Параболическая антенна
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
орых, необходимо получить такую диаграмму направленности (ДН), у которой ширина главного лепестка по уровню половинной мощности равна в Е- и Н-плоскостях (,) и которая характеризуется высокой степенью направленности, т.е. игольчатую ДН. Поэтому в качестве зеркала следует выбрать параболоид вращения, который тем более легче изготовить нежели параболический цилиндр. При этом облучатель антенны должен иметь ДН в виде тела вращения и возможность соединения с волноводным трактом. Волноводно-рупорный облучатель наилучшим образом подходит в данном случае, благодаря простоте конструкции, относительной легкости получения нужной формы ДН и хорошей диапазонности. Легче всего обеспечить ДН одинаковую в обеих плоскостях при облучателе в виде открытого конца круглого волновода, на конце которого возможно потребуется конический рупор. Но в этом случае будет необходим плавный или ступенчатый переход от прямоугольного волновода к круглому, который выполняется в непосредственной близости от рупора. Для сохранения симметрии распределения поля в раскрыве применим в конструкции поддерживающую штангу, она является копией фидерного тракта и симметрична ему относительно оси параболоида, при этом увеличиться прочность крепления облучателя. Другим вариантом получения ДН облучателя одинаковой в обеих плоскостях является применение пирамидального рупора с тщательно подобранными размерами сторон прямоугольного раскрыва. В данном случае никакого переходника не потребуется. Но подбор таких размеров является очень трудной задачей. В-третьих, необходимо обеспечить малый уровень боковых лепестков . Данное требование будем реализовывать посредством выбора определенного радиуса раскрыва зеркала антенны, который получим в ходе раiёта. В итоге предварительная конструкция антенны будет иметь вид (см.рис.4).
3.2Раiет фидерного тракта
Для обеспечения одномодового режима работы волновода при заданной длине волны необходимо выполнение условий:
для прямоугольного
, ;
для круглого
.
В результате вычислений получаем:
, ;
.
По практическим рекомендациям и таблицам 3.11, 3.13 в [2,c.115-120] выбираем следующие стандартные волноводы. Прямоугольный - , его размеры , , диапазон частот для основного типа волн от до . Круглый - , его радиус , диапазон частот от до .
Относительная полоса пропускания всей параболической антенны полностью определяется диапазонностью фидерного тракта и облучателя, в нашем случае выбранными волноводами. При этом круглый волновод будет иметь определяющее значение, т.к. он обладает наименьшей диапазонностью, поэтому мы обеспечим следующую относительную полосу пропускания:
.
Полученное значение в значительной степени удовлетворяет потребность в диапазонности антенны и является приемлемым во многих практических случаях. Электрическая прочность волноводов определяется допустимой (рабочей) мощностью, равной предельной мощности пропускания , умноженной на коэффициент запаса электрической прочности [2,c.100-101]. Для волноводов обычно iитают:
.
Для прямоугольного волновода с волной равна:
где - критическая длина волны , - предельная напряжённость поля для воздуха при нормальных условиях.
Для круглого волновода с волной равна:
где-критическая длина волны .
Даже для круглого волновода с большим запасом выполняется условие:
.
Таким образом, выбранные волноводы обеспечивают одномодовый режим работы на частоте , хорошую относительную полосу пропускания (15%) и электрическую прочность фидерного тракта.
В качестве перехода между прямоугольным и круглым волноводами наилучшим образом подходит плавный соосный переход с постепенной деформацией формы поперечного сечения от прямоугольной к круглой [4,с.228] (см.рис.6). Если длина такого перехода превышает длину волны, то отражения в значительной полосе частот оказываются незначительными. Длина волны в прямоугольном волноводе равна:
.
Длина волны в круглом волноводе равна:
.
Таким образом, возьмем длину перехода порядка .
3.3 Раiет облучателя и его ДН
Облучатель зеркальной антенны является важнейшим её элементом, во многом определяющим характеристики антенны в целом. Он должен удовлетворять следующим основным требованиям:
1.Иметь ДН, обеспечивающую надлежащее облучение зеркала и имеющую минимальный уровень боковых лепестков.
2.Иметь минимальные размеры.
.Иметь фазовый центр.
.Пропускать без пробоя заданную мощность.
.Иметь требуемую диапазонность.
.Иметь небольшой вес и достаточную механическую прочность креплений.
.Обеспечивать необходимую стойкость к воздействию метеоусловий и возможность полной герметизации фидерного тракта.
Исходя из этих требований, будем определять конструкцию облучателя. Требования 4, 5 мы уже выполнили, выбрав фидерный тракт, конец которого является облучателем. ДН открытого конца круглого волновода или конического рупора (если фазовые ошибки в раскрыве рупора не очень велики) приближенно расiитывается по формулам [1,с.507,522]:
в плоскости E
;
в плоскости Н
,
где - коэффициент распространения волны в волноводе, , - коэффициент отражения от открытого конца волновода. На практике прибл