Расчет малошумящей однозеркальной параболической антенны

Диаграмма направленности такого облучателя в Е плоскости рассчитывается по формуле:

,

а в Н плоскости – по формуле:

График 2 – ДН полуволнового симметричного вибратора с контррефлектором в виде диска и аппроксимация.

2.2 распределение поля в апертуре зеркала

Расчет распределения поля в апертуре зеркала осуществляется по следующим формулам:

, где

F0(Y) – диаграмма направленности облучателя, Y0 – угол раскрыва, Y - текущий угол.

График 3 – Распределение поля в апертуре зеркала

В данном случае Y0 – текущий угол, а Y - сдвиг фаз между токами.

3 Расчет пространственной диаграммы направленности и определение параметров параболической антенны

Инженерный расчёт пространственной диаграммы направленности ДН параболической антенны часто сводится к определению ДН идеальной круглой синфазной площадки с неравномерным распределением напряжённости возбуждающего поля. В данном случае распределение напряжённости возбуждающего поля в основном определяется ДН облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной ДН зеркальной параболической антенны при этом имеет вид:

,

где J1, J2 – цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка.

- коэффициент, показывающий во сколько раз амплитуда возбуждающего поля на краю раскрыва меньше амплитуды в центре раскрыва в соответствующей плоскости с учётом различий расстояний от облучателя до центра зеркала и до края зеркала;

Екр, Емах – амплитуды поля на краю и в центре раскрыва.

Для Е – плоскости к1 = 0.316

Для Н – плоскости к1 = 0.631

Построим ДН зеркальной параболической антенны:

График 4 – Пространственная ДН параболической антенны в Е плоскости.

График 5 – Пространственная ДН параболической антенны в Е плоскости.

Приближенно коэффициент направленного действия зеркальной антенны определяется выражением:

, где

S – площадь раскрыва;

υрез – результирующий коэффициент использования поверхности

Коэффициент использования поверхности:

Эффективная площадь антенны:

м2

Коэффициент направленного действия:

Коэффициент усиления антенны:

4 Конструктивный расчет антенны

4.1 Расчет профиля зеркала

Зеркальные антенны имеют наибольший КНД при синфазном возбуждении раскрыва (плоский фазовый фронт волны). Параболический профиль зеркала обеспечивает одинаковые длины электрических путей от облучателя, установленного в фокусе параболоида вращения, до каждой точки плоскости раскрыва (свойство параболы). В полярной системе координат парабола описывается уравнением

, где

r, Y - полярные координаты;

f - фокусное расстояние;

Y изменяется от 0 до Y0.

График 6 – Плоский фазовый фронт волны

4.2 Выбор конструкции зеркала

С целью уменьшения веса и ветровых нагрузок поверхность зеркала часто выполняется перфорированной, или сетчатой

При такой конструкции зеркала часть энергии просачивается сквозь него, образуя нежелательное излучение. Допустимым является значение коэффициента прохождения в обратном направлении.

, где

Робр, Рпад – мощность излучения в обратном направлении и падающего на зеркало, соответственно.

Двухлинейная сетка работает удовлетворительно при расстоянии между проводниками меньше 0.1l и диаметре проводов не менее 0.01l.

dп = 0.1 × 0.273 = 0.027 м;

dпров = 0.01 × 0.273 = 0.0027 м.

4.3 Определение допусков на точность изготовления

Неточность изготовления зеркала вызывает несинфазность поля в раскрыве. Допустимыми являются фазовые искажения поля в раскрыве зеркала не более ± p/4. При этом уменьшение коэффициента усиления антенны не превышает нескольких процентов.

Пусть поверхность параболоида имеет некоторые неровности (выступы и углубления). Наибольшее отклонение от идеальной поверхности в направлении r обозначим через Δr.

Путь луча, отраженного от неровности в месте наибольшего отклонения от r, изменяется при этом на величину Dr + Dr × cosY, а соответствующий сдвиг фаз составит величину Dj = b×Dr×(1+cosY), и он не должен превышать величину p/4, отсюда получаем

Анализ полученного выражения для Dr показывает, что вблизи центра параболоида (Y = 0) необходимая точность изготовления зеркала наивысшая. Здесь наибольшее отклонение от идеальной поверхности не должно превосходить величины l/16, у кромки параболоида требования к точности получаются наименьшими.

Точность установки облучателя также определяется нормами на наибольшие допустимые фазовые искажения поля в раскрыве. Пусть фазовый центр облучателя смещен на Dх.

Тогда длины путей лучей от фазового центра до раскрыва увеличиваются. Наибольшее удлинение пути происходит у лучей, падающих на вершину зеркала. Это удлинение путей при малых смещениях можно приблизительно определить как DхcosY. Тогда изменение фазы составит величину

, где

Dj0, Djа – фазовые искажения, возникающие из-за неточности установки облучателя, в центре и на краю раскрыва, соответственно. Эта величина не должна превышать p/4, отсюда получаем:

Выводы

 Скачать реферат