Выбор схемы и расчет поляризатора  

Основная часть  

2.1 Расчет диаметров зеркал, фокусных расстояний и профилей  зеркал   

2.2 Расчет облучателя

2.3 Расчет характеристик антенны        

Выбор схемы и расчет поляризатора  

2.4.1 Выбор размеров волновода

2.4.2 Расчет возбуждающего устройства       

Заключение

Список использованных источников 

Введение

В последнее десятилетие в областях космической и радиорелейной связи, радиоастрономии и других широкое распространение получили двухзеркальные антенны.

Основными достоинствами осесимметричных двухзеркальных антенн по сравнению с однозеркальными являются:

§ Улучшение электрических характеристик, в частности повышение коэффициента использования поверхности раскрыва антенны, так как наличие второго зеркала облегчает оптимизацию распределения амплитуд по поверхности основного зеркала.

§ Конструктивные удобства, в частности упрощение подводки системы фидерного питания к излучателю.

§ Уменьшение длины волноводных трактов между приемо-передающим устройством и облучателем, например, путем размещения приемного устройства, вблизи вершины основного зеркала.

Принцип действия двухзеркальных антенн заключается в преобразовании сферического волнового фронта электромагнитной волны, излучаемой источником, в плоский волновой фронт в раскрыве антенны в результате последовательного переотрожения от двух зеркал: вспомогательного и основного с соответствующими профилями.

В классических схемах Кассегрена используется следующее геометрооптическое свойство отражения сферической волны от поверхностей второго порядка: сферическая волна, излучаемая источником с фазовым центром, совпадающим с одним из фокусов произвольной поверхности второго порядка, в результате переотражения от нее преобразуется снова в сферическую волну, но с фазовым центром, совпадающим с другим фокусом.

Схема Кассегрена предложена в 1672 г. для построения оптических телескопов.

Эта схема может быть взята за основу при построении антенных устройств в диапазоне СВЧ при достаточно большом отношении диаметра раскрыва антенны к длине волны.

Антенны Кассегрена широко используются в области радиорелейной и космической связи, в радиоастрономии, радиоуправлении, радиолокации и т.д.

Для космической связи обычно строят антенны больших размеров с диаметром большого зеркала в 20-30 м и более. На тропосферных линиях связи применяются антенны сдиаметром раскрыва 7-18 м. В области радиорелейной связи применяются антенны с диаметром раскрыва от 0,5 до 5 м.

В данной работе необходимо рассчитать двухзеркальную параболическую антенну круговой поляризации по схеме Кассегрена.

Основная часть

 

Расчет облучателя

 

В качестве облучателя будем применять рупор.  Диаграмму направленности небольшого рупора можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений:

  F_E(Y)=(1+cos(Y))(sin(kb_рsin(Y)/2))/(2kb_рsin(Y)/2)                 (2.2.1)

F_H(Y)=(1+cos(Y))(cos (ka_рsin(Y)/2))/(2(1-(2ka_рsin(Y)/(2p))²)) (2.2.2)

Где F_E(Y), F_H(Y) – нормированные диаграммы направленности по                                                    напряжённости   поля в    плоскостях  E и H     соответственно;

Y - угол, отсчитываемый от направления максимума диаграммы направленности;

 a_p и b_p - размеры раскрывa рупора в плоскостях H и E соответственно;

Далее пользуясь графиком(рисунок 2) и формулами (2.2.1) и (2.2.2) найдём размеры a_p и b_p, из соотношения, которому должна удовлетворять Д.Н. облучателя (2.2.3):

                                      0.238=(1+ cos (Y ₀₂)) F (Y ₀₂)/2                    (2.2.3)      

 Тогда F (Y ₀₂)=0.25

Таким образом подставим F (Y ₀₂) в формулы (2.1.1) и (2.1.2) и найдем значения sin(u₁)/u₁ и cos (u ₂)/(1-(2 u ₂ / p)²).

