Расчет параболической антенны для приема линейно поляризованного сигнала
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Содержание
Задание
. Обоснование выбора методики расчета
. Расчетная часть
.1 Расчет параметров антенны
.2 Выбор параметров облучателя
.3 Расчет ДН облучателя
.4 Расчет амплитудного распределения по раскрыву
.5 Расчет ДН зеркальной антенны
Заключение
Задание
Спроектировать параболическую антенну для приема линейно поляризованного сигнала.
Исходные данные:
ГГц - рабочая частота;
дБ - коэффициент усиления антенны;
дБ - допустимый уровень первых боковых лепестков.
1. Обоснование выбора методики расчета
Теоретические сведения
Параболические антенны являются одним из наиболее распространенных типов антенн, используемых в современных радиотехнических системах различного назначения (радиорелейные системы связи, радиолокация, спутниковые системы связи и вещания и т.д.). Они применяются в различных диапазонах волн, от метровых до миллиметровых. Наибольшее распространение получили антенны с зеркалами в виде параболоида вращения, усеченного параболоида и параболического цилиндра. Такие антенны обладают высоким КПД, возможностью формирования разнообразных ДН при относительной простоте конструкции, малой шумовой температурой.
Параболическая антенна состоит из двух элементов: металлического параболического профиля и облучателя, помещенного в фокусе зеркала. Схема антенны с параболическим зеркалом представлена на рис.1.
Рисунок 1. Схема параболической антенны
Принцип работы антенны основан на том, что сумма расстояний от фокуса F до зеркала и от зеркала до апертуры является величиной постоянной. Следовательно, если в фокусе расположен источник сферической волны, то после отражения от зеркала волна преобразуется в плоскую, и излучающий раскрыв антенны возбуждается синфазно. При равномерном облучении зеркала ДН параболической антенны является иглообразной. При облучении только части зеркала можно получить плоскую ДН.
Параболический профиль зеркала описывается в прямоугольной системе координат уравнением:
, (1)
где f - фокусное расстояние.
Параболическая антенна характеризуется геометрическими размерами R - радиусом раскрыва (апертуры), f - фокусным расстоянием и - углом раскрыва, которые связаны соотношением:
. (2)
параболический антенна амплитудный сигнал
С точки зрения формирования поля излучения и диаграммы направленности антенну с зеркалом в виде параболоида вращения можно рассматривать как синфазно возбужденный круглый раскрыв, амплитудное распределение возбуждающего поля на котором описывается некоторой функцией. Вид этой функции определяет форму и параметры ДН антенны при заданном размере раскрыва.
Облучатели зеркальных антенн
Облучатель является важнейшим элементом параболической антенны, определяющий её характеристики. В качестве облучателей используются слабонаправленные антенны, удовлетворяющие следующим основным требованиям:
- ДН должна обеспечивать необходимое амплитудное распределение поля на излучающем раскрыве зеркала;
- облучатель должен иметь фазовый центр, совмещенный с фокусом зеркала;
- рабочая полоса частот должна соответствовать заданной;
- поперечные размеры облучателя должны быть минимальны для уменьшения затенения зеркала.
Наиболее применимы на практике облучатели следующих типов: вибраторные, волноводно-рупорные, щелевые.
Волноводно-рупорные облучатели находят широкое применение в связи с простотой конструкции, возможностью формирования ДН требуемой ширины в обеих плоскостях и хорошими диапазонными свойствами.
Простейшим облучателем данного типа является открытый конец волновода. Однако такая антенна обладает тем недостатком, что из-за резкого изменения условий распространения при переходе волновода к свободному пространству значительная часть электромагнитной волны отражается от открытого конца. Волновод оказывается плохо согласованным с окружающим пространством. Избежать этого можно плавным увеличением размеров поперечного сечения волновода, т.е. придания ему формы рупора.
Существуют различные типы рупоров. Рупор, образованный плавным увеличением поперечного сечения круглого волновода, называется коническим. При плавном переходе от волновода к рупору структура поля в нем напоминает структуру поля в волноводе. Облучатель в виде конического рупора был выбран в данной курсовой работе.
Диаграмма направленности круглого волновода по форме близка к параболоиду вращения, что позволяет получить достаточно равномерное, относительно оси, облучение зеркала, необходимое для создания игольчатой диаграммы направленности. Кроме того, при этом значительно уменьшается перекрестная поляризация, поскольку волна Н11, распространяющаяся в круглом волноводе, сама имеет перекрестную составляющую, но направленную противоположно перекрестной составляющей волны, отраженной от зеркала при облучении его линейно-поляризованным полем.
При расчете конического рупорного облучателя необходимо учитывать, что рупорная антенна имеет примерно квадратичное фазовое распределение. Максимальный сдвиг фаз на краю раскрыва:
, (3)
где - радиус раскрыва рупора, L - длина рупора. Допустимый фазовый сдвиг конического рупора . Параметры рупора необходимо выбирать удовлетворяющими условию.