uzluga.ru
добавить свой файл
1


Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации


Уральский государственный технический университет

Кафедра ВЧСРТ





ДВУХ ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА ПО СХЕМЕ КАССЕГРЕНА


Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине

“Устройства СВЧ и антенны”


Руководитель: Семёнов Б. В.

Студент: Косяков Е. В.

Группа: Р-485


Екатеринбург

2000

СОДЕРЖАНИЕ


Введение.

  1. Исходные данные и задание на проектирование.

  2. Расчет основных конструктивных элементов антенны и линий передач.

2.1. Расчет размера рефлекторов, фокусных расстояний, угловых размеров.

    1. Расчет размеров облучателя.

    2. Выбор типа ЛП и расчет ее параметров.

  1. Электрические характеристики антенны.

3.1. ДН облучателя.

3.2. Поле в раскрыве рефлектора.

3.3. ДН и КУ всей антенны.

Заключение.

Литература.

Приложение 1. ДН облучателя.

Приложение 2. Распределение поля в раскрыве.

Приложение 3. ДН всей антенны.

Приложение 4. Конструкция облучателя.

Приложение 5. Общий вид антенны.

Приложение 6. Профили сечения зеркал.


ВВЕДЕНИЕ

В последнее десятилетие в области космической связи, радиоастрономии и других широкое распространение получили двухзеркальные антенны.

Основными достоинствами двухзеркальных антенн по сравнению с однозеркальными являются:

  1. Улучшение электрических характеристик, в частности повышение коэффициента использования поверхности раскрыва антенны, т.к. наличие второго зеркала облегчает оптимизацию распределения амплитуд по поверхности основного зеркала.

  2. Конструктивные удобства, в частности упрощение подводки системы фидерного питания к излучателю.

  3. Уменьшение длины волноводных трактов между приёмопередающими устройствами и облучателем.

Принцип действия двухзеркальных антенн заключается в преобразовании сферического волнового фронта электромагнитной волны, излучаемой источником, в плоской волновой фронт в раскрыве антенны в результате последовательного переотражения от двух зеркал: вспомогательного и основного с соответствующим профилями.




1. Исходные данные и задание на проектирование

Вариант №36

Двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена

Исходные данные:

  1. Тип облучателя . . . . . . . . . . рупорная антенна

  2. Частота . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

  3. Ширина ДН по уровню -3дБ . . . . . . . . -

  4. Уровень боковых лепестков . . . . . . . . . 20

  5. Мощность передатчика в импульсе . . . . . .90

Необходимо рассчитать:

  1. Параметры облучателя

  2. Основные геометрические размеры зеркала

  3. Распределение поля в раскрыве

  4. Диаграммы направленности

  5. Линия передач

  6. Коэффициент усиления и эффективность антенны





2. Расчет основных конструктивных элементов антенны и линий передач

2.1 Расчет размера рефлекторов, фокусных расстояний, угловых размеров.

Для расчёта антенны задаёмся углом раскрыва большого зеркала и углом раскрыва малого зеркала

Определим длину волны



где: С-скорость света



Из таблицы [6 таблица 3.2] по уровню баковых лепестков приближённо определяем коэффициент .Радиус антенны определяется из соотношения



Диаметр антенны



Эксцентриситет гиперболического зеркала определяется по формуле



Определим диаметр малого зеркала из соотношения







Определяем фокусное расстояние большого зеркал



Профили сечения зеркал определим из следующих уравнений:

Профиль параболоида:



Примем отсюда получим: где

Профиль гиперболоида:

, где

, , .






Примем отсюда получим:

Профили сечения зеркал представлены в приложении 6.

Глубина параболоида большого зеркала определяется по формуле



Глубина гиперболоида малого зеркала определяется по формуле



где:



-максимальное и минимальное значения радиуса малого зеркала

2.2 Расчет размеров облучателя.

Определим длину диэлектрического облучателя





Выберем диэлектрический облучатель с диэлектрической проницаемостью материала (фторопласт).

Определим диаметры облучателя:

  1. Максимальный диаметр

  2. Минимальный диаметр

  3. Средний диаметр

Оптимальный коэффициент замедления фазовой скорости волны в стержне определяется по формуле



2.3 Выбор типа ЛП и расчет ее параметров.

Длина волны волновода рассчитывается по формуле:



Критическая мощность бегущей волны определяется по формула:



где: - критическая напряжённость электрического поля, если прямоугольный волновод заполнен воздухом при нормальном атмосферном давлении .

Допустимую мощность в линии обычно принимают равной (25-30)% от критической мощности. Такой коэффициент запаса учитывает возможное облегчение условий пробоя из-за влияния различных нерегулярностей и рассогласования тракта.

По [5] выбираем волновод типа МЭК R 120

Параметры волновода:

  1. Размеры:

  • а 19,03 мм

  • в 9,525 мм

  1. Критическая частота волны Н10 7,869 ГГц

  2. Рабочий диапазон 9,84…15 ГГц

  3. Пробивная мощность 201 кВт


3. Электрические характеристики антенны


3.1. ДН облучателя.



где:

-множитель учитывающий неравномерность распределения поля в поперечном сечении диэлектрического стержня

d-диаметр стержня

-коэффициент замедления

L-длина стержня

в плоскости




где: в плоскости



Угол отсчитывается от оси стержня.

Для того, чтобы в стержне не возбудились высшие типы волн, искажающие диаграмму направленности антенны, необходимо выполнять соотношение




3.2. Поле в раскрыве рефлектора.



При этом координаты точек раскрыва хр,yp или ρр,αр связаны с углами φ и α соотношениями, обусловленными геометрией задачи:









3.3. ДН и КУ всей антенны.



где:



S-поверхность раскрыва;

ST-площадь проекции на раскрыв затеняющих элементов.

Коэффициент усиления антенны с учётом апертурного коэффициента использования а, обусловленного амплитудной неравномерностью поля в раскрыве, и коэффициента перехвата мощности облучателя зеркалом n рассчитывается по формуле:



где:

Общая эффективность антенны =а.n определяется из соотношения



Где



ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В данной курсовой работе была рассчитана двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена в соответствие с заданием. Были рассчитаны основные конструктивные элементы антенны и линии передачи, электрические характеристики антенны.

В результате проведённых расчётов были получены геометрические размеры антенны и коэффициент использования поверхности антенны (КИП). При полученных размерах антенны КИП получили небольшой, но только таким способом можно добиться заданной ширины ДН по уровню –3дБ, максимального коэффициента усиления. Уровень боковых лепестков получили меньше заданного на 6дБ что допустимо.

Задание Полученные

результаты


Δθ-3дБ 1,5 1,5

δ,дБ 23 17,8

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ


  1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988. 432с.

  2. Антенны и устройства СВЧ(проектирование ФАР)/ Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1981.с 432с.

  3. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ: В 2 ч. М.: Связь, 1977.

  4. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. М.: Энергия, 1966. 648с.

  5. Справочник конструктора РЭА: компоненты, механизмы, надежность/ Под ред. Р.Г. Варламова. М.: Радио и связь, 1985. 384с.

  6. Проектирование антенных устройств СВЧ: Методические указания и задания к курсовому проекту / Наймушин М.П., Панченко Б.А., Шабунин С.Н.. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1993. 48с.



ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Д
ИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ ОБЛУЧАТЕЛЯ



ПРИЛОЖЕНИЕ 2

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯ В РАСКРЫВЕ







П
РИЛОЖЕНИЕ 3


ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ ВСЕЙ АНТЕННЫ


ПРИЛОЖЕНИЕ 4 КОНСТРУКЦИЯ ОБЛУЧАТЕЛЯ

А











A

3

54.54 10 270



337.54



А - А

60 4 отв. 4,3

19.03


















12

50




ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ОБЩИЙ ВИД АНТЕННЫ







ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ПРОФИЛИ СЕЧЕНИЯ ЗЕРКАЛ


ПРОФИЛЬ ПРОФИЛЬ

ПАРАБОЛОИДА ГИПЕРБОЛОИДА