Антенны и устройства СВЧ
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
3,2 дБ.
А в "Н" плоскости поле затухает к краям, то его параметры:
нулевой уровень: ?0=172,
уровень половины мощности: ?0,5=66,
уровень первого бокового лепестка: ?=-23 дБ.
Получим a1, b1 из выражений (15) и (14) соответственно:
Найдем оптимальные длины рупоров:
(16)
Так как длины рупоров не совместимы, то выбираем наибольшее значение с тем, чтобы фазовые искажения не превысили допустимые.
Найдем углы раскрыва рупора:
, .(17)
Выберем волновод, питающий рупор, исходя из длины волны и допустимой мощности волновода. Т.к. длина волны равна 1 см, то частота равна 10 ГГц. А допустимая мощность 2 кВт, то можно выбрать волновод R100 с размерами: a2=22,860 мм, b2=10,160 мм.
ПОЛЕ В РАСКРЫВЕ И ПОЛЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЗАМЕДЛЯЮЩЕЙ ЛИНЗЫ
Для того чтобы найти поле излучения, необходимо вначале найти поле в раскрыве линзы. Ранее было показано, что поле в раскрыве получается синфазным. Остается выяснить вопрос о распределении амплитуд в раскрыве. Если iитать облучатель ненаправленным, то в одинаковых секторах ?? будет сосредоточено одинаковое количество электромагнитной энергии. После преломления на освещенной поверхности линзы эта энергия будет распределяться в пучках разного сечения. Из рисунка видно, что и, следовательно, плотность потока электромагнитной энергии будет уменьшаться к краям линзы по мере увеличения угла ?.
Амплитуда поля для iерической линзы:
,(18)
где F(?) - диаграмма направленности облучателя, n - коэффициент преломления, k1 - нормировачный коэффициент.
ДН облучателя (рупор) в Е плоскости имеет вид:
.(19)
Тогда распределение поля в Е плоскости имеет вид:
.(20)
Сравним полученное распределение с тем которым было заданно в начале с учетом раскрыва линзы. Уравнение раскрыва имеет вид:
.(21)
Построим распределение поля в зависимости от ?.
Как видно раiетное (пунктир) и заданное (непрерывная) распределения близки друг к другу, следовательно, все параметры линзы и облучателя выбраны правильно. Построим ДН антенны.
ДН АНТЕННЫ
Диаграмму направленности линзы можно найти как диаграмму для синфазной площадки с известным амплитудным распределением поля. Т.к. раскрыв линзы круглый, то ДН в "Н" и "Е" плоскостях одинаковы. Т.к. амплитуда поля спадает к краям по закону и раскрыв линзы круглый, то ДН имеет вид:
,(22)
где ,
- табулированная ламбда-функция,
- функция Бесселя n-го порядка от аргумента u.
ДН в "Е" и "Н" в декартовой системе координат имеет вид :
В полярной системе координат:
Можно расiитать ширину диаграммы направленности в "Е" и "Н" плоскостях:
По графику ширина диаграммы направленности составляет 8,94.
Уровень боковых лепестков по графику равен -24,8 дБ, а задан -24,6 дБ.
Т.е. видно, что ширина диаграммы направленности на уровне 0,5 по мощности и уровень боковых лепестков отличаются на 0,1 от заданного значения, т.е. раiет параметров произведен правильно.
Оценим полосу пропускания линзы.
ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ
Металлические линзы принципиально являются узкополосными антеннами. Это вызвано тем, что коэффициент преломления линзы сильно зависит от рабочей длины волны. При отклонении длины волны от раiетной коэффициент преломления изменяется, вследствие чего в раскрыве появляются фазовые искажения.
Можно показать, что относительная полоса пропускания в процентах гладкой (т. е. незонированной) линзы выражается формулой
.(23)
Здесь индекс нуль означает, что соответствующие величины берутся на раiетной частоте f0.
Обычно максимально допустимые фазовые искажения на краю линзы принимаются равными ?/2. Тогда
(24)
Получим: N = 13,1%
Как видно полоса пропускания составляет всего лишь 13,1%.
Конструкция антенны.
Антенна представляет собой соединение диэлектрической линзы (1) и рупорного облучателя (2), запитываемого прямоугольным волноводом(3). Также конструктивно сюда входит устройство крепления(4) и оправа изготовленную из полистирола. Облучатель - пирамидальный остроконечный рупор, вершина которого лежит в фокусе линзы. Волновод выбирается исходя из передаваемой мощности, диапазона частот, типа волны и т.д. На основании всего этого можно выбрать прямоугольный волновод 6.23.1 (аналог английского R400).
Его основные параметры:
размер 6.23.1 мм;
толщина стенок 1.0, 0.5 мм;
диапазон частот 33-50 ГГц (0.91-0.60 мм);
затухание 7дБ/метр;
допустимая мощность 16 кВт.
Именно эти параметры во многом будут определяющими для всей конструкции антенны. Так, например, диапазон частот будет целиком зависеть от волноводного тракта, так как это место является самым узкополосным во всей антенне. Перекрытие частоты 50/33=1.52 раза; уровень боковых лепестков (исходя из выбранного распределения поля) -22.4 дБ.
Масса и габариты антенны сравнительно невелики, если учитывать мощность в антенне - 2 кВт.
Линза с помощью металлической рамы соединена с облучателем (волноводом). Сама же рама имеет в центре крепление для непосредственной установки антенны.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итоги по пр