Конструирование зеркальной антенны
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
лам:
, - плоскость Е, (9)
,
-плоскость Н,
где
, Г=
-модуль коэффициента отражения волны от раскрыва рупора.
Графики рассчитанных ДН и ошибок представлены на рис3,4,5,6.
Рис.3. ДН реального облучателя и требуемая ДН в плоскости Е.
Рис.4. Функция ошибки в секторе углов раскрыва в плоскости Е.
Рис.5. ДН реального облучателя и требуемая ДН в плоскости Н.
Рис.4. Функция ошибки в секторе углов раскрыва в плоскости Н.
Рассчитаем длины рупора Re и Rh. При выборе длин рупора необходимо выполнить два условия : допустимый уровень фазовых искажений и правильную стыковку рупора с питающим волноводом.
Первое условие выполняется в оптимальном рупоре. Он имеет максимальный КУ при фиксированной длине и минимальных поперечных размерах ap и bp. Для такого рупора справедливы формулы:
(10)
Для рассчитанных bp и ap имеем:
1.133
Выбрав Rh=4 см, получим, что Re=22.667 см, что удовлетворяет условиям (10).
Второе условие заключается в том, что найденные размеры рупора должны обеспечивать допустимую величину квадратичных фазовых ошибок Фе, Фh в раскрыве рупора:
(11)
Для найденных размеров получаем: Фе=0.058 рад, Фh=1.559 рад, что удовлетворяет условиям (11).
Теперь определим положение фазовых центров рупора в главных плоскостях по формулам[1]:
,
откуда Xe=0.014 см, Xh=0.837 см.
Расстояние 0.5(Xe-Xh) должно удовлетворять допуску на смещение фазового центра облучателя из фокуса зеркала вдоль его оси:
.
Таким образом можно считать, что расчет рупорного облучателя завершен.
Расчет реального распределения поля и ДН зеркала
В параболоиде вращения (усеченном параболоиде) с реальной нормированной ДН облучателя справедливо .После нормировки получаем расчетную формулу:
(12)
Учитывая связь (5), рассчитаем реальное распределение поля, а также функцию ошибок и построим на одном графике зависимости Epe,h(xn) и Ee,h(xn) (см. рис5,6,7,8).
Рис.5. Зависимость реального и требуемого распределений поля в раскрыве зеркала в Е-плоскости.
Рис.6. График функции ошибок в Е-плоскости.
Рис.7. Зависимость реального и требуемого распределений поля в раскрыве зеркала в Н-плоскости.
Рис.8. График функции ошибок в Н-плоскости.
Рассчитаем реальную ДН антенны.
,
где ,
в плоскости Н-
,
где .
Нормированные ДН, переведенные в децибелы показаны на рис9,10.
Рис.9. Реальная, нормированная ДН зеркала в плоскости Н.
Рис.10. Реальная, нормированная ДН зеркала в плоскости Е.
Выбор фидерного тракта
Питающий антенну фидерный тракт должен соответствовать рабочему диапазону волн, обладать малыми потерями передаваемой мощности, достаточной электрической прочностью без опасности возникновения пробоя и вносить минимальные искажения в спектр частот передаваемых сигналов. В сантиметровом диапазоне наибольшее применение находят волноводы прямоугольного сечения axb (a>b) с основной волной Н10.
В полосе частот, заданной в ТЗ (33005%) используем прямоугольный волновод, размеры которого были определены выше: a=7.2 см, b=3.4 см. При этом волновод имеет коэффициент погонного затухания дБ/м, максимально допустимую мощность, передаваемой волной Н10 Pmax=10860 кВт.
Рассчитаем КСВ в тракте.
(13),
где -суммарный коэффициент отражения от горловины и от раскрыва рупора, равный:
,
.
Расчет дает: КСВ=1.535. В ТЗ задан КСВ=1.16. Значит необходимо решить задачу согласования системы облучатель-зеркало с волноводом.
Для исключения отражений от раскрыва рупора используем отражатель в виде двух диэлектрических пластин , одна из которых расположена непосредственно в раскрыве рупора, а другая в его объеме(см. рис.11).
Рис.11. К согласованию раскрыва.
Размеры D1,S,D2 и диэлектрические проницаемости и выбираются так, чтобы на поверхностях пластин, расположенных внутри рупора отраженные раскрывом и пластинами волны отсутствовали.
Это условие можно записать так, учитывая, что .
, , (14).
Взяв материал с (полистирол) получим: d1=1.39 см, d2=1.533 см, s=1.453 см.
Вставка пластин обеспечивает герметизацию рупора.
Сделав согласование раскрыва, можно считать, что Гр=0. Тогда новый КСВ в тракте будет равен 1.29, что не удовлетворяет требованиям ТЗ. Поэтому необходимо согласовать горловину рупора с волноводом. В этом случае система облучатель-зеркало для волноводного тракта представляется как эквивалентная нагрузка с нормированным сопротивлением:
.
Согласуем горловину при помощи четвертьволнового трансформатора, выполненного в виде волноводной вставки с диэлектриком, размеры которой совпадают с размерами питающего волновода.
При этом имеется 2 возможности:
). Подключая рупор в пучности распределения напряжения, получаем условие согласования:
, (15)
Волновое сопротивление волновода, заполненного диэлектриком можно найти по формуле[2].
, (16)
Нормируя его к волновому сопротивлению волновода с воздушным заполнением, имеем нормированное волновое сопротивление трансформатора:
, (17)
Решая совместно (14) и (16) получаем, что , что неприемлемо.