Зеркальная антенна

Содержание

• Введение
• Основная часть
• Заключение
• Приложение 1
• Список использованной литературы

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. 6,206 897 0,35 807

3. 12,413 793 0,6 232

4. 18,62 069 0,16 422

5. 24,827 586 0,12 695

6. 31,34 483 0,3 941

7. 37,241 379 0,3 509

8. 43,448 276 0,6 844

9. 49,655 172 0,6 352

10. 55,862 069 0,3 801

11. 62,68 966 0,9 307 482

12. 68,275 862 -0,1 266

13. 74,482 759 -0,2 533

14. 80,689 655 -0,3 043

15. 86,896 552 -0,3 089

16. 93,103 448 -0,2 916

17. 99,310 345 -0,2 672

18. 105,517 241 -0,2 409

19. 111,724 138 -0,2 115

20. 117,931 034 -0,1 742

21. 124,137 931 -0,1 242

22. 130,344 828 -0,6 031 335

23. 136,551 724 0,1 082 701

24. 142,758 621 0,7 317 216

25. 148,965 517 0,1 058

26. 155,172 414 0,9 466 965

27. 161,37 931 0,4 539 999

28. 167,586 207 -0,1 365 149

29. 173,793 103 -0,4 757 084

30. 180 -0,4 126 516

Для плоскости Н:

Рисунок 2.2

1. 0 1

2. 6.206 897 0,72 969

3. 12.413 793 0,15 223

4. 18,62 069 -0,6 046

5. 24,827 586 -0,14 596

6. 31,34 483 -0,15 814

7. 37,241 379 -0,12 839

8. 43,448 276 -0,8 095

9. 49,655 172 -0,3 309

10. 55,862 069 0,5 448 207

11. 62,68 966 0,3 136

12. 68,275 862 0,456

13. 74,482 759 0,5 109

14. 80,689 655 0,5 109

15. 86,896 552 0,4 826

16. 93,103 448 0,4 438

17. 99,310 345 0,4 038

18. 105,517 241 0,3 655

19. 111,724 138 0,3 276

20. 117,931 034 0,2 861

21. 124,137 931 0,2 366

22. 130,344 828 0,1 761

23. 136,551 724 0,105

24. 142,758 621 0,2 867 266

25. 148,965 517 -0,4 223 325

26. 155,172 414 -0,9 433 415

27. 161,37 931 -0,1 162

28. 167,586 207 -0,1 044

29. 173,793 103 -0,6 702 607

30. 180 -0,2 203 519

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 2,268 928 0,61 588

0,11 120 2,94 395 0,44

0,11 110 1,919 862 0,334 357

0,11 100 1,745 329 0,26 623

0,11 90 1,570 796 0,22

0,11 80 1,396 263 0,18 745

0,11 70 1,22 173 0,163 932

0,11 60 1,47 198 0,146 667

0,11 50 0,872 665 0,133 919

0,11 40 0,698 132 0,124 572

0,11 30 0,523 599 0,117 898

0,11 20 0,349 066 0,11 342

0,11 10 0,174 533 0,110 842

0,11 0 0 0,11

0,11 10 0,174 533 0,110 842

0,11 20 0,349 066 0,11 342

0,11 30 0,523 599 0,117 898

0,11 40 0,698 132 0,124 572

0,11 50 0,872 665 0,133 919

0,11 60 1,47 198 0,146 667

0,11 70 1,22 173 0,163 932

0,11 80 1,396 263 0,18 745

0,11 90 1,570 796 0,22

0,11 100 1,745 329 0,26 623

0,11 110 1,919 862 0,334 357

0,11 120 2,94 395 0,44

0,11 130 2,268 928 0,61 588

Рисунок 3

Нормированное значение амплитуды поля в раскрыве определится выражением:

Где — нормированная диаграмма направленности облучателя.

Для плоскостей Н и Е соответсвенно: