Зеркальная антенна.

Введение Зеркальной антенной называют совокупность 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. С позиций геометрической оптики лучи, расходящиеся от облучателя, после отражения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности. По форме зеркала зеркальные антенны разделяются на параболоид вращения, параболический цилиндр, а также антенны со специальным профилем зеркала. Зеркальные антенны могут формировать игольчатые диаграммы направленности, веерные, косекансные или диаграммы другого специального вида. Ширина игольчатой диаграммы направленности может составлять от десятка до долей градуса. Широкоугольное сканирование в однозеркальных антеннах осуществляется механическим вращением всей антенной системы в заданной плоскости, а сканирование в пределах нескольких ширин диаграмм направленности осуществляется электромеханическим способом – вращением облучателя, вынесенного за фокус параболоида. В настоящее время зеркальные антенны широко применяются в радиостанциях различного назначения - радиолокационных, навигационных, радиорелейных и в ряде других радиосистем СВЧ диапазона. В настоящей работе необходимо спроектировать зеркальную антенну в виде параболоида вращения. Основная часть Исходные данные: Длина волны λ=2.5 см Ширина диаграммы направленности до половинной мощности 2Θ0.5=2.5 град Уровень первого бокового лепестка – ξ1=-20 Дб Коэффициент направленного действия облучателя D=6 Принимаем относительный уровень на краю зеркала, исходя из уровня первого бокового лепестка, 10 дБ. Рассчитаем параметры пирамидального рупора, используемого в качестве облучателя. Коэффициент направленного действия рупора ориентировочно определяется: , где ap и bp - размеры раскрывa рупора в плоскостях H и E соответственно. - апертурный КИП, зависимость которого от относительного уровня на краю зеркала приведена на рисунке 1. Рисунок 1. Так как необходимо принимать ap =1.5bp , тогда: Отсюда получаем bp: Тогда: ap =1.5bp= 1.5*3.15=4.73 см. Оптимальная длинна рупорного облучателя определяется, исходя из неравенства:

Содержание
Введение 2
Основная часть 3
Заключение 25
Приложение 1 26
Список использованной литературы 27

Введение
Зеркальной антенной называют совокупность 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. С позиций геометрической оптики лучи, расходящиеся от облучателя, после отражения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности. По форме зеркала зеркальные антенны разделяются на параболоид вращения, параболический цилиндр, а также антенны со специальным профилем зеркала.
Зеркальные антенны могут формировать игольчатые диаграммы направленности, веерные, косекансные или диаграммы другого специального вида. Ширина игольчатой диаграммы направленности может составлять от десятка до долей градуса.
Широкоугольное сканирование в однозеркальных антеннах осуществляется механическим вращением всей антенной системы в заданной плоскости, а сканирование в пределах нескольких ширин диаграмм направленности осуществляется электромеханическим способом вращением облучателя, вынесенного за фокус параболоида.
В настоящее время зеркальные антенны широко применяются в радиостанциях различного назначения - радиолокационных, навигационных, радиорелейных и в ряде других радиосистем СВЧ диапазона.
В настоящей работе необходимо спроектировать зеркальную антенну в виде параболоида вращения.

Основная часть
Исходные данные:
Длина волны λ=2.5 см
Ширина диаграммы направленности до половинной мощности 2Θ0.5=2.5 град
Уровень первого бокового лепестка ξ1=-20 Дб
Коэффициент направленного действия облучателя D=6

Принимаем относительный уровень на краю зеркала, исходя из уровня первого бокового лепестка, 10 дБ.
Рассчитаем параметры пирамидального рупора, используемого в качестве облучателя.
Коэффициент направленного действия рупора ориентировочно определяется:
,
где ap и bp - размеры раскрывa рупора в плоскостях H и E соответственно.
- апертрный КИП, зависимость которого от относительного уровня на краю зеркала приведена на рисунке 1.




Рисунок 1.

Так как необходимо принимать ap =1.5bp , тогда:



Отсюда получаем bp:


Тогда:

ap =1.5bp= 1.5*3.15=4.73 см.

Оптимальная длинна рупорного облучателя определяется, исходя из неравенства:


Отсюда:


Выбираем RОПТ=2.5 см.

В качестве облучателя необходимо применять пирамидальный рупор. Диаграмму направленности небольшого рупора можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений:



Где , нормированные диаграммы направленности по напряжённости поля в плоскостях E и H соответственно;
- угол, отсчитываемый от направления максимума диаграммы направленности;
- волновое число.

Найдём значение волнового числа k:


С учетом значения волнового числа диаграммы направленности рупорного облучателя приведены на рисунках 2.1,2.2, значения функций - в таблицах.
Для плоскости Е:

Рисунок 2.1




1. 0 1
2. 6,206897 0,035807
3. 12,413793 0,006232
4. 18,62069 0,016422
5. 24,827586 0,012695
6. 31,034483 0,003941
7. 37,241379 0,003509
8. 43,448276 0,006844
9. 49,655172 0,006352
10. 55,862069 0,003801
11. 62,068966 0,0009307482
12. 68,275862 -0,001266
13. 74,482759 -0,002533
14. 80,689655 -0,003043
15. 86,896552 -0,003089
16. 93,103448 -0,002916
17. 99,310345 -0,002672
18. 105,517241 -0,002409
19. 111,724138 -0,002115
20. 117,931034 -0,001742
21. 124,137931 -0,001242
22. 130,344828 -0,0006031335
23. 136,551724 0,0001082701
24. 142,758621 0,0007317216
25. 148,965517 0,001058
26. 155,172414 0,0009466965
27. 161,37931 0,0004539999
28. 167,586207 -0,0001365149
29. 173,793103 -0,0004757084
30. 180 -0,0004126516


Для плоскости Н:

Рисунок 2.2




1. 0 1
2. 6.206897 0,072969
3. 12.413793 0,015223
4. 18,62069 -0,006046
5. 24,827586 -0,014596
6. 31,034483 -0,015814
7. 37,241379 -0,012839
8. 43,448276 -0,008095
9. 49,655172 -0,003309
10. 55,862069 0,0005448207
11. 62,068966 0,003136
12. 68,275862 0,00456
13. 74,482759 0,005109
14. 80,689655 0,005109
15. 86,896552 0,004826
16. 93,103448 0,004438
17. 99,310345 0,004038
18. 105,517241 0,003655
19. 111,724138 0,003276
20. 117,931034 0,002861
21. 124,137931 0,002366
22. 130,344828 0,001761
23. 136,551724 0,00105
24. 142,758621 0,0002867266
25. 148,965517 -0,0004223325
26. 155,172414 -0,0009433415
27. 161,37931 -0,001162
28. 167,586207 -0,001044
29. 173,793103 -0,0006702607
30. 180 -0,0002203519

Как можно видеть из представленных графиков и значений, диаграммы направленности различаются незначительно.

Определим угол раскрыва зеркала:


Где Rn диаметр основного еркала, -фокусное расстояние


Фокусное расстояние выбирается из соотношения:


Отсюда:


Тогда:

Отсюда:

Профиль параболы определяется в сферических координатах зависимостью

Расчет профиля зеркала произведен при помощи средств Excel, результаты приведены ниже в таблице 1 и на рисунке 2.

Таблица 1

f0 ψ ψ(рад) ρ
0,11 130 2,268928 0,61588
0,11 120 2,094395 0,44
0,11 110 1,919862 0,334357
0,11 100 1,745329 0,26623
0,11 90 1,570796 0,22
0,11 80 1,396263 0,18745
0,11 70 1,22173 0,163932
0,11 60 1,047198 0,146667
0,11 50 0,872665 0,133919
0,11 40 0,698132 0,124572
0,11 30 0,523599 0,117898
0,11 20 0,349066 0,11342
0,11 10 0,174533 0,110842
0,11 0 0 0,11
0,11 10 0,174533 0,110842
0,11 20 0,349066 0,11342
0,11 30 0,523599 0,117898
0,11 40 0,698132 0,124572
0,11 50 0,872665 0,133919
0,11 60 1,047198 0,146667
0,11 70 1,22173 0,163932
0,11 80 1,396263 0,18745
0,11 90 1,570796 0,22
0,11 100 1,745329 0,26623
0,11 110 1,919862 0,334357
0,11 120 2,094395 0,44
0,11 130 2,268928 0,61588

Рисунок 3
Нормированное значение амплитуды поля в раскрыве определится выражением:

Где - нормированная диаграмма направленности облучателя.
Для плоскостей Н и Е соответсвенно:

1. Ерохин Г. А., Чернышов О. В., Козырев Н. Д., Кочержевский В. Г. АФУ и РРВ.-М.:Радио и связь; 1989, - 352 с.
2. Долуханов М. П. РРВ.-М.; Связь, 1972. - 336 с.
3. Черенкова Е. Л., Чернышов О. В. Распространение радиоволн,-М.:Радио_ и связь,' 1984. -272 с.
4. Кочержевский Г. Н. Антенно-фидерные устройства.-М.: Связь, 1972.
472 с.
5. Антенны и устройства СВЧ/Под редакцией Воскресенского Д. И.~ 'М.;Сов, Радио, 1972. - 320 с.
6. Айзенберг Г. 3. и др. Антенны УКВ, В 2-х ч. 4.1.-М.: Связь, 1977.-384 с.
7. Кочержевский Г. Н., Ерохин Г. А., Козырев Н. Д. Антенно-фидерные устройства.-М: Радио и связь, 1989. - 352 с.
8. Гайнутдинов Т. А., Кочержевский В. Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн в системах подвижной радиосвязи. Учебное пособие/МТУСИ, 2003.
9. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ.-М.: Высшая школа, 1988.