Расчет малошумящей однозеркальной параболической антенны

Техническое задание

Рабочая частота f = 1,1 ГГц;

Ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности 2QН0.5

2QН0.5 = 54 мрад;

2QЕ0.5 = 59 мрад;

Тип облучателя: Полуволновый вибратор с дисковым контррефлектором;

Уровень боковых лепестков УБЛ = - 23 дБ;

Средняя яркостная температура неба Тнср = 15 К;

Температура шумов приемника Тпр = 2100 К;

Длина фидерной линии lф = 6 м.

α = 0,00405 дБ/м

a = 19,5 см

b = 9,8 см

Содержание

Техническое задание

1. Расчет геометрических и электродинамических параметров облучателя и параболоида:

1.1 Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта;

1.2 Определение диаметра раскрыва;

1.3 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны.

1.3.1 аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией вида cosn/2Y

2. Расчет геометрических и электродинамических характеристик поля

2.1 диаграммы направленности облучателя

2.2 распределение поля в апертуре зеркала.

3. Расчет пространственной диаграммы направленности и определение параметров параболической антенны

4 Конструктивный расчет антенны:

a) расчет профиля зеркала

b) выбор конструкции зеркала

c) определение допусков на точность изготовления

Выводы

Список использованной литературы

Приложение А

1. Определение геометрических размеров параболического зеркала

1.1 Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта Тафу и КПД;

Выбираем фидер РК-75-3-13, т. к. он подходит по частоте f=1 ГГц и обладает наименьшим коэффициентом затухания 0,11

Длина волны определяется по формуле:

Шумовая температура фидерного тракта Тафу определяется по формуле:

,

где α – коэффициент затухания линии передачи [дБ/м],

lф – длина фидерной линии [м].

КПД определяется по формуле:

Определим шумовую температуру антенной системы:

1.2 Определение диаметра раскрыва

параболическая антенна облучатель поле

Зеркальная антенна – направленная антенна, содержащая первичный излучатель и отражатель антенны в виде металлической поверхности. Параболическая зеркальная антенна представлена на рисунке 1.

В случае равномерно возбуждённого раскрыва параболического зеркала ширина ДН приближённо определяется:

, где

2Q0.5 – ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности, рад.;

l - длина волны излучаемого (принимаемого) антенной радиосигнала;

R0 – радиус раскрыва зеркала (рисунок 1).

Неравномерное возбуждение раскрыва зеркала приводит к некоторому расширению главного лепестка ДН, так как уменьшается эффективная площадь раскрыва. Чаще всего диаграммы направленности зеркальных антенн не обладают осевой симметрией, т.е. ширина главного лепестка в плоскостях Е и Н различна. В большинстве практических случаев это влечёт за собой следующее изменение:

, где

2QЕ0.5, 2QН0.5 ширина ДН соответственно в плоскостях Е и Н.

Для Е и Н плоскостей соответственно найдем радиус раскрыва:

Т. к. в курсовой имеются данные о ширине диаграммы направленности в обеих плоскостях, можно определить диаметр раскрыва dp = 2 × R0, причем из полученных двух значений диаметра следует выбрать наибольшее. Следовательно, R0 = 3,03 (м).

dp = 2 × R0 = 2 × 3,033 = 6,066 м

1.3 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны

В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении R0/f0 КНД наибольший. Это объясняется тем, что количество теряемой энергии зависит от формы ДН облучателя и от отношения R0/f0. При уменьшении отношения R0/f0 от оптимального КНД уменьшается часть энергии, проходящей мимо зеркала. С другой стороны, увеличение этого отношения также приводит к уменьшению КНД в связи с более сильным отклонением закона распределения возбуждения от равномерного (рисунок 2) оптимальное значение R0/f0 определяется по аппроксимированной ДН облучателя (аппроксимация функцией вида где n определяет степень вытянутости ДН облучателя). Для вибратора с контррефлектором в виде диска n=4, R0/f0 = 1.0 .1.25, n = 0.82.

С точки зрения оптимизации геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум необходимо произвести следующий расчет.

Чувствительность g определяется формулой:

Где первые четыре коэффициента не зависят от yо, а g' вычисляется:

, где

Т1 = Тпр + Т0 × (1 - η) + η × Тнср = 2100 + 290 × (1 – 0.994) + 0.994 × 15 = 2117 К

То = 290 К;

u = (0.02 – 0.03) – коэффициент, учитывающий «переливание» части мощности облучателя через края зеркала;

u = 0.03;

n = 4 – определяется типом облучателя;

a1 = 1 - cosn+1Y0;

S = π × R2= 3.14 × 3,032 = 28.843 м2, площадь апертуры зеркала;

при n=4

Построим график функции γ`(Y0), по максимуму которого определим угол раскрыва зеркала.

График 1 – График функции γ`(Y0)

Y0 = 0.945 (рад) = 54,145° Þ a1 = 0.931, g = 0.88, g` = 3,822 ×10-4, g = 9,57 ×10 –3.

Фокусное расстояние f может быть рассчитано на основе следующего соотношения:

В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении R0/f0 КНД наибольший. Заданный интервал отношения R0/f0 = (1,0…1,25). Расчетное отношение R0/f0 = 1,02, что удовлетворяет условию.

2 Расчет геометрических и электродинамических характеристик облучателей

Расчет сводиться к определению геометрических размеров облучателя, при которых уменьшение амплитуды поля на краю раскрыва зеркала происходит до одной трети амплитуды поля в центре раскрыва, и диаграммы направленности облучателя.

2.1 Полуволновый симметричный вибратор с контррефлектором в виде диска

Фазовый центр вибратора с контррефлектором в виде диска лежит между вибратором и контррефлектором несколько ближе к последнему. Обычно контррефлекторы выполняются в виде дисков диаметром 2d = (0.7…0.8)λ, при этом ДН имеет форму, близкую к диаграмме с осевой симметрией, но, отличается от нее. Расстояние между вибратором и контррефлектором выбираетса близким к четверти длины волны, а длина вибратора – к половине длины волны (2l ≈ λ/2).

 Скачать реферат