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

Тут в якості вузлів інтерполяції взяті точки в центрі розкриву дзеркала (R′=0; ψ=0), на краю дзеркала (R′=1; ψ=ψ0) і приблизно по середині (=0,5; =0,5). Тоді коефіцієнти цього полінома будуть визначатися системою рівнянь:

F(R) = ;

;

0,316+(0,684-a2)(1-0,52)+a2(1-0,52)2=0,772

0,316+(0,684-a2)(1-0,25)+a2(1-0,25)2=0,772

0,316+0,684-0,171-a2+0,25a2+0,5625a2=0,772

0,829-0,1875a2=0,772

0,057=0,1875a2

a2=0,304

a1=0,684-0,304=0,38

Отже, коефіцієнти полінома: a0=0,316; a1=0,38; a2=0,304.

2.6. Діаграма спрямованості антени.

Для визначення поля випромінювання параболічного дзеркала зауважимо, що розкрив дзеркала представляє собою плоску круглу площадку. Поле на площадці має лінійну поляризацію, фаза поля в межах площадки незмінна, а розподілення амплітуди описується поліномом Q(R′) [2]. Якщо обмежитися трьома членами полінома, то нормована ДС дзеркала будується згідно виразу:

F(θ) =

де – лямбда-функція n-го порядку;

– аргумент функції;

– хвильове число;

Ro=0,788 м – радіус параболоїда.

Знайдемо аргумент u і ДС антени для середньої довжини хвилі робочого діапазону:

λс=150 мм; k==41,89; u=41,890,788 sin θ=33,0093 sin θ.

Скориставшись прикладною програмою для математичних розрахунків „MathCAD 2001 professional", побудуємо графік ДС дзеркальної антени (рис.7):

а б

Рисунок 7 – ДС антени для λ=λс(а-лінійний, б- логарифмічний масштаби).

Згідно ТЗ робочий діапазон складає 1,9...2,1 ГГц, в межах якого повинні зберігатися основні параметри антени. Побудуємо ДС дзеркальної антени для верхньої fmax і нижньої fmin границі частот робочого діапазону (рис. 8 і 9):

fmax =2,1 ГГц; λmin= =143 мм; k =43,94; u =34,623 sin θ.

а б

Рисунок 8 – ДС антени для λ=λmin (а-лінійний, б- логарифмічний масштаби).

fmin =1,9 ГГц; λmax= =158 мм; k =39,767; u =31,336 sin θ.

Рисунок 9 – ДС антени для λ=λmin (а-лінійний, б- логарифмічний масштаби).

2.7. Коефіцієнт використання поверхні.

Коефіцієнт використання поверхні дзеркала ν повністю визначається характером розподілення поля в розкриві і може бути визначений як:

ν = A/S,

де А – ефективна поверхня антени;

S – геометрична площа її розкриву.

Випадок, коли опромінювачем параболічної антени є конічний рупор дуже поширений, і тому ν визначимо графічно, скориставшись довідковою літературою (наприклад [2]). Графік залежності ν від кута розкриву ψ0 зображений на рис. 10, з якого для розрахованого ψ0 = 51.4о знаходимо:

ν  0,92.

Рисунок 10 – Залежність КВП від кута розкриву дзеркала.

2.8. Коефіцієнт корисної дії.

Коефіцієнт корисної дії η дзеркальної антени цілком визначається ДС опромінювача і кутом розкриву ψ0. Оскільки тепловими втратами електромагнітної енергії на поверхні дзеркала можна знехтувати, тоді під η слід розуміти відношення потужності, падаючої на поверхню дзеркала PΣ зерк., до повної потужності випромінювання опромінювача PΣ:

Очевидно, що чим глибше дзеркало, тим більша частина енергії попадає на дзеркало і тому більше η. Характер зміни функції η(ψ0) протилежний характеру зміни КВП ν(ψ0).

Для кута розкриву ψ0=0,897(рад) розрахунок ККД антени можна провести за формулою:

=66,2%

2.9. Коефіцієнт спрямованої дії.

Коефіцієнт спрямованої дії D антени позволяє визначити зростання напруженості поля за рахунок застосування направленої антени замість ненаправленої [4]. В загальному випадку КСД антени можна знайти як відношення квадратів напруженостей поля, утворюваних в точці прийому направленої (в напрямку максимуму) і ненаправленої антенами при однакових потужностях випромінювання:

D =;

де – напруженість поля в напрямку максимуму;

– напруженість поля ненаправленої антени.

При нерівноамплітудному збудженні поля на розкриві дзеркала його ефективна поверхня виявляється меншою за геометричну. Це пов'язано з тим, що елементи дзеркала більш близькі до країв створюватимуть меншу напруженість поля, ніж елементи поля, що розташовані в середині. Тому послаблення поля до країв параболи еквівалентно зменшенню її розмірів, якщо площадку розглядати як збуджувану рівномірно.

КСД дзеркальної антени сильно залежить від КВП і може бути визначений з виразу:

D =,

де S=– геометрична площа розкриву.

λ=150 мм – робоча довжина хвилі;

R0=0,788 м – радіус параболоїда;

ν=0,92 – КВП дзеркальної антени.

D = =

2.10. Коефіцієнт підсилення.

КСД параболічних антен не враховує втрат енергії на розсіювання, тобто втрат енергії що виходить за межі дзеркала.

Тому КСД параболічних антен не є параметром, який в достатній мірі характеризує направлені властивості дзеркальних антен. Для більш повної характеристики слід використовувати такий параметр, як коефіцієнт підсилення антени G:

G = Dη,

де D=1002,35 – КСД антени;

η=0,662 – ККД антени.

G = 1002,35 0,662 = 663,56 = 56,44 дБ.

3. Коефіцієнт стійної хвилі в фідері.

В теорії АФП велике значення має питання узгодження антени з фідером. Під узгодженням розуміється перетворення опору навантаження лінії в опір, рівний її хвилевому опору [3]. Параметром, який в достатній мірі характеризує узгодження лінії є КСТU. Загальний вигляд для КСТU має вигляд:

КСТU = ,

де Umax – максимальне значення напруги в неузгодженій лінії;

U – напруга в узгодженій лінії.

КСТU в фідері опромінювача дзеркала знаходимо з виразу:

КСТU = ,

де  = с = 150 мм – довжина хвилі;

f = 0,819 м – фокусна відстань;

Dопр = 1,4 – КСД опромінювача.

КСТU = = =  1,04.

Оскільки КСТU = 1,04  1.5, то умова ТЗ виконана.

Висновки

В результаті виконання курсової роботи була розрахована дзеркальна параболічна антена. Розрахунки показали, що при відносно невеликих розмірах антена забезпечує вузько спрямовану ДС з великим значенням КСД (D = 1002,35). Нажаль, ефективна поверхня випромінювання дзеркала менша за її геометричні розміри. Це пов'язано з нерівномірністю розподілення амплітуди поля в розкриві параболи, яке для дзеркальних антен послаблюється від центру до його країв. В результаті елементи дзеркала більш близькі до країв створюватимуть меншу напруженість поля, ніж елементи поля, що розташовані в середині. Тому послаблення поля до країв параболи еквівалентно зменшенню її розмірів, якщо площадку розглядати як збуджувану рівномірно. Параметром, що характеризує розподілення поля в розкриві є КВП, який повністю визначається розміщенням і ДС опромінювача. При швидкому спаді амплітуди поля до країв дзеркала КВП різко падає.

Дзеркальні параболічні антени характеризуються високим рівнем ККД. Для розрахованої антени він становить 66,2%. ККД сильно залежить від геометричних розмірів параболоїда, тобто чим глибше дзеркало тим більша частина енергії попадає на дзеркало і тому більше ККД. Характер зміни ККД протилежний характеру зміни КВП.

КСД дзеркальних антен не є параметром який в достатній мірі характеризує направлені властивості, оскільки не враховує втрат енергії на розсіювання. Для більш повної характеристики використовують коефіцієнт підсилення антени. Для розрахованої антени він становить 663,56 (56,44 дБ).

Література

  1. Хмель В. Ф. и др. Антенны и устройства СВЧ. Сборник задач: Учеб. Пособие – К.: Выща шк., 1990. – 232с.

  2. Драбкин А. Л. и др. Антенно-фидерные устройства. – М.: "Сов. радио", 1974;

  3. Бова Н. Т., Рєзников Г. Б. Антенны и устройства СВЧ. – К.: "Высшая школа", 1982;

  4. Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны: Учебник для вузов. – М.: "Энергия", 1975.

Додаток

Loading...

 
 

Цікаве