Где u ₁ = kb _р sin (Y ₀₂)/2 для плоскости E и

u ₂ = ka _р sin (Y ₀₂)/2 для плоскости H.

Теперь из рисунка (2.1.1) найдем значения u ₁ и u ₂. Из которых, выразим а_р и b_р.

Рис.2 – Нахождение значений u₁ и u₂

 

Теперь выразим а_р и b_р. Из графика видно, что u₁=2.61, а u₂=3.34.

Таким образом, выразим а_р и b_р из u ₁ = kb _р sin (Y ₀₂)/2=2.61  и u ₂ = ka _р sin (Y ₀₂)/2=3.34.

Тогда a_р=0.126 м., а b_р=0.098 м..

 

Диаграмма направленности в разных плоскостях приведена на рисунке 3.

Так как ширина диаграммы направленности для разных плоскостей отличается незначительно, то будем производить расчет только для одной плоскости. 

 

--- для плоскости H

для плоскости E

Рис. 3- Диаграмма направленности рупорной антенны

Коэффициент направленного действия рупора ориентировочно определяется:

                  (2.2.4)

                                    

Для обеспечения круговой поляризации в рупорную антенну помещают фазирующие секции. Поместим в раскрыв рупора фазирующую секцию(рис.4). Такая фазирующая секция состоит из наклоненных под углом 45 градусов параллельных металлических пластин, расположенных в раскрыве рупора. Принцип работы таких пластин основан на том, что падающее на пластины линейно поляризованное поле (например, вертикально поляризованное поле) может быть разложено на две взаимно перпендикулярные составляющие поля (Etg и En) с одинаковыми фазами и амплитудами(рис.5). Тонкие металлические пластинки влияют на скорость распространения только той составляющей поля, электрический вектор которой параллелен пластинам (т.е. Etg).

Выбирая расстояние между пластинами a и их ширину l, можнополучить необходимый сдвиг фаз между составляющими поля.

Расстояние между пластинами выбирается из следующего неравенства:

                                .

Возьмем x=0,75λ=0,75*0,05=0,375 м.                           (2.2.5)

Ширина пластин l фазирующей секции, при которой на ее выходе две взаимно перпендикулярные составляющие поля Etg и En будут сдвинуты по фазе на 90 градусов, определяется по формуле:

, где                           (2.2.6)

                  (2.2.7)

-длина волны в свободном пространстве.

 

Рис. 4-Рупорная антенна с фазирующей секцией

 

                                    

Рис. 5-Разложение поля металлическими пластинами в раскрыве рупора на составляющие

 

Таблица 2.3.1

 

j	sin(j)	cos(j)					F(R)
0 2.5 5 7.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25	0 0.044 0.087 0.131 0.174 0.217 0.259 .301 0.343 0,383 0.423	1 0.999 0.996 0.991 0.985 0.976 0.966 0.954 0.94 0.924 0.906	1.05 1.051 1.052 1.055 1.058 1.063 1.068 1.075 1.083 1.092 1.102	0.246 0.246 0.246 0.245 0.244 0.243 0.242 0.24 0.239 0.237 0.235	0 0.046 0.092 0.138 0.184 0.23 0.277 0.324 0.371 0.418 0.466	0 0.098 0.195 0.293 0.392 0.49 0.589 0.689 0.789 0.89 0.993	1 0.988 0.952 0.895 0.82 0.732 0.635 0.534 0.434 0.339 0.252

 

Таким образом, в результате расчета на первом этапе определено нормированное распределение поля на раскрыве.

Распределение поля в раскрыве зеркала антенны показано на рис. 6.

· По найденному распределению поля на раскрыве вычисляется диаграмма направленности зеркальной антенны . Типичная картина распределения поля на раскрыве зеркала показана на рисунке 7. Она может быть аппроксимирована при помощи соотношения:

                             (2.3.2)

где =0.25- равномерная часть распределения поля;

=0.75- неравномерная часть распределения поля;

График аппроксимации при n=2 изображен на рисунке 6.

