Двухзеркальная антенна по схеме Кассергена
Министерство образования Российской Федерации
УГТУ-УПИ имени С.М. Кирова
Кафедра ВЧСРТ
группа Р-398
оценка
двухзеркальная антенна
по схеме кассергена
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
КУРСОВОй ПРОЕКТ
по курсу: Устройства СВЧ и Антенны
201600 000000 013 ПЗ
Зачётная книжка №: 09832013
Студент: Аникин К. С. 31.12.08
подпись дата
Руководитель: Наймушин М. П.
подпись
дата
ЕКАТЕРИНБУРГ
2001год
содержание
введение....................................................................................................... 1
1. исходные данные и задание на проектирование............ 2
2. Расчёт основных конструктивных элементов антенны и линии передачи...................................................................................................... 3
2.1. расчёт размера рефлекторов, фокусных расстояний, угловых размеров. 3
2.2. расчёт размеров облучателя...................................................... 6
2.3. выбор типа линии передачи и расчёт её параметров................ 9
3. электрические характеристики антенны.......................... 13
3.1. диаграмма направленности облучателя.................................. 13
3.2. поле в раскрыве рефлекторов................................................. 15
3.3 диаграмма направленности и коэффициент усиления всей антенны. 16
4. конструкция антенны................................................................. 17
заключение.............................................................................................. 18
библиографический список............................................................. 19
приложение 1. (Д.Н. облучателя)............................................................. 20
приложение 2. (Распределение поля в раскрыве).................................... 21
приложение 3. (Д.Н. всей антенны)......................................................... 22
приложение 4. (Конструкция облучателя)............................................... 23
приложение 5. (Общий вид антенны)...................................................... 24
приложение 6. (Профили сечения зеркал)............................................... 25
Зеркальные антенны являются наиболее распространёнными остронаправленными антеннами. Их широкое применение в самых разнообразных радиосистемах объясняется простотой конструкции, возможностью получения разнообразных видов Д.Н., высоким КПД, малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т.д. В радиолокационных применениях зеркальные антенны позволяют легко получить равносигнальную зону, допускают одновременное формирование нескольких Д.Н. общим зеркалом (в том числе суммарных и разностных). Некоторые типы зеркальных антенн могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в значительном угловом секторе. Зеркальные антенны являются наиболее распространённым типом антенн в космической связи и радиоастрономии, и именно с помощью зеркальных антенн удаётся создавать гигантские антенные сооружения с эффективной поверхностью раскрыва, измеряемой тысячами квадратных метров.
Двухзеркальня антенна по схеме Кассегрена представляет собой систему состоящую из двух отражающих поверхностей – софокусных параболоида и гиперболоида – и облучателя, установленного во втором фокусе гиперболоида. Все расстояния по ломанной линии от фокуса до раскрыва одинаковы, что обеспечивает синфазность поля в раскрыве. Двухзеркальная антенна является более компактной, чем однозеркальная, и обеспечивает более равномерное распределение возбуждения по раскрыву, а также является более помехозащищённой, даёт возможность укоротить тракт СВЧ, и разместить основную часть конструкции облучателя за зеркалом, что особенно удобно в моноимпульсных радиолокаторах. При оптимизации размеров облучателя и малого зеркала удаётся получить КИП (0,60¸0,65). Недостаток системы – затенение раскрыва малым её зеркалом, а также обратная реакция малого зеркала на облучатель.
Принцип работы двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена состоит в том, что электромагнитное поле от облучателя, отражаясь от второго зеркала (гиперболоида) попадает на поверхность первого зеркала (параболоида), аотражённое о него, наконец, излучается в пространство причём вид излучаемого в простанство поля совпадает с полем излучаемым плоской синфазной поверхностью.
1. исходные данные и задание на проектирование
Выбрать и расчитать:
Ø Параметры облучателя;
Ø Основные геометрические размеры зеркал;
Ø Распределение поля в раскрыве;
Ø Диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
Ø Линию передачи;
Ø Коэффициент усиления и эффективность антенны;
Ø Профили сечения зеркал.
Вычертить:
Ø Конструкцию облучателя;
Ø Общий вид антенны;
Ø Профили сечения зеркал.
Расчётный вариант №42.
В данном варианте при расчётах необходимо учесть и придерживаться следующих исходных данных:
Ø Частота F, ГГц. 11
Ø Ширина диаграммы направленности Dq по уровню –3дБ (град.) 1,5
Ø Уровень боковых лепестков d в дБ. -23
Ø Мощность передатчика в импульсе PИ, кВт. 80
Ø Коэффициент усиления ‑‑
Ø Тип облучателя: диэлектрическая антенна.
2. Расчёт основных конструктивных элементов антенны и линии передачи
2.1. расчёт размера рефлекторов, фокусных расстояний, угловых размеров.
Перед началом расчётов основных конструктивных параметров зеркал двух зеркальной антенны по схеме Кассегрена рассмотрим рисунок 2.1., на котором показаны основные параметры зеркал.
Рис. 2.1. Эквивалентный параболоид.
На рисунке 2.1.: e – эксцентриситет гиперболического зеркала; y0 – угол раскрыва большого зеркала (или параболоида); j0 – угол зрения на малое зеркало (или угол раскрыва эквивалентного параболоида); f – фокусное расстояние большого зеркала (или параболоида); fЭ – фокусное расстояние эквивалентного параболоида; rj ‑ расстояние до второго фокуса гиперболоида; ry ‑ расстояние до первого фокуса гиперболоида; D – диаметр раскрыва большого зеркала (или параболоида); d – диаметр раскрыва малого зеркала (или гиперболоида).
Эксцентриситет гиперболического зеркала определяется соотношением:
(2.1.) И поскольку для нашей антенны выбраны j0 =15°, а y0 0=90°, то значение эксценнтриситета e=1,303.
С учётом того, что нам заданы: ширина диаграммы направленности по уровню (–3дБ), т.е. Dq ‑3дБ =1,5° и уровень боковых лепестков d =-23 дБ и с учётом расчётных соотношений для круглого раскрыва, которые предоставлены в [1] (таблица 3.2, с. 26), рассчитаем диаметр большого зеркала D воспользовавшись соотношением:
(2.2.) ‑ где lс в длина волны в свободном пространстве.
(2.3.) ‑ где С – скорость света 3×108 м/с, а F – заданная рабочая частота антенны 11 ГГц.
Таким образом, получаем расчётное значение диаметра раскрыва большого зеркала:
D=1290,023мм.
Используя соотношение, связывающее диаметр раскрыва большого зеркала D, угол раскрыва большого зеркала y0 и фокусное расстояние большого зеркала f , описанное в [1] на с. 23, найдём фокусное расстояние большого зеркала по формуле:
(2.4.)
Воспользовавшись соотношениями 3.16 на с. 30 в [1] рассчитаем fЭ по формуле:
(2.5.)
Используя соотношение 3.17 (тот же источник, и та же страница) произведём расчёт по формуле:
(2.6.)
Используя соотношения 3.18 и 3.19 из [1] с 31 найдём ry и rj по формулам:
36,85мм. (2.7.)
280,042мм. (2.8.)
Профиль сечения зеркал z(x) определяется для большого зеркала из уравнения параболоида вращения в прямоугольной системе координат (x, y, z), имеющего вид:
