Расчет параболической антенны для приема линейно поляризованного сигнала
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
>Диаметр рупорной антенны рассчитывается по формуле:
. (4)
Оптимальная длинна рупора определяется из уравнения:
. (5)
ДН конической рупорной антенны можно рассчитать по формуле [2]:
В плоскости Е:
, (6)
В плоскости Н:
, (7)
где J1(x) - функция Бесселя первого рода, производная функции Бесселя по аргументу.
Расчет ДН зеркальных антенн
Существуют два приближенных метода определения направленных свойств параболической антенны: токовый и апертурный. Токовый метод предлагает расчет ДН параболической антенны по распределению токов на поверхности зеркала. Зная распределение токов на поверхности зеркала можно определить направленные свойства параболической антенны. Для этого необходимо проинтегрировать по всей поверхности зеркала выражение для напряженности поля, создаваемого элементом поверхности зеркала, рассматривая его как элементарный электрический вибратор. Токовый метод обеспечивает достаточно точные результаты в пределах главного бокового лепестка антенны и прилегающих к нему боковых лепестков. Однако недостатком метода является его сложность и громоздкость. В данной работе расчет ведется по апертурному методу.
Рассмотрим в качестве излучающей плоскую поверхность раскрыва. Можно определить напряженность поля в любой точке пространства по распределению поля на поверхности раскрыва. Для приближенного определения распределения поля на поверхности раскрыва можно воспользоваться методом геометрической оптики, согласно которому каждому лучу облучателя, падающему на поверхность зеркала, соответствует луч, отраженный от этой поверхности. Если облучатель расположен в фокусе параболоида, все отраженные от поверхности антенны лучи оказываются параллельными (плоская волна), и поэтому плотность энергии на пути от поверхности параболоида до излучающей поверхности не меняется. На пути от облучателя до поверхности параболоида амплитуда лучей убывает обратно пропорционально расстоянию. Таким образом, если в фокусе параболоида размещен облучатель с диаграммой направленности , то распределение поля в раскрыве антенны по методу геометрической оптики определится равенством [1]:
. (8)
Распределение напряжённости по апертуре антенны можно аппроксимировать при помощи полинома:
, (9)
где , - координата апертуры антенна, R- радиус раскрыва антенны.
ДН параболической антенны найдем по формуле:
(10)
2. Расчетная часть
.1 Расчет параметров антенны
Выберем КПД антенны , коэффициент использования поверхности антенны КИП=0.7.
Коэффициент направленного действия антенны:
; (11)
.
С другой стороны:
. (12)
Отсюда площадь раскрыва зеркала:
; (13)
.
Радиус раскрыва параболоида:
; (14)
м.
Зная диаметр раскрыва зеркала D =0.98 м, выберем фокусное расстояние, учитывая что :
.
Угол раскрыва параболоида:
, (15)
.
В итоге параметры антенны:
Профиль зеркала:
Рисунок 2. Профиль зеркала
2.2 Выбор параметров облучателя
В качестве облучателя выбран конический рупор. Для обеспечения одномодового режима в круглом волноводе необходимо выполнения условия:
,
где а - радиус волновода. Поскольку , диаметр волновода находится в пределах:
.
Выберем волновод типа 1Б31ЕС-С56 с параметрами:
Таблица 11Б31ЕС-С56
Внутренний диаметр, ммТолщина стенок, ммЗатухание для медных стенокКритическая частота, ГГцdf, ГГцa, дБ/м38.11.6505.5340.04734.61
Определим параметры рупора.
Зная угол облучения рупором краёв малого зеркала, вычислим радиус раскрыва облучателя, воспользовавшись формулой для ширины диаграммы направленности конического рупора.
Зададимся шириной ДН рупора .
; (16)
.
Зная диаметр рупора, вычислим его угол раскрыва по формуле:
,
.
Оптимальная длина рупора:
,
м.
Исходя из геометрических размеров, выберем длину рупора:
м.
Максимальная фазовая ошибка на краю раскрыва:
,
Фазовая ошибка является допустимой.
2.3 Расчет ДН облучателя
В плоскости Е:
,
В плоскости Н:
.
ДН в декартовой системе координат:
Рисунок 3. ДН рупора в декартовой системе координат
ДН в полярной системе координат:
Рисунок 4. ДН рупора в полярной системе координат
2.4 Расчет амплитудного распределения по раскрыву
Напряженность поля в раскрыве зеркала для Е и Н плоскостей:
,
.
Нормированная координата в точке раскрыва [1]:
(17)
Выразим угол через координату раскрыва зеркала :
. (18)
Тогда напряженность поля в раскрыве зеркала для Е и Н плоскостей:
(19)
График амплитудного распределения в раскрыве зеркала:
Рисунок 5. Амплитудное распределение напряженности в раскрыве зеркала
2.5 Расчет ДН зеркальной антенны
Аппроксимируем фактическое распределение поля в раскрыве параболоида интерполяционным полиномом [3]:
&nbs