Рис.6- Аппроксимированная ДН

 

Выражение для нормированной диаграммы направленности антенны будет иметь вид:

Нормированная диаграмма направленности

где -

 - радиус большого зеркала

 - функция порядка n, аргумента U

- лямбда-функция                           (2.3.4)

Построим диаграмму направленности зеркальной антенны  в декартовой системе координат.

 

Рис.7 – Диаграмма направленности зеркальной антенны в декартовой системе координат

  

Коэффициент направленного действия антенны

                               (2.3.5)

            (2.3.6)

Коэффициент использования поверхности антенны

                                 (2.3.7)

Рассчитаем допуск на установку облучателя в фокальной плоскости. Наибольшая относительная расфазировка получается на краю зеркала [3].

 мм                                          (2.3.8)

Рассчитаем допуск на установку облучателя в плоскости, перпендикулярной фокальной. Он вычисляется из условия, что коэффициент направленного действия антенны снижается на 10%.

мм                                           (2.3.9)

Из графика диаграммы направленности можно определить уровень боковых лепестков, который равен минус 25 дБ.

Заключение

 

В данной работе была спроектирована параболическая зеркальная антенна круговой поляризации с рупорным облучателем со следующими характеристиками:

Ширина диаграммы направленности главного лепестка 4°

Коэффициент направленного действия 3150

Коэффициент использования поверхности 0.05

Уровень боковых лепестков минус 25 дБ

Допуск на установку облучателя:

По горизонтали 0.565 см

По вертикали ±1.5 см

 

 

Основная часть  

2.1 Расчет диаметров зеркал, фокусных расстояний и профилей  зеркал   

2.2 Расчет облучателя

2.3 Расчет характеристик антенны        

Выбор схемы и расчет поляризатора  

2.4.1 Выбор размеров волновода

2.4.2 Расчет возбуждающего устройства       

Заключение

Список использованных источников 

Введение

В последнее десятилетие в областях космической и радиорелейной связи, радиоастрономии и других широкое распространение получили двухзеркальные антенны.

Основными достоинствами осесимметричных двухзеркальных антенн по сравнению с однозеркальными являются:

§ Улучшение электрических характеристик, в частности повышение коэффициента использования поверхности раскрыва антенны, так как наличие второго зеркала облегчает оптимизацию распределения амплитуд по поверхности основного зеркала.

§ Конструктивные удобства, в частности упрощение подводки системы фидерного питания к излучателю.

§ Уменьшение длины волноводных трактов между приемо-передающим устройством и облучателем, например, путем размещения приемного устройства, вблизи вершины основного зеркала.

Принцип действия двухзеркальных антенн заключается в преобразовании сферического волнового фронта электромагнитной волны, излучаемой источником, в плоский волновой фронт в раскрыве антенны в результате последовательного переотрожения от двух зеркал: вспомогательного и основного с соответствующими профилями.

В классических схемах Кассегрена используется следующее геометрооптическое свойство отражения сферической волны от поверхностей второго порядка: сферическая волна, излучаемая источником с фазовым центром, совпадающим с одним из фокусов произвольной поверхности второго порядка, в результате переотражения от нее преобразуется снова в сферическую волну, но с фазовым центром, совпадающим с другим фокусом.

Схема Кассегрена предложена в 1672 г. для построения оптических телескопов.

Эта схема может быть взята за основу при построении антенных устройств в диапазоне СВЧ при достаточно большом отношении диаметра раскрыва антенны к длине волны.

Антенны Кассегрена широко используются в области радиорелейной и космической связи, в радиоастрономии, радиоуправлении, радиолокации и т.д.

Для космической связи обычно строят антенны больших размеров с диаметром большого зеркала в 20-30 м и более. На тропосферных линиях связи применяются антенны сдиаметром раскрыва 7-18 м. В области радиорелейной связи применяются антенны с диаметром раскрыва от 0,5 до 5 м.

В данной работе необходимо рассчитать двухзеркальную параболическую антенну круговой поляризации по схеме Кассегрена.

Основная часть