где .
Полученные данные занесем в таблицу 2.3.1.
Таблица 2.3.1
|
j |
sin(j) |
cos(j) |
F(R) |
F1(R) |
F2(R) |
|||||
|
0 5,3 10,6 15,9 21,2 26,5 31,8 37,1 42,4 47,7 |
0 0.092 0.184 0.274 0.362 0.446 0.527 0.603 0.674 0.74 0.799 |
1 0.996 0.983 0.962 0.932 0.895 0.85 0.798 0.738 0.673 0.602 |
0.54 0.541 0.545 0.551 0.559 0.57 0.584 0.601 0.621 0.646 0.674 |
1 0.998 0.991 0.981 0.966 0.947 0.925 0.899 0.869 0.837 0.801 |
1 0.99 0.961 0.914 0.853 0.782 0.705 0.625 0.547 0.473 0.405 |
0 0.05 0.1 0.151 0.202 0.254 0.308 0.362 0.419 0.477 0.538 |
0 0.093 0.186 0.279 0.374 0.471 0.57 0.671 0.776 0.884 0.997 |
1 0.988 0.953 0.897 0.825 0.741 0.652 0.562 0.475 0.396 0.325 |
1 0.994 0.977 0.947 0.905 0.85 0.781 0.696 0.594 0.472 0.329 |
1 0.988 0.954 0.899 0.824 0.734 0.633 0.529 0.432 0.357 0.325 |
Рис. 2.3.2 Распределение поля на раскрыве рупора
По найденному распределению поля на раскрыве вычисляется диаграмма направленности зеркальной антенны . Картина распределения поля на раскрыве зеркала может быть аппроксимирована при помощи соотношения:
(2.3.2)
где - равномерная часть распределения поля;
- неравномерная часть распределения поля;
n=1,2,3
Полученные значения (при n=1 и n=2) внесены в таблицу 2.3.1.
Как видно из таблицы 2.3.1, более точная аппроксимация распределения поля на раскрыве зеркала при n=2.
Выражение для нормированной диаграммы направленности антенны будет иметь вид:
(2.3.3)
где
n – показатель степени выражения, аппроксимирующего поле на раскрыве. (n=2)
Результаты расчета диаграммы направленности представим в виде таблицы 2.3.2
Таблица 2.3.2
|
, град |
sin() |
L1(u) |
3aL1(u) |
L3(u) |
bL3(u) |
||
|
0 0.17 0.34 0.51 0.68 0.85 1.02 1.19 1.36 1.53 1.7 |
0 0.003 0.006 0.009 0.012 0.015 0.018 0.021 0.024 0.027 0.03 |
0 0.419 0.839 1.258 1.678 2.097 2.517 2.936 3.355 3.775 4.194 |
1 0.978 0.915 0.815 0.687 0.542 0.392 0.247 0.118 0.012 0.065 |
0.975 0.954 0.892 0.794 0.67 0.529 0.382 0.241 0.115 0.012 -0.064 |
1 0.985 0.93 0.9 0.837 0.81 0.74 0.627 0.498 0.392 0.316 |
0.675 0.665 0.628 0.608 0.565 0.547 0.5 0.423 0.336 0.265 0.213 |
1 0.981 0.921 0.85 0.748 0.652 0.535 0.402 0.273 0.168 0.09 |
Построим диаграмму направленности в декартовой системе координат
Рисунок 2.3.3 Диаграмма направленности антенны в декартовой системе координат
2.4 Расчёт G антенны
Расчёт G антенны будем вести по следующей формул
(2.4.1)
где – коэффициент использования площади раскрыва зеркала, полностью определяется характером распределения поля в раскрыве.
S – геометрическая площадь раскрыва;
- коэффициент полезного действия параболической антенны (примем )
Коэффициент направленного действия (усиления), определенный по формуле (2.4.1) не учитывает потерь энергии на рассеивание, т.е. потерь энергии, проходящей от облучателя мимо зеркала.
3. Расчет принятой мощности.
3.1 Затухания в свободном пространстве.
Распространение УКВ на линии Земля-Космос осуществляется через тропосферу и ионосферу Земли и сопровождается ослаблением радиоволн. Ослабление обусловлено тремя причинами: поглощением радиоволн водяными парами и газами, поглощением и рассеянием различными гидрометеообразованиями (дождь, снег, облака, туман и т.п.) и поглощением радиоволн в ионосфере.
Сначала рассчитаем принятую мощность без учета влияния атмосферы, а затем найдем затухания в атмосфере.
Определим принятую мощность по формуле
|
||||
где – коэффициент усиления приемной антенны.
– коэффициент усиления спутниковой антенны.
– расстояние до спутника.
Множитель ослабления в общем виде может быть записан следующим образом:
где - полный показатель ослабления на участке трассы проходящем в ионосфере;
- полный показатель ослабления на участке радиолинии в “чистой” атмосфере;
- полный показатель ослабления на участке радиолинии с гидрометеообразованиями;
3.1.1 Затухания в тропосфере.
Ослабление в “чистой” атмосфере и атмосферных образованиях происходит в результате поглощения энергии радиоволн и их рассеяния молекулами газов или взвешенными частицами вещества.
Полные показатели ослабления можно записать в виде:
(3.1.2.)
(3.1.3.)
где и - коэффициенты ослабления в “чистой” атмосфере и в атмосферных образованиях
Показатель ослабления радиоволн в тропосфере зависит от угла места , т.е. от угла, под которым траектория волны направлена к горизонту (рис. 3.1.1). Так как плотность газов уменьшается с высотой, то наименьшая величина будет при распространении радиоволн в направлении, перпендикулярном к поверхности Земли ()
Рис. 3.1.1
Гидрометеообразования, или гидрометеоры (осадки, туман, облака и т.п.), вызывают ослабление электромагнитных волн, имеющих длину волны 3-5см и короче.
Коэффициент ослабления в тумане и облаках для водности, равной 1 представлен на рис. 3.1.2. Под водностью понимается количество водяного пара (в граммах), находящегося в одном кубическом метре воздуха. Водность тумана (облака) колеблется от 0,03 (слабый туман) до 2,3 (сильный туман).
Результаты расчетов для радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов, распространяющихся в дождях интенсивностью от 0.1мм/ч (очень слабый моросящий дождь) до 100 мм/ч (ливень), представлены в виде кривых (рис. 3.1.3). С увеличением интенсивности дождя и уменьшением длины волны коэффициент ослабления возрастает.
Рис. 3.1.3
Пользуясь графиками 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, определим суммарные показатели ослабления радиоволны в тропосфере , , для нашего случая ( или , , ).
при отсутствии дождя
при очень сильном дожде
3.2.2 Затухания в ионосфере.
Поглощение радиоволн в ионосфере обусловлено столкновениями электронов с нейтральными молекулами и ионами. В результате энергия радиоволны уменьшается вследствие частичного ее перехода в тепловую энергию.
(3.2.1)
где - коэффициент поглощения в ионосфере
(3.2.2)
где - относительная диэлектрическая проницаемость ионизированного газа;
- проводимость ионизированного газа.
(3.2.3)
(3.2.4)
где - электронная концентрация ионизированного газа (определяется из графика 3.2.1);
- число столкновений электронов с молекулами или с ионами в единицу времени (определяется из графика 3.2.2)
Рис 3.2.1 Рис. 3.2.2
Пользуясь графиками 3.2.1, 3.2.2, а также формулами 3.2.1-3.2.4 найдем коэффициент ослабления в ионосфере.
На данной частоте (12,5 ГГц) ослабление радиоволн в ионосфере отсутствует (очень мало по сравнению с ослаблением в тропосфере)
расстояние до спутника (стационарная орбита)
Итак множитель ослабления радиоволн на трассе Земля-Космос можно найти из формулы (3.2.4)
(3.2.4)
Для самого худшего случая (сильный дождь)
Принятая мощность с учетом влияния атмосферы
4. Принцип действия ферритового поляризатора.
Действие поляризационного циркулятора основано на использовании поворота плоскости поляризации электромагнитной волны в волноводе с продольно намагниченным ферритовым стержнем.
Ферритовый поляризатор представлен на рисунке 4.1.
Рис. 4.1 Чертеж ферритового поляризатора
Вдоль оси круглого волновода установлен ферритовый стержень круглого сечения, находящийся под воздействием постоянного магнитного поля , направленного вдоль стержня. Такое магнитное поле создается с помощью соленоида, намотанного снаружи круглого волновода. Для уменьшения управляющего постоянного магнитного поля применяются диэлектрические втулки, которые надеваются на ферритовый стержень и значительно увеличивают концентрацию поля в области расположения феррита, что приводит к увеличению угла поворота плоскости поляризации.
Длина ферритового стержня и напряженность постоянного магнитного поля подбираются такими, чтобы плоскость поляризации электромагнитной волны при распространении вдоль стержня повернулась на угол . Направление поворота плоскости поляризации будет зависеть от направления постоянного магнитного поля.
Список использованных источников.
1.Жук М.С., Молочкон Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. –М.1966
2.Зузенко В.А., Кислов А.Г., Цыган Н.Я. Расчет и проектирование антенн.-Л.1969
3.Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства.-М1974.
4.Красюк Н.П., Дымович Н.Д.Электродинамика и распространение радиоволн.-М1974
Страницы: 1, 2
