48799

Зеркальная антенна

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчёт геометрических параметров зеркала и облучателя. Широко используются зеркала с параболической формой поверхности параболоид вращения усечённый параболоид вращения параболический цилиндр также распространены сферические зеркальные антенны двухзеркальные антенны.Расчёт геометрических параметров зеркала и облучателя. Форма излучающей поверхности и профиль зеркала выбирается исходя из назначения антенны и требований предъявляемых к ее электрическим характеристикам.

Русский

2013-12-15

895.5 KB

28 чел.

Федеральное агентство по образованию

Рязанский государственный радиотехнический университет

Кафедра РТС

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

«Антенны и устройства СВЧ»

на тему:

«Зеркальная антенна»

Выполнил: ст. гр. 318

Дударев А. Ю.

Проверил:

Елумеев В.И.

Рязань 2006

Содержание.

  1.  Введение……………………………………………………...4
  2.  Расчёт геометрических параметров зеркала и облучателя………..5
  3.  Расчёт основных электрических параметров и уточнение геометрических……………………………………………………….8
  4.  Конструктивный расчёт……………………………………………..14
  5.  Заключение……………………………………………………………17
  6.  Список литературы…………………………………………………...18
  7.  Приложение…………………………………………………………...19

1. Введение.

   Зеркальные антенны являются наиболее широко распространенным типом антенн в дециметровом и особенно в сантиметровом диапазонах волн. Такое широкое применение зеркальных антенн объясняется относительной простотой их конструкции, возможностью получения диаграммы направленности (ДН) почти любого типа из применяемых на практике, высоким КПД, малой шумовой температурой и т. д. Зеркальные антенны легко позволяют получить равносигнальную зону, а некоторые их типы могут применяться для быстрого перемещения (качания) ДН в пространстве без заметных искажений её формы в значительном секторе углов.

   Зеркальные антенны являются наиболее распространённым типом антенн, используемых для радиотелескопов и антенн с очень большой направленностью, применяемых для целей космической связи.

   Широко используются зеркала с параболической формой поверхности (параболоид вращения, усечённый параболоид вращения, параболический цилиндр), также распространены сферические зеркальные антенны, двухзеркальные антенны.      

2.Расчёт геометрических параметров зеркала и облучателя.

Форма излучающей поверхности и профиль зеркала выбирается исходя из назначения антенны и требований, предъявляемых к ее электрическим характеристикам.

Так как по заданию ширина диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях различна и составляет 2о  в Н плоскости  и 4о в Е плоскости. Поэтому излучающую поверхность можно получить из круглой путём вырезки сегмента. Большое зеркало имеет форму параболоида вращения.

2.1. Основные параметры усечённого параболоида.

                          

                                                                                            Горизонтальная («Н») плоскость

                                                                                        

Вертикальная («Е») плоскость

          

– фокус; – фокусное расстояние; – размер раскрыва в горизонтальной (Н) плоскости; – размер раскрыва в вертикальной (Е) плоскости; – угол раскрыва (апертурный угол) в горизонтальной плоскости; – угол раскрыва (апертурный угол) в вертикальной плоскости.

2.2. Основные размеры зеркала.

Излучающая поверхность антенны будет идентична прямоугольному раскрыву, поэтому реальное распределение амплитуды поля хорошо аппроксимируется функцией:

  —   для  Н плоскости;

  —   для  Е плоскости.

Для передающей зеркальной антенны необходимо обеспечить такое облучение, чтобы ослабление поля на краях по всему контуру зеркала было одинаково и составляло 10–14 дБ относительно его центра. С учётом этого условия определяем по таблице [1]:

0,32 – относительный уровень на краю излучающей поверхности.

58 º – уровень половины мощности;

– 20 дБ – уровень первого бокового лепестка;

0,94 – коэффициент использования поверхности (К.И.П.). Введём поправку 25% (5% на тень и 20% на перелив энергии через края зеркала) и получаем .

Основные размеры зеркала определим из выражений:

                    

где ,  – числовые коэффициенты, определяемые законом распределения поля в соответствующей плоскости (Е или Н) и уровнем, на котором задана ширина диаграммы направленности; ,  – угол на который отклонён луч в плоскости Е или в плоскости Н соответственно; – рабочая длина волны антенны.

В нашем случае ,  равны 0, тогда

          

Угол раскрыва  зеркала антенны обычно находится в пределах от 100 до 1600 . При слишком большом угле раскрыва этого зеркала становится маленьким его фокусное расстояние.

При слишком маленьком угле раскрыва становится очень большим фокусное расстояние зеркала и оказывается неприемлемым продольный габаритный размер антенны.

В данной работе никаких рекомендаций по выбору угла раскрыва не задано, поэтому можно выбрать любой угол. Выберем его в Н плоскости равным 120о

По углу определяем фокусное расстояние зеркала:  по которому определяем угол раскрыва в вертикальной плоскости

.

Определим глубину зеркала в горизонтальной и вертикальной плоскостях:

              

  

Так как на краях зеркала должно быть обеспечено ослабление поля 10 дБ, то ширина нормированной диаграммы направленности облучателя по мощности на уровне 0,1(по напряжённости на уровне 0,3) должна быть равной углу раскрыва зеркала.

В качестве облучателя возьмем пирамидальный рупорный облучатель, возбуждаемый прямоугольным волноводом. Достоинствами таких облучателей является  простота и жёсткость конструкции.

3.1. Основные размеры рупора.

Исходными данными являются угол раскрыва антенны в соответствующей плоскости и уровень поля на краю раскрыва. Необходимо также учесть влияние зеркала на поле облучателя:

 получим   

Тогда в Н плоскости  

Отсюда   и

в Е плоскости  

Отсюда   и

Рассчитаем высоты рупора в плоскости Е и в плоскости Н:

,   

Выберем стандартный волновод по заданной длине волны см и мощности, чтобы избежать его пробоя, из таблицы приведённой в [?]. Возьмём волновод R-70 с размерами  и предельной мощностью .

Пересчитаем по уравнению стыковки высоту рупора в плоскости Е    [2].

Углы раскрыва рупора в плоскости Е и в плоскости Н: 
  

3. Расчёт основных электрических параметров

и уточнение геометрических.

3.1. Расчёт диаграммы направленности рупора.

Нормированная диаграмма направленности рупора в плоскости Н:  

 

          в декартовой системе координат                                в полярной системе координат

 

Нормированная диаграмма направленности рупора в плоскости E:

          в декартовой системе координат                                в полярной системе координат

  

3.2. Аппроксимация диаграммы направленности рупора.

   Аппроксимируем  диаграмму направленности рупора в плоскости «H» в пределах главного лепестка функцией  и для полученного значения  определим максимальный коэффициент использования поверхности зеркала  и соответствующий ему оптимальный угол раскрыва зеркала в горизонтальной плоскости

   Диаграмма направленности достаточно хорошо аппроксимируется функцией  т.е. .

     

   Значения  и  определяем по зависимости  при .

 

Таким образом  а .

   Пересчитываем фокусное расстояние для оптимального угла раскрыва.

.

3.3. Расчёт распределения амплитуды поля

на излучающей поверхности зеркала.

Нормированное распределение амплитуды поля в горизонтальной плоскости описывается выражением . Для перехода к зависимости , – координата точки по раскрыву зеркала, воспользуемся выражением из геометрической оптики  и получим следующее выражение:

 , где  изменяется от  до .

  

   Нормированное распределение амплитуды поля в вертикальной плоскости описывается выражением  или в зависимости от координаты по раскрыву зеркала  

, где  изменяется от  до .

                                

 

3.4. Аппроксимация распределения амплитуды поля на

излучающей поверхности зеркала.

     Так как амплитуда поля на краях раскрыва зеркала отлична от нуля, то

В этом случае удобна аппроксимация .[1]

   В вертикальной плоскости , где ,  изменяется от  до .  

 

   

   В горизонтальной плоскости , где ,  изменяется от  до .

 

3.5. Диаграмма направленности зеркальной антенны.

Ненормированная диаграмма направленности зеркальной антенны без учёта тени от облучателя в Н плоскости определяется выражением   , где   [1].

Нормированная диаграмма направленности: .

   Ненормированная диаграмма направленности зеркальной антенны  в вертикальной (Е) плоскости: . где  

Нормированная диаграмма направленности: .

   Нормированная диаграмма направленности с учётом тени от облучателя:

в вертикальной плоскости , где ;

в горизонтальной плоскости , где .

   

3.6. Расчёт КНД зеркальной антенны.

, – действующая площадь антенны, – максимальный коэффициент использования поверхности зеркала, – геометрическая площадь раскрыва зеркала,  – площадь облучателя, закрывающего раскрыв спереди. [4]

4. Конструктивный расчёт.

4.1. Расчёт профиля зеркала.

   Зеркало представляет собой усечённый параболоид вращения. Так как нужно обеспечить одинаковое (10-14 дБ) ослабление поля на краях по всему контуру зеркала, то его нужно обрезать не по прямой линии, а по некоторой кривой, являющейся контуром равной интенсивности поля.

   Диаграмма прямоугольного рупора на заданном уровне (10 дБ) имеет сечение, близкое к эллиптическому. Такую же эллиптическую форму должен иметь контур зеркала.[3]    

 

   

   

Уравнение поверхности зеркала в декартовой системе координат имеет следующий вид:

   Сечение зеркала вертикальной плоскостью имеет вид:

 

   Сечение зеркала горизонтальной плоскостью имеет вид:

4.3. Расчёт допуска на точность установки облучателя в фокусе.

   Для получения в раскрыве параболической антенны волны с плоским фазовым фронтом необходимо фазовый центр облучателя помещать по возможности точнее в фокусе параболической поверхности. Определим, с какой точностью необходимо выполнять это условие.

   Допустимый сдвиг облучателя из фокуса определяется неравенством

.[4]

4.4. Расчет допусков на точность изготовления зеркала.

   При определении допуска на точность изготовления зеркала исходят из допустимой фазовой ошибки в раскрыве, равной . Это даёт: , где –допустимое отклонение радиуса вектора поверхности зеркала. Допуск в центральной части зеркала равен, таким образом, , а на периферии зеркала может быть менее жёстким.[2]

   Допуск в центральной части зеркала ; допуск для большего угла раскрыва ; допуск для меньшего угла раскрыва .

4.5. Описание конструкции.

   Полученная зеркальная антенна состоит из следующих частей (см. приложение):

  1.  рефлектор (зеркало), представляющий собой усечённый параболоид вращения, и выполненный из тонкого металлического листа;
  2.  облучатель – пирамидальный рупор, обеспечивающий вертикальную поляризацию;
  3.  опоры рефлектора;
  4.  механизм вращения по азимуту;
  5.  подзеркальник;
  6.  механизм вращения по углу места;
  7.  питающий волновод;
  8.  оббортовка;
  9.  опоры облучателя;
  10.  платформа антенны.     

     

    

5. Заключение.

   В результате выполнения работы была разработана зеркальная антенна, удовлетворяющая заданным техническим требованиям: обеспечена веерная диаграмма направленности — шириной 2° в горизонтальной («Н») плоскости и 4° в вертикальной («Е») плоскости; работа осуществляется на длине волны ; обеспечена линейная поляризация (вертикальная).

Список литературы.

  1.  Устройства СВЧ и антенны: Методические указания к курсовому проектированию. Сост.: В. И. Елумеев, А. Д. Касаткин, В. Я. Рендакова. Рязань, РГРТА, 1998.   
  2.  «Проектирование высокочастотных     устройств радиолокационных станций ». Власов В.И., Берман Я.И. Ленинград, издательство «Судостроение», 1972.
  3.  «Проектирование антенно-фидерных устройств». Жук М.С.,

     Молочков Ю.Б.  М.-Л., издательство «Энергия», 1966.

  1.  «Антенно-фидерные устройства». Изд. 2-е, дополненное и переработанное. Драбкин А.Л. и др. М., «Сов. радио», 1974.
  2.  «Расчёт и конструирование антенно-фидерных устройств».  Дорохов А.П. Издательство Харьковского университета , 1960.  


EMBED Visio.Drawing.11  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Visio.Drawing.11  

180

150

0

0.2

0.4

.6

0.8

330

300

120

270

240

210

90

60

30

0

59.4

0.32

1

0.8

0.6

0.4

0.2

100

50

0

50

100

Q

90

45

0

45

90

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

F

EMBED Equation.3  

×

(

)

cos

EMBED Equation.3  

×

(

)

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76771. Локтевой сустав 179.76 KB
  Шаровидный плечелучевой сустав изза тесной связи с другими двумя суставами утрачивает одну ось и движения в нем осуществляются по фронтальной и продольной оси. Капсула спереди и сзади тонкая возможность вывихов и укреплена по бокам внутри и снизу связками: боковыми коллатеральными: локтевой и лучевой; внутрисуставной кольцевой связкой лучевой кости; снизу квадратной между лучевой шейкой и дистальным краем лучевой вырезки на локтевой кости. Спереди у лучевой шейки возникает слепое синовиальное выпячивание.
76772. Суставы кисти 182.29 KB
  Среди запястнопястных суставов особое место занимает запястнопястный сустав большого пальца так как в процессе антропогенеза в нем сложились специфические приспособления для противопоставления оппозициорепозицио его остальным пальцам. Они сводятся к следующему: изоляции сустава от остальных запястнопястных суставов; формированию седловидной суставной поверхности у коститрапеции и I пястной кости; наличию широкой свободной капсулы; наклону фронтальной оси к ладони что обеспечивает не только сгибание и разгибание но и смещение пальца...
76773. Развитие и строение скелета нижней конечности 185.87 KB
  Все кости проходят через три стадии остеогенеза: фиброзную хрящевую костную. Скелет нижней конечности состоит из пояса правая и левая тазовые кости и свободной части включающей бедренную кость надколенник берцовые кости голени большую и малую кости стопы с предплюсной плюсной и фалангами пальцев. В предплюсну входят кости : пяточная и таранная ладьевидная клиновидные медиальная промежуточная латеральная и кубовидная. Плюсневых костей пять это короткие трубчатые кости.
76774. Кости таза и их соединения 183.03 KB
  Соединения костей таза: крестцовоподзвдошный сустав плоский трехосный с очень малым объемом движений образован ушковидными суставными поверхностями крестца и подвздошной кости; имеет прочную и сильно натянутую капсулу укрепленную крестцовоподвздошными связками: вентральными межкостными и дорсальными; крестцовокопчиковый сустав между верхушкой крестца и I копчиковым позвонком в межпозвоночном диске сустава щель зарастает после 50 лет; сустав укреплен крестцовокопчиковыми связками: вентральными дорсальными и глубокими дорсальными...
76775. Тазобедренный сустав 180.98 KB
  Суставная капсула состоящая из фиброзной и синовиальной мембран прикрепляется по краю вертлужной губы а на бедренной кости по шейке: спереди по межвертельной линии сзади внутрь от межвертельного гребня. Внутри сустава располагается связка головки бедренной кости которая в период его формирования удерживает головку во впадине. Они кровоснабжаются следующими артериями: подвздошнопоясничной верхней ягодичной запирательной наружной половой глубокой и латеральной окружающими подвздошную кость нисходящей коленной мышечными ветвями...
76776. Коленный сустав 180.6 KB
  К внутренним связкам относятся крестообразные: передняя и задняя заполняющие межмыщелковую яму бедренной кости и межмыщелковое поле большеберцовой кости. Коленный сустав типичный мыщелковый сложный и комплексный в нем выполняются следующие движения: вокруг фронтальной оси: сгибание и разгибание с размахом в 140150 о; сгибание тормозят крестовидные связки и сухожилие четырехглавой мышцы; мыщелки бедренной кости при этом скользят по менискам; вокруг продольной вертикальной оси объем активного вращения в среднем 15 о пассивного 3035...
76777. Голеностопный сустав 179.01 KB
  По бокам капсула толстая и прочная спереди и сзади тонкая рыхлая складчатая; усилена боковыми связками: медиальной дельтовидной толстой прочной веером расходящейся от медиальной лодыжки к таранной ладьевидной и пяточной костям; в связке выделяют части: большеберцоволадьевидную большеберцовопяточную переднюю и заднюю большеберцовотаранные; латеральной в составе передней таранномалоберцовой задней таранномалоберцовой пяточномалоберцовой связок. Они кровоснабжаются мышечными ветвями задней большеберцовой и малоберцовой...
76778. Кости голени и стопы, их соединения 186.1 KB
  На диафизе большеберцовой кости располагаются: передний край острый кверху переходит в бугристость латеральный край обращенный к малоберцовой кости и медиальный край; поверхности: медиальная латеральная и задняя с линией камбаловидной мышцы. Ядра окостенения в большеберцовой кости появляются в проксимальном эпифизе в конце плодного периода в дистальном на 2м году жизни в диафизе в начале плодного периода. Кости стопы подразделяются на кости предплюсны: 7 коротких губчатых костей и кости плюсны в составе 5 коротких трубчатых...
76779. Общая анатомия мышц 183.23 KB
  Скелетные мышцы связаны с костями и действуют вместе с ними и суставами в единой биомеханической системе рычагов обеспечивая статику и динамику тела. Гладкие мышцы располагаются в коже сосудах стенках полых внутренних органов выделительных протоках желез. Сила мышцы на 1 см 2 ее поперечного сечения называется абсолютной и составляет от 50 до 100 Н что зависит от длины мышечных волокон и площади поперечного сечения.