Рассчет и проектирование зеркальной антенны. Расчетнопояснительная

• Название: Расчетнопояснительная
• Анкор: Рассчет и проектирование зеркальной антенны
• Дата: 13.10.2022
• Размер: 460.46 Kb.
• Имя файла: Рассчет и проектирование зеркальной антенны .docx
• Тип: Пояснительная записка; #731798

Московский Авиационный Институт

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)


ИНСТИТУТ №4. РАДИОЭЛЕКТРОНИКА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

КАФЕДРА 406

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ

ЗАПИСКА

К курсовой работе по дисциплине

«Устройства СВЧ и антенны»
Задание №41

Выполнил студент группы

_______________

Проверил д.т.н., профессор кафедры 406

_______________



Москва 2021

Оглавление

Задание 3

Введение 4

1 Теоретические сведения 5

1.1 Зеркальная антенна 5

1.2 Облучатели зеркальных антенн 6

1.2.1 Вибраторные облучатели 6

1.2.2 Щелевые облучатели 7

1.2.3 Волноводно-рупорные облучатели 8

1.3 Принципиальная электрическая схема антенны с волноводно-рупорным облучателем 8

2 Расчет зеркальной антенны в виде параболоида вращения 9

2.1 Апертурный метод расчета поля излучения 9

2.2 Выбор амплитудного распределение и ДН зеркальной антенны 9

2.3. Выбор геометрических размеров зеркала 10

2.4 Амплитудное распределение в раскрыве зеркала 11

2.5 Выбор облучателя 14

2.5.1 Расчет геометрических размеров рупора 15

2.6 Диаграмма направленности зеркальной антенны 16

2.7 Энергетические характеристики зеркальной антенны 18

2.8 Точность изготовления зеркальной антенны 18

2.8.1 Точность выполнения профиля зеркала 19

2.8.2 Смещение фазового центра облучателя относительно фокуса параболоида зеркала 19

2.8.3 Смещение облучателя перпендикулярно оси параболоида 20

2.8.4 Предельный коэффициент усиления зеркальной антенны 20

2.9 Расчет фидерного тракта антенны 21

2.9.1 Расчет прямоугольного волновода 21

2.9.2 Изгиб прямоугольного волновода 22

2.9.3 Расчет круглого волновода 23

2.9.4 Переходы в металлических волноводах 24

2.9.5 Дроссельно-фланцевое соединение 25

2.9.6 Расчет вращающегося сочленения 26

Вывод 28

Список литературы 29

Задание

Цель работы:

Рассчитать и спроектировать зеркальную антенну в виде параболоида вращения

Исходные данные:

Номер варианта 41

Характеристика	Значение
Средняя рабочая частота, ГГц	12
Требуемая полоса частот, %	±4,4
Ширина ДН по полю (горизонт. и вертикальн.), град	9,5
Мощность на выходе передатчика в импульсе, кВт	0,89
Допустимый уровень боковых лепестков, дБ	-22,6

Введение

Зеркальные антенны – один из основных типов антенн сверхвысокой частоты (СВЧ), нашедший широкое применение в различных отраслях радиоэлектроники: спутниковое телевидение, радиолокация, радионавигация, радиосвязи и другие. Данный тип антенн обладают рядом преимуществ: конструктивная простота, возможность получения огромных усилений и работа в широкой полосе частот, что делает зеркальную антенну одной и основных антенн, используемых на огромных расстояниях (космическая радиосвязь, радиоастрономия).

Цель курсовой работы разработать зеркальную антенну параболоида вращения, соответствующую критериям, представленным в задании, так же провести расчет фидерного тракта и создать эскиз разработанного устройства.

1 Теоретические сведения

1.1 Зеркальная антенна

В общем случае зеркальной антенной называют совокупность рефлектора и облучателя, в качестве рефлектора используется так называемое «зеркало». В зависимости от формы рефлектора различают различные типы зеркальных антенн: цилиндрические, сферические, параболические, с плоским рефлектором, с угловым рефлектором и с рефлектором специальной формы. Все перечисленные выше формы поверхности зеркала 2 подбираются так, чтобы сферический фронт волны 3, падающий от облучателя 1, после отражения преобразовался в плоских фронт волны 4 (рис. 1). Так как стоит задача расчета антенны с параболическим рефлектором, далее теоретические сведения будут представлены именно для данного типа антенн.



Рисунок 1. Зеркальная антенна в виде параболоида вращения

Преобразование расходящегося пучка лучей от облучателя в параллельный обеспечивает достаточно узкую диаграмму направленности (ДН), учитывая, что ДН зависит от геометрии зеркала, то можно сделать вывод, что подбором геометрии отражателя можно получить необходимую ДН.

