Файл: Курсовая работа по дисциплине антенны и устройства свч тема расчёт и проектирование зеркальной антенны. Вариант 30. Выполнил Кроль Илья Михайлович.doc

Скачать файл (7,12Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Курсовая работа

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 20.03.2024

Просмотров: 22

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КАФЕДРА 406

Курсовая работа

по дисциплине «антенны и устройства свч»

тема: расчёт и проектирование зеркальной антенны.

Вариант №30.
ВЫПОЛНИЛ:

Кроль Илья Михайлович

ГРУППА: 04-315
ПРОВЕРИЛ:

Пономарёв Леонид Иванович

МОСКВА – 2003

Введение.
В настоящее время зеркальные антенны широко применяются в радиостанциях различного назначения - радиолокационных, навигационных, радиорелейных и в ряде других радиосистем СВЧ диапазона.

Зеркальные антенны являются антеннами оптического типа. Они состоят из слабонаправленного облучателя и металлического отражателя (зеркала). Форма поверхности зеркала выбирается такой, чтобы сферический фронт волны, падающей от облучателя на зеркало, после отражения преобразовывался в плоский фронт волны. Лучи, расходящиеся от облучателя, после отражения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности шириной от десятка градусов до долей градуса.

Широкоугольное сканирование в однозеркальных антеннах осуществляется механическим вращением всей антенной системы в заданной плоскости.

Зеркальные антенны нашли широкое применение благодаря следующим свойствам: сравнительно простоте конструкции, надежности работы, хорошим диапазонным свойствам, способности формировать диаграммы направленности различной формы и ряда других положительных особенностей.

Однако зеркальные антенны обладают рядом существенных недостатков: затенение облучателем поля зеркальной антенны, механический способ сканирования, который является единственно возможным в однозеркальных антеннах, не обеспечивает высокой скорости управления диаграммой направленности при большом весе и сложности механизма вращения, уровень боковых и задних лепестков в диаграмме направленности однозеркальных антенн трудно поддается ослаблению.
Анализ задания.
В процессе проектирования необходимо выбрать оптимальную схему и тип облучающей системы, определить геометрические размеры зеркала, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, рассчитать диаграмму направленности антенны, её коэффициент усиления, коэффициент полезного действия и разработать конструкцию в целом.

Рупорный облучатель является наиболее распространенным облучателем зеркальных антенн сантиметрового диапазона. Объясняется это возможностью получения диаграммы направленности заданной ширины в обеих плоскостях, большой диапазонностью и простотой их конструкции. Однако применение данного облучателя осложняется тем, что волновод, питающий рупор, вызывает заметное затенение зеркала и искажает диаграмму направленности антенны. Облучатель зеркальной антенны имеет фазовый центр, который располагается в фокусе параболоида вращения.

Электрическая принципиальная схема антенны

_{Расчёт основных характеристик и геометрических размеров антенны.}
_{Рабочая длина волны:}___{= 8,5 см.}

Ширина диаграммы направленности: 2_ 10º.

Допустимый уровень боковых лепестков: q = -24 дБ.

Полоса частот: 4%
Геометрические размеры зеркала:

По уровню боковых лепестков выбираем формулу аппроксимации закон изменения поля в раскрыве зеркала:

Нормированное значение поля на краю раскрыва

Ширина диаграммы направленности: 2_66,3*/2R.

R=28.2 см. – радиус параболоида.
Для определения эффективности реальных облучателей их диаграмма направленности в передней полусфере аппроксимируется функцией вида F() = cosⁿ(), где n = 1, 2, 3, … - целые числа. В нашем случае максимальная эффективность зеркальной антенны достигается при n = 1.Тогда _=66, где 2_- угол раскрыва зеркала.
Фокусное расстояние зеркальной антенны:

f = 20.87 см.
Глубина зеркала:

Схематическое изображение антенны с ее основными геометрическими размерами.

Диаграмма направленности рупорного облучателя:

Диаграмма направленности рупорного облучателя, построенная по аппроксимированному закону изменения поля в раскрыве зеркала:

Ширина диаграммы направленности рупорного облучателя: 2_110.
_{Найдём размеры раскрыва рупорного облучателя с оптимальной длинной}

_{в плоскости Н: в плоскости Е:}

_a_{= 8.29 см.}_b_{= 5.49 см.}

Оптимальная длина рупорного облучателя:

R_опт=3.12 см.

Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Н:

Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Е:

Диаграммы направленности теоретическая и в плоскостях Е и Н представлены на следующем графике:

На следующем графике в полярной системе координат представлено соответствие полученных диаграмм направленности облучателя использованной при выборе угла раскрыва зеркала и зависимости фокусного расстояния от радиуса зеркала косинусной диаграмме направленности:

Амплитудное распределение поля вдоль зеркала:
Е(х) -- амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала в плоскости Е в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя:
F(х) -- амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала в плоскости H в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя:
A(x) - аппроксимирующая функция.

_{Графики амплитудных распределений в плоскостях}_E_и_H_{, а таккже аппроксимирующая функция представлены на следующем рисунке:}

Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, построенное в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя, практически совпадает с аппроксимирующей функцией, что свидетельствует о правильном выборе самой аппроксимирующей функции и геометрических размеров зеркальной антенны.
Диаграмма направленности зеркальной антенны:
Диаграмма направленности зависит от от угла направления через функции Бесселя J1 и J0 по следующим формулам:

_J_0,_J_{1-функции Бесселя нулевого и первого порядка.}

_₌_l₀₌_{8.5 см.}

Ширина диаграммы направленности: 2_9.86.

_{Уровень боковых лепестков:}_q_{= -27.17 дБ.}

_₌____{4% = 8.16 см. Отклонение длины волны на –4%.}

Ширина диаграммы направленности: 2_9.63.

_{Уровень боковых лепестков не изменился.}

_₌____{4% = 8.84 см. Отклонение длины волны на +4%.}

Ширина диаграммы направленности: 2_10.20.

_{Уровень боковых лепестков не изменился.}

_{При изменении рабочей длинны волны в пределах заданной полосы частот происходит незначительное расширение}_{(сужение) диаграммы направленности при сохранении уровня боковых лепестков.}

_{Коэффициент полезного действия (КПД).}

_{При аппроксимации диаграммы направленности облучателя функцией}_F₍__{) =}_cosⁿ₍__{) КПД антенны равен}__{= 1 –}_cos²ⁿ⁺¹₍_₀_{). При}_n_{= 1}_{}

_{Коэффициент усиления антенны (КУ).}
КУ (G) антенны показывает, во сколько раз необходимо увеличить подводимую к антенне мощность при переходе от направленной антенны к абсолютно ненаправленной антенне, чтобы получить то же значение напряженности поля в точке приема.

Коэффициент усиления зеркальной антенны равен:

S = R² – площадь раскрыва.

 - коэффициент использования поверхности (КИП) зеркальной антенны, определяется характером амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала.

 - коэффициент полезного действия антенны.

g = эффективность зеркальной антенны.

Угол раскрыва зеркала был выбран из условия максимальной эффективности антенны g=0,82. Коэффициент усиления при этом равен:

_G_{= 355.734}

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны.

КНД показывает, во сколько раз мощность излучения в направлении максимума излучения больше мощности излучения в том же направлении абсолютно ненаправленной антенны с такой же подводимой к ней мощностью.
D = 4S².
D = 381.397

_{Точность изготовления антенны.}
Технические допуски на точность изготовления зеркальных антенн определяются допустимой величиной отклонения фазового фронта в раскрыве зеркала от синфазного. Источниками фазовых ошибок в раскрыве антенны могут быть: