Рефетека.ру / Коммуникации и связь

Курсовая работа: Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Уральский государственный технический университет

Кафедра ВЧСРТ


ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ ПО СХЕМЕ КАССЕГРЕНА

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Антенны и устройства СВЧ»

2007 000 009 ПЗ


Руководитель Семенов Б.В.

Студентка Еловских О.А

Группа Р - 474


Екатеринбург

2005

СОДЕРЖАНИЕ


1.Техническое задание

2. Введение

3. Расчет геометрических параметров антенны

4. Расчет параметров облучателя

5. Расчет питающей линии

6.Заключение

Список использованных источников

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ


Исходные данные:

Частота f , ГГц 15

Коэффициент усиления, G дБ 38

Уровень боковых лепестков d дБ 25

Мощность передатчика в импульсе, Вт 50

Тип облучателя - Коническая рупорная антенна

Выбрать и рассчитать:

Параметры облучателя

Основные геометрические размеры зеркал

Распределение поля в раскрыве

Диаграммы направленности в вертикальной и

горизонтальной плоскостях

Линию передачи

Коэффициент усиления и эффективность антенны

Профили сечения зеркал

Вычертить:

Конструкцию облучателя

Общий вид антенны

Профили сечения зеркал

ВВЕДЕНИЕ


Двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена относится к апертурным антеннам. Она состоит из двух отражающих поверхностей (рис.1): основной – большого параболического зеркала и вспомогательной – малого зеркала в виде гиперболоида.

Роль малого зеркала состоит в переотражении падающей на него сферической волны облучателя на большое зеркало, при этом, вследствие геометрических свойств гиперболы, отраженная малым зеркалом волна как бы исходит из одной точки – фокуса F1. Эта волна трансформируется большим зеркалом в плоскую. Параболическое зеркало излучает так, как будто в его фокусе находится мнимый облучатель, создающий сферическую волну. Второй фокус малого зеркала совмещается с фазовым центром облучателя – рупора F2.

Двух зеркальная антенна является более компактной, чем однозеркальная и обеспечивает более равномерное распределение возбуждения по раскрыву, а так же является более помехозащищенной.

К недостатку данного типа антенн относится то, что, часть раскрыва большого зеркала затенена плоскостью малого зеркала.

В приближении геометрической оптики двух зеркальная антенна может быть сведена к эквивалентной однозеркальной параболической антенне, имеющей такое же распределения поля в раскрыве и такие же направленные свойства – с учетом затенения малым зеркалом. Расчет направленных свойств осуществляется с использованием параметров облучателя и эквивалентного параболоида.

РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АНТЕННЫ


В двух зеркальных антеннах Кассегрена углы раскрыва большого и малого зеркал обычно лежат в интервалах y = 70 ° - 90°; f = 15° - 30° .

При этом в угол 2j должна «вписываться» диаграмма направленности облучателя по уровню - (10 - 20) дБ, чтобы создать необходимое амплитудное распределение в раскрыве и иметь высокий коэффициент перехвата. Соотношение диаметров малого и большого зеркал возьмем рекомендованным d / D< 0.2 , так как большое затенение приводит к значительному росту боковых лепестков .


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

рис. 1

Проектирование двухзеркальной антенны по схеме КассегренаНайдем диаметр большого зеркала исходя из заданного коэффициента усиления. Заданный уровень боковых лепестков приведен без учета затенения апертуры вторым зеркалом, Поэтому зададимся уровнем боковых лепестков примерно на 4 дБ ниже заданного (-28,9 дБ).


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

Dq0.5 - ширина диаграммы направленности, градусы

D - диаметр большого зеркала, м

R - радиус большого зеркала, м

l - длина волны, м


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

Зададим f=150.Диаметр малого зеркала рассчитываем по формуле:

Где


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

Зададимся углом Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена. Находим фокусное расстояние большого зеркала.


Определим эквивалентное фокусное расстояние, пользуясь формулой:


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Отсюда:


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегренам


Найдем дополнительные параметры антенны.


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Результаты расчета параметров антенны:


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЯ


В качестве облучающего элемента в техническом задании задан конический рупор, возбуждаемый волной Н11, которая подводится к нему с помощью круглого волновода. В этом случае, поле излучения в главных плоскостях определяется х-й составляющей электрического вектора и у-й составляющей магнитного вектора в раскрыве. Эти составляющие имеют следующее амплитудно-фазовое распределение в раскрыве:


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Где r - текущая радиальная координата раскрыва, j - угловая координата, r0 - радиус раскрыва, R-длина рупора. Для расчета воспользуемся формулами из [1] .

