Расчет антенно-фидерного устройства
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?тому, если в фокусе параболической антенны установить источник сферических волн, то её раскрыв в соответствие с законами геометрической оптики будет представлять собой синфазную поверхность. Из сказанного непосредственно следует, что вся совокупность вторичных источников излучения (элементов Гюйгенса) в раскрыве формирует волну с плоским фронтом. Дифракционные явления на краях раскрыва входят в противоречие с законами оптики, и волна в принципе не может иметь строго плоский фронт. Однако в инженерных расчетах обычно пренебрегают этой неточностью и считают фронт излучаемой волны плоским, что значительно упрощает расчет электрических параметров антенны.
К недостаткам однозеркальной антенны относится:
. Высокая шумовая температура.
При работе в качестве приемной антенны земных станций на космических линиях связи облучатель направлен в сторону Земли и принимает всю совокупность сигналов помех в виде теплового излучения Земли, переотраженных сигналов от различных металлических конструкций, технических зданий и других объектов.
. Относительно низкий коэффициент защитного действия (КЗД).
Коэффициентом защитного действия называется отношение уровня сигнала на входе приемника, принимаемого с прямого и противоположного направлений:
. (3.1)
Прием антенной с обратного направления осуществляется за счет заднего лепестка ДН, который у однозеркальных антенн относительно велик. КЗД однозеркальной антенны равен примерно 50 дБ.
. Относительно большой уровень боковых лепестков из-за пьедестала поля на краю антенны.
. Потери в фидере облучателя из-за его большой длины.
В большой мере перечисленных недостатков лишена двухзеркальная антенна.
Двухзеркальная антенна
Двухзеркальная антенна аналогична по принципу действия астрономическому телескопу, предложенному в 1672 г. французским оптиком Н. Кассегреном . Антенна имеет в своем составе основное (большое) параболическое зеркало и вспомогательное (малое) гиперболическое зеркало. Оба зеркала имеют совмещенный фокус в т. F. Фазовый центр облучателя расположен в фокусе F второй мнимой ветви гиперболы (пунктир). Напомним, что гиперболой называется геометрическое место точек, разность расстояний от которых до фокусов F и F равняется расстоянию между её вершинами (FAn - FAn= =2a=const) при любых углах gn.
Тогда оптические пути лучей, исходящих из фокуса F до раскрыва
большого зеркала, отличаются от оптических путей лучей, исходящих из фокуса F, на постоянную величину 2аk, где
.
Волна, отраженная от малого зеркала, как - будто возбуждается виртуальным источником сферической волны, расположенным в фокусе большого зеркала F, и в раскрыв большого зеркала образуется синфазная поверхность, как в случае однозеркальной антенны.
Преимущества двухзеркальной антенны перед однозеркальной заключается в следующем.
1.Наличие вспомогательного зеркала позволяет легче подобрать требуемое распределение поля в раскрыв основного зеркала.
2.Облучатель устанавливается близко от основного зеркала, что укорачивает линию питания и, соответственно, уменьшаются потери. Упрощается конструкция крепления облучателя.
.ДН облучателя направлена в сторону от поверхности Земли, из-за чего существенно уменьшается шумовая температура антенны.
.Возможность использования короткофокусных параболоидов. Это снижает переливание энергии через край зеркала и, соответственно, увеличивает КЗД. В двухзеркальных антеннах КЗД может достигать 70 дБ.
Недостатком двухзеркальной антенны является значительный теневой эффект, создаваемый вспомогательным зеркалом, и реакция зеркала на облучатель. Теневой эффект растет с ростом раскрыва вспомогательного зеркала. Поэтому обычно его радиус R выбирается в пределах
R = (0,060,2)R0,
где R0 - радиус основного зеркала.
При расчете распределения амплитуды поля в раскрыве большого зеркала вводится понятие эквивалентного зеркала, что значительно упрощает расчеты.
Эквивалентное зеркало представляет собой геометрическое место точек, образованных пересечением лучей, отраженных от основного зеркала и лучей, идущих от облучателя.
Радиусы раскрывов эквивалентного и основного зеркала одинаковы. Амплитудное распределение поля в раскрыве эквивалентного зеркала такое же, как и в раскрыве основного зеркала и рассчитывается по тем же формулам, что и для однозеркальной антенны. Фокусное расстояние эквивалентного зеркала больше фокусного расстояния основного зеркала. Поэтому амплитудное распределение поля в раскрыве основного зеркала двухзеркальной антенны более равномерное при заданной ДН облучателя по сравнению с распределением поля в раскрыве однозеркальной антенны при равном отношении . Благодаря этому КИП двухзеркальной антенны может достигать величины =0,7. Благодаря низкой шумовой температуре двухзеркальные антенны широко применяются на космических и радиорелейных линиях связи, на которых работа ведется с малыми уровнями полезного сигнала.
2.2 Рупорное - параболическая антенна
Наиболее высоким коэффициентом защитного действия и, соответственно, минимальной шумовой температурой обладают рупорно-параболические антенны (РПА). В состав антенны входит облучатель (пирамидальный рупор) и часть параболоида вращения, образуя единую жесткую конструкцию (рисунок 3.3). Фокус параболоида совмещен с фазовым центром рупора F.
Как и в случае од