Расчет малошумящей параболлической антенны

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Теория передачи электромагнитных волн и антенно-фидерные устройства

На тему: Расчёт малошумящих однозеркальных параболических антенн

Специальность: 5В071900Радиотехника электроника и телекоммуникации

Выполнил: Енгай В.А. № зачетной книжки: 123002 Группа: РЭТ-12-8

Проверил: Сафин Р.Т.

__________________________ «____»___________________________2015г.

 

 

Алматы, 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

Исходные данные…………………………………………………………………4

РАСЧЕТ МАЛОШУМЯЩЕЙ ПАРАБОЛЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ.. 5

1. Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта Т_афу и коэффициента полезного действия η. 5

2. Расчет геометрических размеров параболоида. 5

2.1 Определение диаметра раскрыва. 5

2.2 Аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией вида . 7

2.3 Оптимизация геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум. Определение угла раскрыва и фокусного расстояния. 8

3.Расчет геометрических и электродинамических характеристик облучателя. 10

4.Расчет распределения поля в апертуре зеркала. 13

5.Расчет диаграммы направленности параболической антенны. 14

6.Вычисление шумовых температур антенной системы. 15

7.Расчет полного коэффициента использования площади, эффективной площади, коэффициента направленного действия и коэффициента усиления антенны. 15

8.Конструктивный расчет антенны. 17

8.1 Расчет профиля зеркала. 17

9. Сопоставление расчетного и заданного уровня боковых лепестков, выработка рекомендаций для обеспечения соответствия этих уровней. 18

ВЫВОД.. 20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 21

ПРИЛОЖЕНИЕ A.. 22

ПРИЛОЖЕНИЕ B.. 23

ПРИЛОЖЕНИЕ C.. 24

 

ВВЕДЕНИЕ

В курсовой работе мы рассчитаем зеркальную параболическую антенну. Зеркальная антенна - антенна, у которой электромагнитное поле в раскрыве образуется за счет отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального зеркала (рефлектора). В качестве источника волны обычно выступает небольшой излучатель, располагаемый в фокусе зеркала. В его роли может быть любая другая антенна с фазовым центром, излучающая сферическую волну. Основная цель зеркальных антенн сводится к преобразованию сферического или цилиндрического фронта волны в плоский.

Зеркало обычно изготовляется из алюминиевых сплавов. Иногда для уменьшения парусности зеркало делается не сплошным, а решетчатым. Поверхности зеркала придается форма, обеспечивающая формирование нужной диаграммы направленности. Наиболее распространенными являются зеркала в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра или цилиндра специального профиля. Облучатель помещается в фокусе параболоида или вдоль фокальной линии цилиндрического зеркала. Соответственно для параболоида облучатель должен быть точечным, для цилиндра - линейным. Наряду с однозеркальными антеннами применяются и двухзеркальные.

Принцип действия зеркальной антенны заключается в том, что электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать только в одну полусферу в направлении зеркала и не излучать в другую полусферу. Такие излучатели называют однонаправленными.

В раскрыве антенны отраженная волна обычно имеет плоский фронт для получения острой диаграммы направленности либо фронт, обеспечивающий получение диаграммы специальной формы. На больших (по сравнению с длиной волны и диаметром зеркала) расстояниях от антенны эта волна в соответствии с законами излучения становится сферической.

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1

Рабочая частота f, ГГц
Ширина ДН , мрад
Ширина ДН , мрад
Тип облучателя	Рупор пирамидальный
Уровень боковых лепестков, дБ
Средняя яркостная температура неба, Тнср, °К
Температура шумов приемника, Тпр, °К
Длина фидерной линии, lф, м
Затухание α, дБ/м	0.583
Размеры волновода , см

 

Расчет геометрических размеров параболоида.

Вычисление шумовых температур антенной системы.

,

где u=0.02,

a₁=1- cosⁿ⁺¹Y₀=0.914.

,

,

К.

 

Выбор конструкции зеркала.

С целью уменьшения веса и ветровых нагрузок поверхность зеркала

выполняют перфорированной или сетчатой (рисунок 11).

Рисунок 11 - Конструкция зеркала

При такой конструкции зеркала часть энергии просачивается сквозь него, образуя обратное нежелательное излучение. Допустимым является значение коэффициента прохождения в обратном направлении

где , - мощность излучения в обратном направлении и падающая на зеркало, соответственно.

Выберем поверхность зеркала сетчатой. Двухлинейная сетка работает удовлетворительно при расстоянии между проводниками меньше 0.1λ, т. е. меньше 1.9·10^-3 м и диаметре проводников не менее 0.01λ, т. е. не менее 0,19·10^-3 м.

9. Сопоставление расчетного и заданного уровня боковых лепестков, выработка рекомендаций для обеспечения соответствия этих уровней.

По рисунку 9 определим ширину диаграммы направленности параболической антенны в плоскости E и H.

Рассчитанные параметры:

-уровень боковых лепестков;

- отклонение боковых лепестков от заданного значения;

-уровень боковых лепестков;

- отклонение боковых лепестков от заданного значения.

 

При большом отклонении боковых лепестков от заданного значения, для снижения УБЛ предлагаются следующие способы:

1. подбирать (изменять) радиус раскрыва зеркала;

2. антенну выполняют неосесимметричной с вынесенным облучателем, незатеняющим основное зеркало;

3. нанесения на антенну радиопоглощающего покрытия (РПП), разработанного на основе композитного материала, обладающего искусственными магнитными свойствами на СВЧ;

4. диэлектрические стержни выбираются конической формы;

5. уменьшают КНД или увеличивают размеры антенны;

6. использование импедансных покрытий.