Важным достоинством зеркальной антенны в виде параболоида вращения является ее рабочая полоса частот, которая также определяется геометрией отражателя (рис 2).



Рисунок 2. К выводу уравнения профиля зеркала

В полярной системе координат уравнение для образующей параболоиды вращения имеет следующих вид:





Следовательно, профиль зеркала не зависит от частоты, что и обеспечивает широкую рабочую полосу частот, которая будет определяться видом облучателя.

1.2 Облучатели зеркальных антенн

В зависимости от принципа действия зеркальной антенны, формирую следующие требования к облучателю этих антенн:

1. 
   Облучатель должен иметь фазовый центр, который располагается в фокусе параболоида вращения;
   
2. 
   Амплитудная диаграмма направленности облучателя должна быть такова, чтобы почти вся мощность от облучателя попадала на зеркало. В облучателе должно отсутствовать излучение в направлении, противоположном направлению на зеркало;
   
3. 
   Форма амплитудной диаграммы облучателя должна соответствовать требуемой форме амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала, так как оно создается в основном диаграммной облучателя;
   
4. 
   Облучатель должен давать минимальное затенение для поля зеркальной антенны, так как он находится в ее поле, что достигается минимально возможными габаритами облучателя;
   
5. 
   Электрическая прочность и частотные свойства облучателя должны соответствовать этим параметрами у зеркальной антенны.
   

Выделяют 3 основных вида облучателей:

1. 
   Вибраторные облучатели;
   
2. 
   Щелевые облучатели;
   
3. 
   Волноводно-рупорные облучатели.
   

В данной работе в качестве облучателя будет использоваться волноводно-рупорный, обоснование выбора будет представлено в соответствующей части работы. Кратко опишем достоинства и недостатки каждого типа облучателя.

1.2.1 Вибраторные облучатели

Так как вибраторы имеют все направленную ДН, то для обеспечения требований к облучателю в случае зеркальной антенны используют совокупность пассивного вибратора и контррефлектора (металлического диска), расположенным за фокусом параболоида и ограничивающим излучение в направлении, противоположном направлению на зеркало.

Также к недостатку такого типа облучателя следует отнести относительно малую излучаемую мощность и достаточно узкую рабочую полосу частот, связан этот недостаток с резонансными свойствами вибраторов. Основное применение находят в коротковолновом ( ) диапазоне волн.

В качестве достоинства выделим относительно небольшое затенение, создаваемое системой питания этих облучателей, так как чаще всего СВЧ энергию подводят к ним, используя коаксиальный фидер, имеющий небольшие размеры сравнительно волноводных систем.



Рисунок 3. Вибраторный излучатель в виде четвертьволнового стакана

1.2.2 Щелевые облучатели

Рассмотрим на примере двухщелевого облучателя, широко применяемым в сантиметровом диапазоне волн.

Двухщелевой облучатель (рис 4.) представляет собой прямоугольных волновод, который заканчивается прямоугольным резонатором с двумя симметрично расположенными полуволноводными щелями в его широкой стенке.



Рисунок 4. Двухщелевой облучатель

К достоинствам такого облучателя обычно относят его малое затенение и сложная конструкция. Однако он также, как и вибраторный является достаточно узкополосным и маломощным.

1.2.3 Волноводно-рупорные облучатели

Волноводно-рупорные облучатели, как видно из названия, могут быть представлены в двух основных формах: либо открытый конец волновода, либо рупор, питаемый волноводом.

Возможность манипулировать геометрическими размерами рупора (рис.5) дает разработчику антенны возможности для регулирования ширины и формы диаграммы направленности, что упрощает решение конкретных задач.



Рисунок 5. Волноводно-рупорный облучатель

Открытый конец волновода имеет ряд преимуществ, таких как: высокая излучаемая мощность, широкая полоса рабочих частот. Однако такая система достаточно сложна в плане конструкции. Основным недостатком считают плохое согласование со свободным пространством, но этот недостаток компенсируется применением рупора на конце волновода.

1.3 Принципиальная электрическая схема антенны с волноводно-рупорным облучателем

Ниже приведена схема для зеркальной антенны, рассчитываемой в курсовой работе (рис.6)



Рисунок 6. Принципиальная электрическая схема антенны с волноводно-рупорным облучателем

2 Расчет зеркальной антенны в виде параболоида вращения

2.1 Апертурный метод расчета поля излучения

В апертурном поле излучение зеркальной антенны находится по известному полю в ее раскрыве. В этом методе в качестве излучающей поверхности рассматривается плоская поверхность раскрыва параболоида с синфазным полем и известным законом распределения его амплитуды.

Сравнительно с токовым методом, где расчет происходит по законам геометрической оптики, апертурный метод является менее точным, а именно в этом методе не учитывается векторный характер поля, а также составляющие с паразитной поляризацией. Однако для главного лепестка и первых боковых лепестков ДН оба методы дают приблизительно равные результаты. Так как апертурный метод проще, поэтому будем использовать его.

Задача нахождения поля излучения зеркальной антенны при апертурном методе расчета состоит из двух подзадач:

1. 
   Нахождение поля в раскрыве антенны;
   
2. 
   По известному полю в раскрыве (пункт 1) определение поля излучения.
   

2.2 Выбор амплитудного распределение и ДН зеркальной антенны

Опираясь на заданные требования к уровню боковых лепестков (УБЛ = -22,6 дБ) по таблице выбираем характеристики зеркальной антенны.

УБЛ возьмем с запасом: УБЛ = -24,6 дБ, далее представим значения из таблицы:

Таблица 1. Выбор характеристик зеркальной антенны
	УБЛ, дБ	КИП,	Амплитудное распределение		n	ДН
	-24,6	0,75		0	-

Для круглого раскрыва:



где r – расстояние от фокуса до точки на поверхности зеркала; R – радиус раскрыва зеркала.

Введем параметр u для перехода в угловую систему координат:



где k – волновое число, в общем случае:

2.3. Выбор геометрических размеров зеркала

Рисунок 7. Геометрические размеры зеркала

Радиус зеркала вычисляется в соответствии с табл.1, при , радиус зеркала в раскрыве находится по формуле:



Учитывая, что зеркало должно работать на некоторой полосе частот, а именно , относительно средней частоты , расчет радиуса зеркала следует проводить для максимальной длины волны:



Подставляя в 5, получаем:



Фокусное расстояние находим по методу последовательных приближений. В качестве первого приближения берем:



Получаем:



Глубину зеркала и угол раскрыва рассчитываем по следующим формулам:





Получаем:

2.4 Амплитудное распределение в раскрыве зеркала

Из табл.1 амплитудное распределение в раскрыве зеркала имеет вид (табл.1):



Ниже представлены графики амплитудного распределения.



Рисунок 8. Амплитудное распределение в раскрыве зеркала, зависимость от расстояния

В нормированном виде:





Рисунок 9. Амплитудное распределение в раскрыве зеркала, нормированная зависимость

Перейдем от зависимости от расстояния к зависимости от угла, для этого в полярной системе координат опишем зависимость :



Построим амплитудное распределение от угла:





Рисунок 10. Амплитудное распределение в раскрыве зеркала, зависимость от угла

Аппроксимируем амплитудное распределение функцией , для этого зададим функцию аппроксимации для подбора величины :



Проведем подбор величины в 2 этапа:

1. 
   Грубый подбор с шагом 1;
   
2. 
   Плавный подбор с шагом 0.1 или 0.05.
   

С помощью подбора было определено значение величины n=1.35



Рисунок 11. Аппроксимация амплитудного распределения

Рис.11 свидетельствует о том, что , обеспечивает совпадение характеристик на интервале:



Далее имеем место некоторое расхождение.

Для проверки правильности выбора фокусного расстояния и угла расскрыва смотрят на эффективность антенны для подобранных параметров:





Для этого используют следующее соотношение:





Рисунок 13. Зависимость эффективности антенны от угла

Из рис.13 следует, что для подобранных ранее величин (угол раскрыва, фокусное расстояние) эффективность антенны превышает 0.75 и равняется:



Следовательно, фокусное расстояние в первом приближении является допустимым и менять его не надо.

2.5 Выбор облучателя

Исходя из требований по полосе частот ( 4,4%) и длине волны (2,5 см) выберем волноводно-рупорный тип облучателя

В свою очередь волноводно-рупорные облучатели подразделяют на 4 типа (рис.14):

1. 
   Н-секториальный;
   
2. 
   Е-секториальный;
   
3. 
   Пирамидальный;
   
4. 
   Конический.
   

Рисунок 14. Виды рупорных антенн. а - Н-секториальная, б - Е-секториальный,

в - пирамидальный, г - конический

Будем использовать пирамидальный рупор, так как подбором размера его раскрыва можно с наибольшей точностью обеспечить необходимую ДН.

Пирамидальный рупор подразумевает расширение волновода как в Н-секторе, так и в Е-секторе, следовательно, для подбора длин высоты и ширины рупора необходимо использовать амплитудные диаграммы для Н- и Е- секторов.

