close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kursach zerkalo

код для вставкиСкачать
Московский Авиационный Институт
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
Кафедра 406
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине
"Антенны и устройства СВЧ" на тему:
"Проектирование зеркальной антенны"
Проверил:
Пономарёв Л.И.
Москва, 2008 г.
ВВЕДЕНИЕ3
ВЫБОР ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ РУПОРНОГО ОБЛУЧАТЕЛЯ.4
РАСЧЕТ ДН ОБЛУЧАТЕЛЯ В ПЛОСКОСТЯХ Е И Н5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ЗЕРКАЛА9
ПОСТРОЕНИЕ ДН ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ10
РАСЧЕТ ФИДЕРНОГО ТРАКТА, ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЧЛЕНЕНИЙ И УЗЛОВ12
ДРОССЕЛЬНО-ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ:14
РАСЧЕТ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ СОЧЛЕНЕНИЯ:14
РАСЧЕТ КПД, КУ, КНД АНТЕННЫ16
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ АНТЕННЫ (КПД):16
КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ АНТЕННЫ (КУ):16
КОЭФФИЦИЕНТ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ АНТЕННЫ (КНД):17
КОЭФФИЦИЕНТ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (КБВ):17
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:19
Введение
Зеркальные параболические антенны широко применяются в радиостанциях различного назначения - радиолокационных, навигационных, радиорелейных и других системах СВЧ диапазона. Зеркальная параболическая антенна состоит из облучателя и отражающего металлического или металлизированного зеркала. Облучатель располагается в центре зеркала и представляет собой слабонаправленный излучатель. Отражающее зеркало выполняется в виде параболоида вращения, параболического цилиндра, сферы или может иметь специальный профиль, обеспечивающий необходимую ДН. Они нашли широкое применение благодаря следующим свойствам: сравнительной простоте конструкции, надежности работы, хорошим диапазонным свойствам, способности формировать различные ДН, возможности многофункциональной работы при выборе соответствующего облучателя и ряде других полезных свойств. Однако, у зеркальных антенн есть несколько существенных недостатков: громоздкие и тяжелые механизмы вращения, ограниченная скорость управления ДН, трудно поддающийся ослаблению УБЛ, обратная реакция зеркала на облучатель и затенение облучателем поля.
В современных конструкциях принимаются меры для ослабления указанных недостатков: используются более легкие материалы конструкции, зеркала специальных форм. В своей курсовой работе я рассчитывал пирамидальный рупорный облучатель. Такой рупор на конце волновода позволяет получить пространственную ДН, сравнительно симметричную относительно оси зеркала. Такой облучатель имеет более узкую ДН, чем волноводный, и поэтому может применяться в случаях более длиннофокусных параболоидов. Рупорный облучатель имеет значительно меньшее излучение в обратном направлении, чем волноводный.
Выбор геометрических размеров рупорного облучателя.
Геометрические размеры волновода и облучателя выберем из условия электродинамического подобия.
Размеры поперечного сечения прямоугольного волновода a и b:
Размеры раскрыва рупора в плоскостях Е и Н:
Длина волновода от возбуждающего устройства до горловины рупора выбирается из условия фильтрации высших типов волн.
Полная длина облучателя:
Расчет ДН облучателя в плоскостях Е и Н
В плоскости Н:
В плоскости Е:
Диаграммы направленности рупорного облучателя в плоскостях Е и Н практически совпадают, но так как в плоскости Е диаграмма направленности рупора шире чем в плоскости Н, то расчет амплитудного распределения поля вдоль раскрыва антенны будем производить, используя формулу для диаграммы направленности облучателя в плоскости Е.
Проведем аппроксимацию ДН в этой плоскости, функцией :
Из построенных графиков видно, что наилучшая аппроксимация главного лепестка наблюдается при n=8. Найдем оптимальный угол раскрыва зеркала, соответствующий максимальному коэффициенту использования поверхности для найденного значения n.
Из графиков получим, при n=8 .
- амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя имеет вид:
Где - диаграмма направленности облучателя
После подстановки, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала принимает вид:
Аппроксимирующая функция:
, где - принято для удобства расчета.
Построим реальное амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала и наложим на него аппроксимирующую функцию. Определение геометрических размеров зеркала
Для определения геометрических размеров и ДН зеркала будем пользоваться аппроксимирующей функцией и табличными данными.
Радиус параболоида:
Фокусное расстояние:
Глубина зеркала:
Построение ДН зеркальной антенны
Формула для расчета диаграммы направленности:
, где
J0(U), J1(U) - функции Бесселя нулевого и первого порядка.
После подстановки получаем:
Рис. Диаграмма направленности зеркальной антенны для λ0
Рис. Диаграмма направленности зеркальной антенны для λ0+14%
Рис. Диаграмма направленности зеркальной антенны для λ0-14%
Уровень боковых лепестков на центральной частоте, в заданной полосе частот изменяется незначительно:
дБ
Ширина диаграммы направленности в заданной полосе частот изменяется 2,9+-0.5°:
Расчет фидерного тракта,
вращающихся сочленений и узлов
По заданию требуется обеспечить сектор механического сканирования луча в горизонтальной плоскости: +-180 градусов. Поэтому выбираем электрическую схему с одномерным сканированием в горизонтальной плоскости:
Рис. Электрическая схема с одномерным сканированием в горизонтальной плоскости. В качестве фидерного тракта выберем прямоугольный металлический волновод. Выберем стандартный волновод: a=23мм, b=10мм. Длина линии передачи: L=1.5 м.
Рассчитаем предельную мощность, пропускаемую волноводом с волной H10:
Что больше значительно меньшей заданной мощности передатчика (в импульсном режиме 0.7 кВт, соответственно в непрерывном 0.07 кВт)
Осевая симметрия поля, необходимая для сохранения постоянства передачи электромагнитной энергии при вращении подвижной части волноводного тракта относительно неподвижного, имеется в круглых волноводах с симметричными волнами типа Е01 и Н01.
Из-за сложности возбуждения волны Н01 в круглом волноводе в чистом виде (одновременно возбуждаются волны типа Н11, Е01, Н21,Е11) использование вращающихся сочленений на основе данного типа волны не получило широкого практического применения.
Диаметр основного круглого волновода сочленения D определяется из условия распространения волны Е01 (D>0,76λ) и затухания высших типов волн (D<0,97λ), т.е.
2,128 см <D< 2.716 см
Проверка круглого волновода на максимальную пропускаемую мощность не производится, так как в прямоугольном волноводе с волной Н10 электрический пробой наступает быстрее, чем пробой в круглом волноводе при любом типе волны.
Дроссельно-фланцевые соединения:
Для соединения отрезков волноводных линий передачи используются дроссельные соединения в круглых, вращающихся друг относительно друга, волноводах и контактные фланцевые соединения в прямоугольных волноводах.
В качестве дроссельной секции в круглом волноводе применяется полуволновая замкнутая линия, состоящая из двух параллельных четвертьволновых участков, длинойсм, с разными волновыми сопротивлениями. Использование притертого фланца при тщательной обработке и строгой параллельности фланцевых поверхностей позволяет получить в месте соединения двух отрезков волноводных линий хороший электрический контакт.
Расчет вращающегося сочленения:
При переходе от прямоугольного волновода с волной Н10 к круглому волноводу в последнем возникают волны: рабочая - Е01 и более низкая паразитная - Н11. Волна Н11 имеет несимметричную структуру поля и её энергия в круглом волноводе равна 1%, поэтому необходимы специальные устройства для гашения этой волны (допустимое содержание паразитных волн составляет 0,1%). В конструкциях таких сочленений для подавления паразитных волн широко применяют "гасящие объемы" и резонансные кольца.
Схема сочленения с "гасящими объемами" и резонансными кольцами имеет вид:
Выберем волноводное сочленение с резонансными кольцами, без гасящего объема. Оно имеет компактные размеры и широкую полосу пропускания частот.
Определим радиус круглого волновода сочленения:
Отсюда R=1.34 cм.
Определим отношение: Определим эквивалентный радиус провода кольца: см
см
Выберем кольцо эллиптической формы сечения и его толщину d'=1.5 см.
Толщина кольца: Рассчитаем дроссельную секцию в круглом волноводе:
Она состоит из двух параллельных четвертьволновых участков, длиной:
и Где: см
см
Отсюда:
Определим полную длину сочленения:
см
где n=2. Определим длину от кольца до стенки сочленения:
см
Расчет КПД, КУ, КНД антенны
Коэффициент полезного действия антенны (КПД):
Так как диаграмма направленности рупорного облучателя симметрична относительно оси антенны и может быть аппроксимирована функцией cosn(), при n=1, то коэффициент полезного действия антенны равен:
cos2n+1(0)
 = 0,939
Коэффициент усиления антенны (КУ):
КУ (G) антенны показывает во сколько раз необходимо увеличить подводимую 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, который полностью определяется характером амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала.
 - коэффициент полезного действия антенны.
g = эффективность зеркальной антенны.
Так как угол раскрыва зеркала был выбран из условия максимальной эффективности антенны, то при g=0,82 КУ будет равен:
КИП антенны:  = 0,873.
Коэффициент направленного действия антенны (КНД):
Коэффициент направленного действия зеркальной антенны равен:
D = 4225.7
Коэффициент бегущей волны (КБВ):
Определим величину КБВ тракта как:
Если принять, что реальный окажется не выше рассчитанного с вероятностью P(x)=0.9, то параметр, зависящий от этой вероятности будет Из неоднородностей имеем 3 фланца, 1 вращающийся переход, 2 изгиба. Вращающееся сочленение - =0,05
Волноводный изгиб - =0,01
Фланец - =0,005
.
Выводы
В курсовом проекте разрабатывается зеркальная параболическая антенна с рупорным облучателем. Рассчитанная антенна конструктивно выполняется в виде металлического зеркала с установленным в фокусе рупорным облучателем. Питание антенны осуществляется прямоугольным волноводом, который также служит элементом крепления облучателя в фокусе. Так как антенна должна обеспечивать сектор механического сканирования от -1800 до 1800 в горизонтальной плоскости, то в фидерном тракте, питающем антенну, предусмотрено вращающееся сочленение.
Чтобы защитить антенну от влажности, коррозии, снега, обледенения и сильного ветра предлагается покрасить антенну в серый цвет лакокрасочным покрытием ОСТ4Г00114.202, ГОСТ 9.104-79. Метод нанесения - распыление. Крепление антенны предлагается выполнить из стали и покрасить в серый цвет. Облучатель закрывается тонким диэлектрическим колпаком, прозрачным для волны, но предохраняющим от вредного воздействия окружающей среды.
Местом установки такой антенны является самолет.
Список используемой литературы:
1) "Расчет антенн СВЧ". Пособие по курсовому проектированию по антенно-фидерным устройствам. Часть 2. Под редакцией Д.И. Воскресенкского, 1973 г.-126с., ил.
2) "Антенны и устройства СВЧ". Д.И. Воскресенкский, В.Л. Гостюхин, В.М. Максимов, Л.И. Пономарев. М.: Изд-во МАИ, 1999 г.-528с., ил.
3) "Расчет и конструирование вращающихся сочленений". Пособие для курсового проектирования по курсу "Антенно-фидерные устройства" под ред. Б.Я. Мякишева М.: Изд-во МАИ, 1962 г.-48с., ил.
4) "Антенны и устройства СВЧ". Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. Под ред. Д.И. Воскресенкского. М.: Изд-во Советское радио, 1972 г.-320с., ил.
5) "Расчет антенн СВЧ". Пособие по курсовому проектированию по антенно-фидерным устройствам. Часть 1. Под редакцией Д.И. Воскресенкского, 1970 г.-207с., ил.
19
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
128
Размер файла
1 090 Кб
Теги
kursach, zerkalo
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа