Расчет малошумящей однозеркальной параболической антенны

Расчет геометрических и электродинамических параметров облучателя и параболоида. Определение геометрических и электродинамических характеристик поля. Построение пространственной диаграммы направленности и определение параметров параболической антенны.
Краткое сожержание материала:

23

Размещено на

Размещено на

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра Радиотехники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

Тема: Расчет малошумящей однозеркальной параболической антенны

Руководитель: доцент

В.Л. Гончаров

Выполнил: студент

группы ССП-03-2

О. В. Баранов

№ студенческого билета: 033413

Вариант №13

Алматы 2006

Техническое задание

Рабочая частота f = 1,1 ГГц;

Ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности ^Н_0.5

^Н_0.5 = 54 мрад;

^Е_0.5 = 59 мрад;

Тип облучателя: Полуволновый вибратор с дисковым контррефлектором;

Уровень боковых лепестков УБЛ = - 23 дБ;

Средняя яркостная температура неба Т_нср = 15 К;

Температура шумов приемника Т_пр = 2100 К;

Длина фидерной линии l_ф = 6 м.

б = 0,00405 дБ/м

a = 19,5 см

b = 9,8 см

Содержание

Техническое задание

1. Расчет геометрических и электродинамических параметров облучателя и параболоида:

1.1 Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта;

1.2 Определение диаметра раскрыва;

1.3 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны.

1.3.1 аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией вида cos^n/2

2. Расчет геометрических и электродинамических характеристик поля

2.1 диаграммы направленности облучателя

2.2 распределение поля в апертуре зеркала.

3. Расчет пространственной диаграммы направленности и определение параметров параболической антенны

4 Конструктивный расчет антенны:

a) расчет профиля зеркала

b) выбор конструкции зеркала

c) определение допусков на точность изготовления

Выводы

Список использованной литературы

Приложение А

1. Определение геометрических размеров параболического зеркала

1.1 Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта Т_афу и КПД;

Выбираем фидер РК-75-3-13, т. к. он подходит по частоте f=1 ГГц и обладает наименьшим коэффициентом затухания 0,11

Длина волны определяется по формуле:

Шумовая температура фидерного тракта Т_афу определяется по формуле:

,

где б - коэффициент затухания линии передачи [дБ/м],

l_ф - длина фидерной линии [м].

КПД определяется по формуле:

Определим шумовую температуру антенной системы:

1.2 Определение диаметра раскрыва

параболическая антенна облучатель поле

Зеркальная антенна - направленная антенна, содержащая первичный излучатель и отражатель антенны в виде металлической поверхности. Параболическая зеркальная антенна представлена на рисунке 1.

В случае равномерно возбуждённого раскрыва параболического зеркала ширина ДН приближённо определяется:

, где

_0.5 - ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности, рад.;

- длина волны излучаемого (принимаемого) антенной радиосигнала;

R₀ - радиус раскрыва зеркала (рисунок 1).

Неравномерное возбуждение раскрыва зеркала приводит к некоторому расширению главного лепестка ДН, так как уменьшается эффективная площадь раскрыва. Чаще всего диаграммы направленности зеркальных антенн не обладают осевой симметрией, т.е. ширина главного лепестка в плоскостях Е и Н различна. В большинстве практических случаев это влечёт за собой следующее изменение:

, где

^Е_0.5, ^Н_0.5 ширина ДН соответственно в плоскостях Е и Н.

Для Е и Н плоскостей соответственно найдем радиус раскрыва:

23

Размещено на

Размещено на

Т. к. в курсовой имеются данные о ширине диаграммы направленности в обеих плоскостях, можно определить диаметр раскрыва d_p = 2 R₀, причем из полученных двух значений диаметра следует выбрать наибольшее. Следовательно, R₀ = 3,03 (м).

dp = 2 R0 = 2 3,033 = 6,066 м

1.3 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны

В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении R₀/f₀ КНД наибольший. Это объясняется тем, что количество теряемой энергии зависит от формы ДН облучателя и от отношения R₀/f₀. При уменьшении отношения R₀/f₀ от оптимального КНД уменьшается часть энергии, проходящей мимо зеркала. С другой стороны, увеличение этого отношения также приводит к уменьшению КНД в связи с более сильным отклонением закона распределения возбуждения от равномерного (рисунок 2) оптимальное значение R₀/f₀ определяется по аппроксимированной ДН облучателя (аппроксимация функцией вида где n определяет степень вытянутости ДН облучателя). Для вибратора с контррефлектором в виде диска n=4, R₀/f₀ = 1.0...1.25, = 0.82.

С точки зрения оптимизации геометрии антенны по максимальному отношению сигналшум необходимо произвести следующий расчет.

Чувствительность определяется формулой:



Где первые четыре коэффициента не зависят от _о, а ^' вычисляется:

, где

Т₁ = Т_пр + Т₀ (1 - з) + з Т_нср = 2100 + 290 (1 - 0.994) + 0.994 15 = 2117 К

Т_о = 290 К;

u = (0.02 - 0.03) - коэффициент, учитывающий «переливание» части мощности облучателя через края зеркала;

u = 0.03;

n = 4 - определяется типом облучателя;

₁ = 1 - cosⁿ⁺¹₀;

S = р R²= 3.14 3,03² = 28.843 м², площадь апертуры зеркала;

при n=4

Построим график функции г`(₀), по максимуму которого определим угол раскрыва зеркала.



График 1 - График функции г`(₀)

₀ = 0.945 (рад) = 54,145 ₁ = 0.931, g = 0.88, ` = 3,822 10^-4, = 9,57 10 -³.

Фокусное расстояние f может быть рассчитано на основе следующего соотношения:

В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении R₀/f₀ КНД наибольший. Заданный интервал отношения R₀/f₀ = (1,0…1,25). Расчетное отношение R₀/f₀ = 1,02, что удовлетворяет условию.

2 Расчет геометрических и электродинамических характеристик облучателей

Расчет сводиться к определению геометрических размеров облучателя, при которых уменьшение амплитуды поля на краю раскрыва зеркала происходит до одной трети амплитуды поля в центре раскрыва, и диаграммы направленности облучателя.

2.1 Полуволновый симметричный вибратор с контррефлектором в виде диска

Фазовый центр вибратора с контррефлектором в виде диска лежит между вибратором и контррефлектором несколько ближе к последнему. Обычно контррефлекторы выполняются в виде дисков диаметром 2d = (0.7…0.8)л, при этом ДН имеет форму, близкую к диаграмме с осевой симметрией, но, отличается от нее. Расстояние между вибратором и контррефлектором выбираетса близким к четверти длины волны, а длина вибратора - к половине длины волны (2l ? л/2).

Диаграмма направленности такого облучателя в Е плоскости рассчитывается по формуле:

,

а в Н плоскости - по формуле:



График 2 - ДН полуволнового симметричного вибратора с контррефлектором в виде диска и аппроксимация.

2.2 распределение поля в апертуре зеркала

<...