Как было сказано выше, в угол 2f должна «вписываться» диаграмма направленности облучателя по уровню - (10 - 20) дБ, чтобы создать необходимое амплитудное распределение в раскрыве и иметь высокий коэффициент перехвата. Следовательно, задаваясь шириной диаграммы направленности мы находим радиус раскрыва рупора, соответственно получим:


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Длина оптимального рупора связана с его диаметром следующим соотношением:

Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Определим максимальную фазовую ошибку на краях апертуры, по формуле:


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Так как рупор является облучателем зеркальной антенны, то встает вопрос определения его фазового центра. Для рупорных антенн с максимальной фазовой ошибкой на краю апертуры Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегренаположение фазового центра можно определить по формулам :


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Таким образом, получили исходные данные необходимые для расчета диаграммы направленности облучателя и антенны по программе.


РАСЧЕТ ПИТАЮЩЕЙ ЛИНИИ


В качестве облучателя используется конический рупор, питание таких рупоров осуществляется от круглого волновода или через плавный переход от прямоугольного.

Применим круглый волновод с основной волной Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена. Волновод должен подводить к облучателю только волну Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена и пропускать заданную мощность.

Соотношение радиуса волновода и критической длины волны Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена в волноводе:

Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Отсюда r, учитывая, что Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Нижняя граница работы волновода на основной частоте Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена определим:


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена=7,7мм


Таким образом, радиус волновода надлежит выбирать из полученного неравенства:


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Выбираем Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена

Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена из-за возможных неоднородностей, качества поверхности внутренних стенок волновода, чистоты заполняющего волновод воздуха большее значение Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегренабрать не рекомендуется.

Определим максимальную мощность, которая может быть передана через волновод:


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Максимальная мощность удовлетворяет условиям задания P=50 кВт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проектирование двухзеркальной антенны по схеме КассегренаРезультатом расчета двухзеркальной антенной по схеме Кассегрена явились геометрические параметры антенны. Построены диаграммы направленности облучателя, антенны в плоскостях E и H , произведен расчет питающего волновода и максимальной мощности которую она способна передать . Рассчитанные коэффициент усиления G=38,22 дБ при заданном 38дб,уровень боковых лепестков –23,9дб, при заданном –25дб (расчетный уровень боковых лепестков не должен отличаться от заданного более чем ±2 дБ). Также рассчитали КИП антенны, который равен 0,525. Поэтому можно сказать, что требования технического задания выполнены.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Наймушин М.П. Панченко Б.В. Шабунин С.Н. ”Проектирование антенных систем СВЧ “ УГТУ 1993г.

Сазонов Д.М. и др. “Антенны и устройства СВЧ “ учебник для вузов. - Москва, “Высшая школа “ 1988г.

Айзенберг Г. З. ,Ямпольский В.Г. , Терешин О.Н. ” Антенны УКВ “ Москва, « Связь “ 1977г.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Диаграмма направленности рупорной антенны (облучателя) в плоскости вектора Е.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Распределение поля в раскрыве главного зеркала в плоскости вектора Е.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Диаграмма направленности антенны Кассегрена в плоскости вектора Е.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Диаграмма направленности антенны Кассегрена в дБ в плоскости вектора Е.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Диаграмма направленности рупорной антенны (облучателя) в плоскости вектора Н

ПРИЛОЖЕНИЕ 6


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Распределение поля в раскрыве главного зеркала в плоскости вектора Н

ПРИЛОЖЕНИЕ 7


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Диаграмма направленности антенны Кассегрена в плоскости вектора Н

ПРИЛОЖЕНИЕ 8


Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена


Диаграмма направленности антенны Кассегрена в дБ в плоскости вектора Н

В данной курсовой работе рассчитана двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена, приведены её диаграммы направленности, представлен внешний вид антенны, рассчитаны параметры облучателя, которым является рупорная антенна, проверено, какую мощность может проводить линия передачи.

Все расчёты приведены в основной части, иллюстрации - в приложениях.

Рефетека ру refoteka@gmail.com