WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Розрахунок дзеркальної антени (супутникової антени) - Курсова робота

Розрахунок дзеркальної антени (супутникової антени) - Курсова робота

α — кут нахилу нормалі в точці торкання роликового

давильника до осі оправлення.

На радіусній крайці роликового давильника в його діаметральних перетинах виконано n пазів, глибина, ширина і крок яких визначені з пластичних властивостей і товщини матеріалу заготовки.

1. Вибір опромінювача і його розрахунок.

1.1. Обгрунтування вибору опромінювача і його ДС.

Дзеркальні параболічні антени збуджуються в основному напівхвилевим вібратором з рефлектором або невеликим рупором, які розташовуються в фокусі параболоїда. Опромінювач являється слабо направленою антеною і вирішує наступні задачі:

а) формування сферичного або циліндричного фронту хвилі;

б) забезпечення заданого амплітудного розподілення поля в розкриві дзеркала.

За рахунок властивостей параболи, сферична хвиля в розкриві параболоїда перетворюється в плоску, а широка ДС випромінювача – у вузьку ДС відбивача [2]. В якості опромінювала дзеркальної антени виберемо напівхвилевий вібратор з дисковим рефлектором. По методу підводу енергії використаємо живлення коаксіальним фідером. Такий опромінювач є типовим для багатьох практичних задач і має нескладну конструкцію (рис. 3). Взаємне розташування опромінювача і параболи показано на рис. 4.

λ–робоча довжина хвилі;

ψо– кут розкриву;

F – фокусна відстань.

Рисунок 3 – Вібратор з дисковим Рисунок 4– Розміщення опромінювача . рефлектором. відносно параболи.

ДС вібратора без рефлектора має два пелюстки в площині осі з максимами в протилежних напрямках [1]. Для створення однонаправленого випромінювання використовують пасивний рефлектор. Застосування дискового рефлектора забезпечує створення ДС з майже осьовою симетрією, тобто F(ψ,ξ) = F(ψ) (ψ,ξ – полярні кути). Для створення одно направленої ДС вібратор розміщують на відстані приблизно 0,25λ відносно вібратора. Електромагнітна хвиля відбивається від рефлектора зі зсувом фази на 180° і так як проходить лишній проміжок шляху, довжиною в півхвилі (від вібратора до рефлектора і назад), складується в фазі з хвилею, що поширюється від вібратора. Таким чином, напруженість поля в бік рефлектора майже дорівнює нулю, а в протилежному напрямку – подвоюється. В результаті створюється ДС з одним максимумом в напрямку, перпендикулярному площині рефлектора.

Нормована ДС напівхвилевого вібратора з дисковим рефлектором для кутів 0≤ψ≤π/2 в першому наближенні може бути апроксимована формулою:

F(ψ) = соs2 (ψ).

1.2. Коефіцієнт спрямованої дії опромінювача.

КСД антен визначається відносно ізотропного випромінювача і в загальному випадку описується виразом:

D = ,

де PΣ0 – потужність випромінювання неспрямованої антени;

PΣ – потужність випромінювання спрямованої антени.

КСД симетричного вібратора розраховується по формулі:

D = (1 - cos kl),

де k = – хвилеве число;

l – довжина плеча вібратора;

λ – довжина робочої хвилі;

RΣП – опір випромінювання вібратора,

віднесений до струму пучності.

Для напівхвилевого вібратора, в якого:

RΣП = 73,1 Ом (довідкова література [2]);

2l = l/2; l = l/4;

cos kl = cos = cos = 0;

D = = " 1,64.

При застосуванні дискового рефлектора опір випромінювання напівхвиле-вого вібратора дещо зміниться [2]:

RC = RΣП + RВЗ,

де RВЗ – взаємний опір вібратора і рефлектора.

З таблиці IV.1 [2] для h = 0 i d = 0,5 (h –висота підняття рефлектора відносно вібратора; d – відстань між ними) знаходимо: RВЗ = -12,7.

Оскільки струми вібратора і його дзеркального зображення протифазні (відстань між ними 0,5l), тоді перед другим доданком буде знак "–" :

RC = RΣП – RВЗ

RC = 73,1 – (–12,7) = 73,1 + 12,7 = 85,8 Ом

Результуючий КСД опромінювача Dопр перераховується за формулою:

Dопр = ,

де m – відношення амплітуд струмів вібратора і рефлектора.

У пасивного рефлектора m " 1, тоді:

Dопр = ,

Dопр = = 1,397 " 1,4.

1.3. Середня довжина хвилі діапазону.