 

 

 

 

ВЫВОД

В данной курсовой работе был произведен конструктивный расчет зеркальной параболической антенны с облучателем в виде пирамидального рупора, с рабочей частотой 16 ГГц. Для антенны были определены геометрические параметры: диаметр раскрыва, фокусное расстояние и угол раскрыва. Также были рассчитаны полный коэффициент использования площади, эффективная площадь, КУ и КНД антенны. По построенным амплитудным диаграммам направленности параболической антенной по полю в прямоугольной системе координат в плоскостях E и H была определена ширина ДН на уровне половинной мощности в плоскости E и в плоскости H соответственно. Полученные значения соответствовали заданным, поэтому в оптимизации антенны не было необходимости. Уровень боковых лепестков и в первом и во втором случае удовлетворял заданным значениям.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988. – 432 с.

2. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. Учебник для вузов. –М.: Радио и связь, 1989. – 352 с.

3. Хмель В. Ф. Антенны и устройства СВЧ. Сборник задач. – Киев: Вища школа, 1976. – 216 с.

4. Ерохин Г. А. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: Учебник для вузов. – М.: Горячая линия-Телеком, 2004. – 491 с.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

 

Оптимальные параметры конического рупора для Е плоскости:

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ B

 

Оптимальные параметры конического рупора для H плоскости:

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ C

 

Рупор пирамидальный:

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Теория передачи электромагнитных волн и антенно-фидерные устройства

На тему: Расчёт малошумящих однозеркальных параболических антенн

Специальность: 5В071900Радиотехника электроника и телекоммуникации

Выполнил: Енгай В.А. № зачетной книжки: 123002 Группа: РЭТ-12-8

Проверил: Сафин Р.Т.

__________________________ «____»___________________________2015г.

 

 

Алматы, 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 3

Исходные данные…………………………………………………………………4

РАСЧЕТ МАЛОШУМЯЩЕЙ ПАРАБОЛЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ.. 5

1. Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта Т_афу и коэффициента полезного действия η. 5

2. Расчет геометрических размеров параболоида. 5

2.1 Определение диаметра раскрыва. 5

2.2 Аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией вида . 7

2.3 Оптимизация геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум. Определение угла раскрыва и фокусного расстояния. 8

3.Расчет геометрических и электродинамических характеристик облучателя. 10

4.Расчет распределения поля в апертуре зеркала. 13

5.Расчет диаграммы направленности параболической антенны. 14

6.Вычисление шумовых температур антенной системы. 15

7.Расчет полного коэффициента использования площади, эффективной площади, коэффициента направленного действия и коэффициента усиления антенны. 15

8.Конструктивный расчет антенны. 17

8.1 Расчет профиля зеркала. 17

9. Сопоставление расчетного и заданного уровня боковых лепестков, выработка рекомендаций для обеспечения соответствия этих уровней. 18

ВЫВОД.. 20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 21

ПРИЛОЖЕНИЕ A.. 22

ПРИЛОЖЕНИЕ B.. 23

ПРИЛОЖЕНИЕ C.. 24

 

ВВЕДЕНИЕ

В курсовой работе мы рассчитаем зеркальную параболическую антенну. Зеркальная антенна - антенна, у которой электромагнитное поле в раскрыве образуется за счет отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального зеркала (рефлектора). В качестве источника волны обычно выступает небольшой излучатель, располагаемый в фокусе зеркала. В его роли может быть любая другая антенна с фазовым центром, излучающая сферическую волну. Основная цель зеркальных антенн сводится к преобразованию сферического или цилиндрического фронта волны в плоский.

Зеркало обычно изготовляется из алюминиевых сплавов. Иногда для уменьшения парусности зеркало делается не сплошным, а решетчатым. Поверхности зеркала придается форма, обеспечивающая формирование нужной диаграммы направленности. Наиболее распространенными являются зеркала в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра или цилиндра специального профиля. Облучатель помещается в фокусе параболоида или вдоль фокальной линии цилиндрического зеркала. Соответственно для параболоида облучатель должен быть точечным, для цилиндра - линейным. Наряду с однозеркальными антеннами применяются и двухзеркальные.

Принцип действия зеркальной антенны заключается в том, что электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать только в одну полусферу в направлении зеркала и не излучать в другую полусферу. Такие излучатели называют однонаправленными.

В раскрыве антенны отраженная волна обычно имеет плоский фронт для получения острой диаграммы направленности либо фронт, обеспечивающий получение диаграммы специальной формы. На больших (по сравнению с длиной волны и диаметром зеркала) расстояниях от антенны эта волна в соответствии с законами излучения становится сферической.

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1

Рабочая частота f, ГГц
Ширина ДН , мрад
Ширина ДН , мрад
Тип облучателя	Рупор пирамидальный
Уровень боковых лепестков, дБ
Средняя яркостная температура неба, Тнср, °К
Температура шумов приемника, Тпр, °К
Длина фидерной линии, lф, м
Затухание α, дБ/м	0.583
Размеры волновода , см

 

РАСЧЕТ МАЛОШУМЯЩЕЙ ПАРАБОЛЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ

1. Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта Т_афу и коэффициента полезного действия η.

Определение шумовой температуры фидерного тракта Т_афу и КПД производится по формулам:

,

где ;

.

Для заданной рабочей частоты определяем коэффициент затухания линии передачи и параметры прямоугольного волновода.

дБ/м;

см.

Отсюда найдем η:

переведем =-0,479 в разы и получим: