uzluga.ru
добавить свой файл
1


Министерство образования Российской Федерации

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ





Оценка работы






ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


к курсовой работе

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХЗЕРКАЛЬНЫХ АНТЕНН ПО СХЕМЕ КАССЕГРЕНА


по курсу «Антенны и устройства СВЧ»


Подпись Дата Ф.И.О.



Преподаватель Наймушин М.П.


Студент Коркунов П.В.



Группа Р-309


Екатеринбург 2002

Содержание





Задание 4

Введение 5

1. Расчет конструктивных параметров антенны 6

2. Расчет параметров облучателя 7

3. Выбор типа линии передачи и расчет ее параметров 7

7

4. Расчет электрических параметров антенны 8

Заключение 13

Список использованной литературы 14

Приложение 1: Общий вид антенны и профили сечения зеркал 15

Приложение 2: Конструкция облучателя 15



Задание



Выбрать и рассчитать:


  1. Параметры облучателя;

  2. Основные геометрические размеры зеркал;

  3. Распределение поля в раскрыве;

  4. Диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

  5. Линию передачи;

  6. Коэффициент усиления и эффективность антенны;

  7. Профили сечения зеркал.


Вычертить:

        1. Конструкцию облучателя;

        2. Общий вид антенны;

        3. Профили сечения зеркал.


Исходные данные


Частота f=10 ГГц

Ширина ДН по уровню –3 дБ =1,5

Уровень боковых лепестков =20 дБ

Мощность передатчика в импульсе P=100 кВт

Тип облучателя – рупорная антенна.

Введение



Зеркальные антенны применяют в различных диапазонах волн: от оптического до коротковолнового, особенно широко в сантиметровом и дециметровом диапазонах. Эти антенны отличаются конструктивной простотой, возможностью получения различных ДН, хорошими диапазонными свойствами и др.

Существуют различные типы зеркальных антенн: параболические зеркала (параболоид, усеченный параболоид и параболический цилиндр), сферические зеркала, плоские и уголковые зеркала, а также зеркальные антенны специальной формы, двух- и многозеркальные антенны, зеркально-рупорные антенны.

Зеркальная параболическая антенна состоит из металлической поверхности, выполненной в виде параболоида вращения и небольшой слабонаправленной антенны – облучателя, установленной в фокусе параболоида и облучающий внутреннюю поверхность последнего.

В двухзеркальной антенне используются две отражающие поверхности: основная – большое параболическое зеркало и вспомогательная – малое зеркало в виде гиперболоида (антенна Кассегрена) или эллипсоида вращения (Антенна Грегори).

В антенне Кассегрена роль малого зеркала состоит в переотражении падающей на него сферической волны облучателя на большое зеркало. При этом вследствие геометрических свойств гиперболы отражаемая малым зеркалом сферическая волна как бы исходит из первого фокуса, совмещаемого с фокусом большого зеркала. Эта волна трансформируется большим зеркалом в плоскую. Параболическое зеркало излучает так, как будто в его фокусе находится мнимый облучатель, создающий сферическую волну. Второй фокус малого зеркала совмещается с фазовым центром облучателя.

К достоинствам двухзеркальной системы можно отнести то, что она является более компактной, чем однозеркальная, и обеспечивает более равномерное распределение возбуждения по раскрыву, а также является более помехозащищенной. А недостатки – затенение раскрыва малым зеркалом и элементами его крепления, переливание энергии облучателя через края этого зеркала (это, тем не менее, не так опасно как для однозеркальной антенны, так как вызывает только рост УБЛ), а также реакция малого зеркала на облучатель и связанное с этим ухудшение диапазонных свойств.

1. Расчет конструктивных параметров антенны



Длина волны м = 30 мм


В двухзеркальных системах Кассегрена углы раскрыва большого и малого зеркал обычно лежат в интервалах 0 = 70 – 90; 0 = 15 – 30. При этом в угол 2 должна “вписываться” ДН облучателя по уровню (10-20) дБ, чтобы создать необходимое амплитудное распределение в раскрыве и иметь высокий коэффициент перехвата. Соотношение диаметров малого и большого зеркал рекомендуется брать d/D  0,2, т.к. большее затемнение приводит к значительному росту боковых лепестков.


Выберем углы раскрыва большого 0 и малого 0 зеркал исходя из вышеприведенных условий:

0=15 0=90,

при этом эксцентриситет гиперболического зеркала e равен



и соотношение диаметров малого и большого зеркал:

< 0,2.


Диаметр большого зеркала выберем исходя из заданных ширины диаграммы направленности и уровня боковых лепестков по таблице 3.2 методических указаний [1].

-3 дБ=, отсюда м

м


Фокусное расстояние:

=> м = 331 мм

Общий вид антенны и профили сечения зеркал приведены в приложении 1.

2. Расчет параметров облучателя



В качестве облучателя выберем прямоугольный рупор.

Из условия, что диаграмма направленности облучателя по уровню –(10-20)дБ должна “вписываться” в угол 20 = 30 вычислим размеры рупора:


В плоскости H:

м = 172 мм

В плоскости E:

м = 115 мм

Найдем длину рупора из условия его оптимальности:

В плоскости H:

м = 329 мм

В плоскости Е:

м = 220 мм

Выбираем большее значение R=329 мм

По дальнейшим расчетам при таких размерах облучателя получается маленький коэффициент использования поверхности, но уровень боковых лепестков меньше заданного, поэтому выберем другие размеры рупора:

A=132 мм B=88 мм R=194 мм


Конструкция облучателя приведена в приложении 2.

3. Выбор типа линии передачи и расчет ее параметров



В качестве линии передачи выберем прямоугольный волновод, размеры которого должны соотноситься с размерами a и b части облучателя, противоположной раскрыву. В прямоугольном волноводе основной волной является волна H10, а следующая за ней – H20. Критические длины волн у них соответственно 2a и a. Длина волны должна лежать в пределах a<<2a, следовательно /2<a< или 15<a<30 (мм). b=(0.4–0.5)*a 5.75<b<15.

Из заданной частоты и мощности передатчика по [3] выберем волновод R100, обладающий следующими свойствами:

a=22,86 мм b=10,16 мм Полоса частот: 8,2 – 12,5 ГГц

Номинальная толщина стенок: 1,27 мм

кВт >> 100 кВт

4. Расчет электрических параметров антенны



Для расчёта диаграмм, распределения поля в раскрыве антенны, а также других характеристик можно воспользоваться, например, [1]. Однако, реальное распределение поля не может быть достаточно точно аппроксимировано при помощи использующихся там выражений и таблиц. Поэтому для расчета по интегральным формулам была использована программа из пакета программ студенческого математического обеспечения ЭВМ "Расчёт диаграммы направленности и энергетических характеристик двухзеркальной антенны Кассегрена".


Входные данные для программы:


DB - длина волны, мм

GRL - левая граница расчета ДН, град

GRP - правая граница расчета ДН, град

KT - количество точек расчета ДН

FI0S - угол раскрыва малого зеркала, град

PSI0 - угол раскрыва большого зеркала, град

F - фокусное расстояние, мм

IQ_OBL - тип излучателя

DL - длина антенны, мм

DIA - диаметр, мм

ZAM - замедление

YGR - угол разворота облучателя (0;90)


Входной файл:


.3000E+02 DB - длина волны в мм

-.2000E+02 GRL - левая гр. расчета ДН в град

.2000E+02 GRP - правая гр. расчета ДН в град

200 KT - количество точек расчета ДН

.1500E+02 FI0S - угол раскрыва малого зеркала, град.

.9000E+02 PSI0 - угол раскрыва большого зеркала, град.

.3310E+03 F - фокусное расстояние в мм.

2 IQ_OBL - излучатель - рупорная антенна

1 IR - параметр рупора (0-кр.;1-пр.)

.1320E+03 AS - размер рупора в пл. Н, мм.

.8800E+02 BS - размер рупора в пл. E, мм.

.1940E+03 R - длина рупора, мм.

.0000E+00 YGR - угол разворота облучателя

Результаты расчета:


1) Горизонтальная плоскость:


Диаграмма направленности облучателя




Распределение поля в раскрыве



Диаграмма направленности антенны




Диаграмма направленности антенны в дБ




-3 дБ = 1,44

G1 = 38,43 дБ

КИП1 = 0,362

 = -20,3 дБ

2) Вертикальная плоскость


Диаграмма направленности облучателя




Распределение поля в раскрыве



Диаграмма направленности антенны




Диаграмма направленности антенны в дБ




-3 дБ = 1,41

G2 = 40,4 дБ

КИП2 = 0,57

 = -20 дБ


Коэффициент усиления и эффективность антенны:



дБ

Заключение



В ходе проделанной работы рассчитана и спроектирована двузеркальная антенна Кассегрена. В качестве облучателя использован прямоугольный рупор. Исходя из заданных условий сначала были рассчитаны основные геометрические параметры антенны и рупора, а после этого рассчитаны электрические характеристики антенны. Полученные значения ширины ДН и уровня боковых лепестков укладываются в заданные: ширина ДН в плоскости Е отличается на 0,06 а в плоскости Н - на 0,09, уровень боковых лепестков в плоскости Е ниже на 0,3 дБ в плоскости Н совпадает с заданной. Также для антенны выбрана линия передачи, исходя из заданной частоты и мощности передатчика. Ею является прямоугольный волновод сечением 23х10 мм.

Список использованной литературы





  1. Проектирование антенных систем СВЧ. Методические указания к курсовому проектированию. Составители: Наймушин М.П., Панченко Б.А., Шабунин С.Н.

  2. Антенны и устройства СВЧ. Сазонов Д.М.

  3. Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надёжность / Н.А.Барканов, Б.Е.Бердичевский, П.Д.Верхопятницкий и др.; Под ред. Р.Г.Варламова. – М.: Радио и связь, 1985. – 384 с.



Приложение 1: Общий вид антенны и профили сечения зеркал





Приложение 2: Конструкция облучателя