Проектирование линзовых антенн

Дипломная работа - Компьютеры, программирование

Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование

ериала линзы будет использоваться полистирол с относительной диэлектрической проницаемостью ?=2.55 и коэффициентом преломления

Обычно n выбирают в пределах от 1.3-1.6. Однако увеличение коэффициента n нежелательно, так как это приводит к значительному увеличению коэффициента отражения на границе воздух-диэлектрик.

Уравнение профиля линзы определяется из условия, что длина оптического пути от преобразуемой к преобразованной поверхности равных фаз по любому направлению должна быть постоянной: . Отсюда получаем:

или

(уравнение гиперболы)

где f - фокусное расстояние (расстояние от фокуса F до вершины Q) , ? - угол между осью линзы и лучом, ? - расстояние от фокуса до текущей точки поверхности линзы.

Таким образом, выпуклая поверхность линзы должна иметь гиперболическую форму.

Поскольку выходная поверхность линзы является синфазной поверхностью, она может рассматриваться как плоский излучающий раскрыв. Сама линза и облучающий источник играют роль распределителя.

Толщина замедляющей диэлектрической линзы определяется по следующей формуле:

При известных D и f определяют угол раскрыва линзы:

Стоит отметить, что фокусные расстояния линз отличаются от принятых в математике определений фокусных расстояний, образующих преломляющую поверхность гипербол и эллипсов. Фокусы линз совпадают с дальними фокусами соответствующих кривых.

Форма преломляющей поверхности оказывает существенное влияние на амплитудное распределение поля по раскрыву линзы. Что следует учитывать при выборе типа линзы.

Так как в соответствии с техническим заданием ширина ДН в главных плоскостях неодинакова, то линза имеет прямоугольный раскрыв.

Выберем фокусное расстояние f для линзы. На рис.4 приведены зависимости толщины линзы d от фокусного расстояния f, нормированные к размеру излучающего раскрыва D

Рисунок 4 - Зависимости толщины линзы d от фокусного расстояния f

Поэтому можно сделать вывод: чем тоньше линза, тем больше должно быть фокусное расстояние. Увеличение фокусного расстояния f приводит к уменьшению угла раскрыва линзы, что требует использование облучателей с осторонаправленной ДН, что, в свою очередь, приводит к увеличению геометрических размеров облучателя.

Для радиолинз фокальное число может находиться в пределах 0,7тАж1,6, но чтобы не увеличивать габариты линзы, фокусное расстояние чаще всего принимают равным большей ширине раскрыва линзы: f = d . Фокусное расстояние будет расiитано позже.

3.РАiЁТ РАЗМЕРОВ РАСКРЫВА

3.1 Выбор функции амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала

Известно, что ДН ЗА приближенно можно определить путем интегрирования по поверхности раскрыва полей излучения его элементов Гюгенса. Интеграл можно взять строго лишь для ограниченного класса функций E(x), описывающих распределение поля в раскрыве.

Раiет ЗА будем вести в двух плоскостях: в горизонтальной и вертикальной.

Поскольку уровень боковых лепестков в горизонтальной плоскости не задан, то выберем его из соображений максимизации коэффициента усиления (КУ) проектируемой антенны. Максимуму КУ соответствует известная разница интенсивности облучения на краях зеркала и в его центре, для приближенного инженерного раiета эта величина составляет . В качестве функции распределения в раскрыве выберем функции

(1)

так как при использовании рупорного облучателя, реализовать распределение близкое к (1) проще, нежели к другим. Здесь - нормированная координата, где а - диаметр зеркала.

График требуемых распределений поля в раскрыве для горизонтальной плоскости представлен на рисунке 5.

Рисунок 5- Функции распределения поля в горизонтальной плоскости

Теперь необходимо определить скачок поля в вертикальной плоскости.

Рисунок 6- Зависимость УБЛ в вертикальной плоскости от скачка поля

На рисунке 6 представлена зависимость УБЛ в вертикальной плоскости от скачка поля по табличным данным , откуда определяем скачок поля в вертикальной плоскости.

Так как значение УБЛ в горизонтальной плоскости нам не задано, найдём его по зависимости УБЛ от скачка поля

По данному графику находим, что УБЛ в горизонтальной плоскости равен -30 дБ.

Функция распределения поля в вертикальной плоскости выглядит следующим образом:

График распределения поля в вертикальной плоскости представлен на рис.7

Рисунок 7 - Функция распределения поля в вертикальной плоскости

3.2 Раiёт размеров раскрыва

После выбора распределения поля , можно расiитать размеры раскрыва в двух плоскостях. Размер раскрыва в каждой плоскости определяется исходя из заданной ширины ДН в этой плоскости, рабочей длины волны и выбранного распределения поля, определяющего множитель направленности и .

1)Раiет размера раскрыва в вертикальной плоскости:

- рабочая длина волны:;

заданная ширина ДН:

множитель направленности:

Зная эти значения, расiитаем радиус раскрыва в плоскости по формуле:

, (2)

2)Раiет размера раскрыва в горизонтальной плоскости: