, так как данная антенна работает в достаточно узкой полосе частот.







Параметры круглого волновода:


Осевая симметрия поля, необходимая для сохранения постоянства передачи электромагнитной энергии при вращении подвижной части волноводного тракта относительно неподвижного, имеется в круглых волноводах с симметричными волнами типа Е01 и Н01.

Поперечное сечение такого волновода имеет вид:

Из-за сложности возбуждения волны Н01 в круглом волноводе в чистом виде (одновременно возбуждаются волны типа Н11, Е01, Н2111) использование вращающихся сочленений на основе данного типа волны не получило широкого практического применения.


Диаметр основного круглого волновода сочленения D определяется из условия распространения волны Е01 (D>0,76l) и затухания высших типов волн (D<0,97l), т.е.

2,66 см <D< 3,4 см

D = 3,34 см. R = 1,67 см.

Проверка круглого волновода на максимальную пропускаемую мощность не производится, так как в прямоугольном волноводе с волной Н10 электрический пробой наступает быстрее, чем пробой в круглом волноводе при любом типе волны.



Дроссельно-фланцевые соединения:


Для соединения отрезков волноводных линий передачи используются дроссельные соединения в круглых, вращающихся друг относительно друга, волноводах и контактные фланцевые соединения в прямоугольных волноводах.

В качестве дроссельной секции в круглом волноводе применяется полуволновая замкнутая линия, состоящая из двух параллельных четвертьволновых участков, длиной lE01/4=1,47 см., с разными волновыми сопротивлениями. Использование притертого фланца при тщательной обработке и строгой параллельности фланцевых поверхностей позволяет получить в месте соединения двух отрезков волноводных линий хороший электрический контакт.



Переход от прямоугольного волновода к круглому:


Для согласования волнового сопротивления прямоугольного волновода с круглым волноводом используются индуктивные диафрагмы, которые впаиваются с двух сторон в прорези в узких стенках прямоугольного волновода, емкостные диафрагмы в виде кольцевого выступа в круглом волноводе, индуктивные штыри, впаиваемые в прорези в широкой стенке прямоугольного волновода, положение и размеры которых подбираются экспериментально.

Подавление паразитных типов волн:


При переходе от прямоугольного волновода с волной Н10 к круглому волноводу в последнем возникают волны: рабочая - Е01 и более низкая паразитная - Н11. Волна Н11 имеет несимметричную структуру поля и её энергия в круглом волноводе равна 1%, поэтому необходимы специальные устройства для гашения этой волны (допустимое содержание паразитных волн составляет 0,1%). В конструкциях таких сочленений для подавления паразитных волн широко применяют «гасящие объемы» и резонансные кольца.


Схема сочленения с «гасящими объемами» и резонансными кольцами имеет вид:



«Гасящий объем» представляет собой круглый волновод, включаемый последовательно с возбуждающим прямоугольным и основным круглым волноводами сочленения. Если длину волновода сделать кратной целому числу полуволн типа Е01, то входное сопротивление волноводов для волны Е01 будет мало, и эта волна без затухания будет распространяться в основном круглом волноводе. Если одновременно сделать длину волновода кратной нечетному числу четвертей длин волн для волны Н11, то входное сопротивление гасящего волновода для этой волны будет велико, и волна Н11 в основном круглом волноводе распространяться не будет. Следовательно, длина «гасящего объема» определяется из условий: l=lE01/2; l=3lH11/4,

где lE01=5,86 см; lH11=4,44см – длины волн в волноводе.

После подстановки получаем: l=3 см.


Диаметр гасящего волновода определяется из соотношения:



d=3,1 см.


Схема установки резонансных колец в круглом волноводе:



Принцип действия резонансных колец заключается в следующем. Линии электрического вектора перпендикулярны кольцу, поэтому при точной ориентировке кольца в волноводе в нем не возбуждаются токи и волна Е10 распространяется без потерь. В то же время волна Н11 возбуждает в кольце токи, имеющие резонанс при длине кольца, равной длине волны в воздухе. Текущие в кольце токи возбуждают в волноводе волну типа Н11 с фазой поля, сдвинутой на 1800 по отношению к фазе возбуждающего поля. Поэтому в круглом волноводе за кольцом поля волны Н11 взаимно уничтожаются.


r0 = 0,0655 см - радиус круглой проволоки для изготовления колец.

r = 0,69 см – внутренний радиус кольца.


L=(2n+1)lH11/4 - расстояние между фильтрующими кольцами; n=1,2….

L=5,55 см.


Расстояние от кольца до дна основного круглого волновода выбирается из конструктивных соображений. Так как оно больше четверти длины волны Н11, то практически не влияет на резонансную частоту кольца.


L1=2,2 см - расстояние от кольца до дна основного круглого волновода.


















Случайные файлы

Файл
92789.rtf
28216-1.rtf
143900.rtf
ТР2_12.doc
46260.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.