Дзеркальні антени можуть використовуватися для роботи як на фіксованій частоті так і у діапазоні частот.При використанні дзеркальної антени у діапазоні частот, розрахунок ведеться на середній довжині хвилі робочого діапазону λс [3]. Середня довжина хвилі λс відповідає середній частоті fс, яку можна знайти як середнє арифметичне між граничними частотами діапазону 1,9...2,1 ГГц:

fс = ,

де fmin = 1,9 ГГц – мінімальне значення частоти в робочому діапазоні;

f max = 2,1 ГГц – максимальне значення частоти в робочому діапазоні.

fс = 2 ГГц.

Середня довжина хвилі λс пов′зана з частотою fс співвідношенням:

λс = ,

де с = 3108 – швидкість світла;

λс = 0,15 = 150 мм.

λmin = 0,143 = 143 мм;

λmax = 0,158 = 158 мм.

2. Розрахунок параболоїда.

2.1. Кут розкриву дзеркала.

Для зменшення електромагнітної енергії, що виходить за межі дзеркала, а також для зниження рівня бокових пелюстків ДС параболи, збуджуюче поле в розкриві дзеркала розподіляють так, щоб амплітуда поля спадала від центру до його країв [4]. Забезпечивши рівень збудження на краю розкриву дзеркала рівним 10 дБ (ТЗ), знайдемо кут розкриву ψ0 з рівності:

F(1) = F(ψ0),

де F(1) – нормоване значення амплітуди поля на краю дзеркала;

F(ψ0) – значення нормованої ДС опромінювача для кута ψ0.

2F(1) = (1+cos ψ0)F(ψ0),

2F(1) = F(ψ0) + F(ψ0)cos ψ0,

F(ψ0)cos ψ0 + F(ψ0) – 2F(1) = 0

Підставивши: F(1) = = 0,316 (умова ТЗ, 10 дБ=3,16);

F(ψ0) = cos2 ψ0 (ДС опромінювача)

Отримаємо: cos3 ψ0 + cos2 ψ0 – 20,316 = 0

сos3 ψ0*cos2 ψ0 – 0,632 = 0

ψ0 = 0,897

В градусах: ψ0 = = 51,4о

2.2. Діаметр антени.

Для знаходження діаметру параболоїда 2R0 врахуємо закон розподілення амплітуди поля в розкриві 2, який в першому наближенні має вигляд:

Еs = E0(1- R2)2, R = ,

де E0 – амплітуда напруженості

поля в центрі параболи;

ρ - хвилевий опір.

Тому рівність для знаходження діаметру 2R0 наступна:

2R0 = ,

де λс = 150 мм – середня довжина хвилі;

2θ0,5 = 8о – ширина ДС антени.

2R0 = 1,575м.

2.3. Фокусна відстань.

Оптимальну фокусну відстань параболоїда F, яка забезпечує при заданому діаметрі розкриву 2R0 і даній ДС опромінювача найбільше значення КСД антени знаходимо з рівності:

; ,

де R0 = 0,788(м) – радіус параболи;

ψ0 = 0,897(рад) – кут розкриву

м.

2.4. Профіль параболи.

Рівняння параболи в Декартовій системі координат при орієнтації головної вісі (максимум випромінювання) вздовж осі ОУ має вигляд:

z2 + x2 = 4*F*y

де F = 0,819 м – фокусна відстань параболоїда.

Для побудови профілю параболи в площині ХОУ виключимо складову z:

z=0; x2 = 4Fy; y = x2 / 4F; y = x2 / 4*0,819 = x2 / 3,276.

Використовуючи спеціалізовану програму для побудови графічних зображень "Advanced grapher" будуємо профіль параболи (рис. 5):

Рисунок 5 – Профіль параболи.

2.5. Поле в розкриві антени.

Поле в розкриві дзеркала можна знайти апертурним методом. Для зручності розрахунків введемо нормовану координату точки в розкриві дзеркала R(рис. 6):

R′ = , F(R) = F();

де R0 – радіус параболи;

F() = cos2 () – ДС опромінювача.

Тоді поле в розкриві знаходиться:

F(R) === =

Рисунок 6 – Поле в розкриві дзеркала.

Для спрощення наступних розрахунків знайдене значення апроксимуємо інтерполяційним поліномом:

Q(R′) =

Цей поліном добре апроксимує фактичне розподілення поля в розкриві параболоїда [2]. Розрахунки показують, що в багатьох випадках можна обмежитися трьома членами поліному і відносна похибка при цьому буде не більше 1-2 %. В такому разі поліном має вигляд:

Q(R′) = a0+a1(1-R′2)+a2(1-R′2)2

Loading...

 
 

Цікаве