2

Министерство образования Российской Федерации

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «Радиоэлектроника информационных систем»

Оценка работы

Члены комиссии

РАСЧЕТ АНТЕННЫ СО СМЕЩЕННЫМ РЕФЛЕКТОРОМ

По курсу «Антенны и устройства СВЧ »

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Руководитель Рябоконь А.Г.

Студент Пыжьянов П.И.

Группа Р-324

Екатеринбург 2004г

Содержание

Техническое задание

Введение

1. Расчет конструктивных параметров антенны

2. Расчет параметров облучателя

3. Расчёты по раскрыву рупора

4. Рассчитаем и построим ДН облучателя

5. Расчёты по раскрыву зеркала

6. Рассчитаем ДН облучателя для каждой точки на зеркале

Библиографический список

Техническое задание

Исходные данные

1. Частота f, 25 ГГц.

2. Ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости (плоскости смещения) по уровню - 3 дБ xz=-- и горизонтальной плоскости (плоскости симметрии) уz=--.

3. Уровень боковых лепестков , 25 дБ.

4. Коэффициент усиления , 40 дБ.

5. Форма раскрыва - круг.

6. Тип облучателя - рупорная антенна.

7. Мощность передатчика в импульсе не более 50 кВт.

Выбрать и рассчитать

1. Основные параметры облучателя и размеры зеркала.

2. Диаграмма направленности антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

3. Коэффициент усиления антенны.

4. Распределение поля в раскрыве.

5. Линия передачи.

Вычертить

1. Облучатель.

2. Общий вид антенны.

Введение

Зеркальные антенны - наиболее распространенный тип остронаправленных СВЧ антенн в радиолокации, космической радиосвязи и радиоастрономии. В процессе проектирования необходимо выбрать ее оптимальную схему и тип облучающей системы, определить размеры зеркал, распределение поля в раскрыве антенны, рассчитать ДН, КУ, а также разработать конструкцию в целом и определить влияние элементов этой конструкции на характеристики антенны.

В данной работе рассчитывается антенна со смещенным рефлектором, где рефлектор является несимметричной вырезкой из параболоида вращения. Смещение вырезки от оси производится настолько, чтобы отраженные лучи проходили мимо облучателя (рис. 1. а). Это позволяет иметь незатененный раскрыв и получать низки уровень боковых лепестков при соответствующем амплитудном распределении поля в раскрыве.

а) б) в)

Рис. 1. Схема антенны

Форма раскрыва при этом может быть круглой (рис. 1.б), или прямоугольной (рис. 1.в), или более сложной формы (например, эллиптической). При круглом раскрыве целесообразно добиваться осесимметричного амплитудного распределения поля, а при прямоугольном - симметричного относительно горизонтальной и вертикальной осей раскрыв. С этой целью максимум диаграммы направленности облучателя должен быть ориентирован под углом обл (рис. 1. а)

При выборе и проектировании облучателей целесообразно руководствоваться следующими соображениями. Облучатель должен иметь фазовый центр, минимальные поперечные размеры, минимальные поперечные размеры, электрическую прочность и частотные свойства в соответствии с параметрами антенны, а также механическую прочность, стабильность параметров при изменении метеоусловий и допускать герметизацию трактов. Рупорные облучатели обладают широкополосностью и большими мощностями излучения. Простейшие рупорные облучатели с рабочей волной Н10 в прямоугольном волноводе симметрируют ДН до уровня -10…-12 дБ. Как одиночный облучатель, рупорная антенна не обеспечивает высокий КИП зеркальных антенн.

В сантиметровом и миллиметровом диапазоне волн широко применяются прямоугольные и конусные рупорные антенны (рис. 2) .

Рис. 2. Пирамидальный и конический рупоры

Прямоугольные рупоры возбуждаются от прямоугольного волновода, конусные - от круглого или через плавный переход от прямоугольного.

Диаграмма направленности рупорной антенны определяется амплитудным и фазовым распределением волн в её раскрыве и обычно рассчитывается численным методом. При небольших углах раствора рупора и при проведении оценочных расчетов ширины главного лепестка фазовыми искажениями можно пренебречь и воспользоваться данными табл. 3.1.

1. Расчет конструктивных параметров антенны

Рабочая длина волны, м

Примем КИП равный

Количество столбцов (строк) разбиения раскрыва

Для простоты расчетов, то есть без учета размерностей, расчеты будем вести в длинах волн, следовательно,примем

Волновое число

Пересчитаем КУ в разах

Радиус раскрыва рефлектора составит

Примем угол зрения из фокуса на верхний край зеркала

Расстояние нижнего края зеркала от оси

Расстояние верхнего края зеркала от оси

Фокусное расстояние

Угол зрения из фокуса на нижний край зеркала составит



Угол наклона облучателя

Изменяя угол наклона облучателя, добиваемся равномерного распределения поля в раскрыве рефлектора

Угол обзора зеркала в поперечной плоскости

2. Расчет параметров облучателя

В качестве облучателя выберем рупор с круглым раскрывом.

Необходимо, чтобы уровень облучения краев зеркала был не более -10 дБ. Значит нужно, чтобы ДН облучателя в плоскости Е по нулям вписывалась в угол обзора зеркала y2-y1)



Необходимо, чтобы уровень облучения краев зеркала был не более -10 дБ. Значит нужно, чтобы ДН облучателя в плоскости Н по нулям вписывалась в угол обзора зеркала b

Радиус раскрыва рупора примем максимальной из получившихся

Длина оптимального конического рупора

Положение фазового центра конического рупора

3. Расчёты по раскрыву рупора

Приращения по Х и Y составят

Координаты центра элементарных площадок раскрыва рупора

Напряженность поля в раскрыве рупора с учетом, что рупор с круглым раскрывом



Фазовая ошибка в раскрыве рупора

4. Рассчитаем и построим ДН облучателя

Границы построения ДН в градусах



5. Расчёты по раскрыву зеркала

Приращения по Х и Y составят

Координата центра зеркала по оси Х

Координаты центра элементарных площадок зеркала

Каждая точка зеркала в системе облучателя имеет координаты

Расстояние до каждой точки на зеркале

Углы Q?и f для каждой точки на зеркале

6. Рассчитаем ДН облучателя для каждой точки на зеркале

Рассчитаем напряженность поля в каждой точке на зеркале

Произведем расчет напряженности поля в каждой точке на зеркале с учетом того, что зеркало имеет вид круга

Раскрыв рефлектора сведем к вертикальной эквивалентной решетке

Границы построения ДН в градусах

Множитель решетки

ДН элемента Гюйгенса

Рассчитаем ДН всей антенны в плоскости Е

Раскрыв рефлектора сведем к горизонтальной эквивалентной решетке

Множитель решетки

Рассчитаем ДН всей антенны в плоскости Н

Поле в раскрыве рефлектора в Е и Н плоскостях

ДН антенны в Е и Н плоскостях

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988. 432с.

2. Айвенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ: В2 ч. М.: Связь, 1977.

3. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь, 1972. 440 с.

4. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. М.: Энергия, 1966. 648 с.

5. Справочник конструктора РЭА: компоненты, механизмы, надежность / Под ред. Р.Г. Варламова. М.: Радио и связь, 1985. 384 с.