2.5.1 Расчет геометрических размеров рупора

Запишем выражения для ДН Н- и Е- секторов [2, стр. 369, ф-лы 16.14, 16.15]:





Подбираем размеры рупора рис.15. По графику видно, что при и при обеспечивается совпадение амплитудной диаграммы зеркала и рупора на интервале от .

Как известно из теории, что амплитудная диаграмма всей антенны определяется амплитудной диаграммой облучателя, следовательно, при совпадении амплитудных диаграмм на большей части поверхности зеркала можно утверждать, что при заданных размерах апертуры рупора, зеркало обеспечивает поставленные требования.



Рисунок 15. Сравнение ДН рупорного облучателя и зеркала

Для обеспечения оптимальности рупора, а именно максимального коэффициента направленного действия рассчитаем оптимальные длины рупора в Н- и Е- секторах [2, стр. 370-371, ф-лы 16.17, 16.20]:





Подставим размеры апертуры рупора и получим:

2.6 Диаграмма направленности зеркальной антенны

Выражение для ДН было выбрано, исходя из задания (см. табл.1).



В 19 – лямбда-функции 1го и 2го порядка, соответственно. Общий вид лямбда-функции:



В 20 – функция Бесселя порядка n.

Подставим в 19 и выражение 3, получим:



Перейдем к децибельному масштабу:



Построим итоговую ДН зеркальной антенны (граф.8) для максимальной, минимальной и средней частоты рабочей полосы.



Рисунок 16. Итоговая ДН зеркальной антенны. ДН для случая средней рабочей частоты – красным цветом; ДН для случая нижней рабочей частоты – зеленым цветом; ДН для случая максимальной рабочей частоты – синим цветом.

Также на рис.16 отмечены уровень -3 дБ, по которому происходит измерение ширины ДН, как видно по графику для всей полосы частот ширина ДН по уровню -3дБ не превышает требуемое значение. Помимо этого, на графике имеется отметка УБЛ, измеряемой по уровню первых боковых лепестков, отметим что УБЛ совпал с табличным значение и с запасом превосходит требуемый по заданию УБЛ.

2.7 Энергетические характеристики зеркальной антенны

Основными параметрами любой антенны являются коэффициент направленного действия (КНД) (23) и коэффициент усиления (КУ) (24) [2, стр.385, ф-ла 16.34].





где - площадь апертуры зеркала; – КИП; – КПД зеркала.

Площадь апертуры антенны находится через следующее выражение:



КПД зеркальной антенны в общем виде – это отношение мощности, отраженной от зеркала к мощности, излученной от облучателя [2, стр. 386, ф-ла 16.35]:



Однако, учитывая, что ДН облучателя симметрична относительно оси антенны и может быть аппроксимирована (13) на углах раскрыва до , КПД антенны целесообразно рассчитать, используя следующее соотношение [2, стр. 386, ф-ла 16.37]:



Подставим угол раскрыва антенны и коэффициент аппроксимации, найдем КПД:



Рассчитаем КНД и КУ антенны:







В децибелах:

2.8 Точность изготовления зеркальной антенны

Так как характеристики антенны напрямую зависят от ее геометрических размеров и форм, следует учитывать некоторые технические допуски на точность изготовления зеркальных антенн. Эти допуски будут определяться допустимой величиной отклонения фазового фронта в раскрыве зеркала от синфазного.

Основными источниками фазовых ошибок в раскрыве зеркальной антенны являются:

1. 
   Отклонение формы зеркала от расчетной;
   
2. 
   Смещение фазового центра облучателя от фокуса параболоида;
   
3. 
   Отклонение волнового фронта поля облучателя от сферического.
   

Опираясь на вышеперечисленные источники, произведем расчет максимально допустимого отклонения по каждому из источников ошибки.

2.8.1 Точность выполнения профиля зеркала

Фазовая ошибка, возникающая в раскрыве зеркала, определяется величиной – отклонение реального профиля зеркала от расчетного. Учитывая, что, если величина фазовой ошибки не превышает , искажения ДН будут незначительны, получим следующее соотношение [2, стр. 390, ф-лы 16.42 – 16.44]:



Выразим





Следовательно, максимальное отклонение реального профиля от расчетного не должно превышать:



При отклонении профиля зеркала на величину меньшую 1.6 мм, искажение ДН зеркальной антенны будут незначительными.

2.8.2 Смещение фазового центра облучателя относительно фокуса параболоида зеркала

При смещении фазового центра относительно фокуса параболоида изменяется реальный угол раскрыва антенны, что приводит к фазовой ошибке в раскрыве. Аналогично 28 полагаем величину фазовой ошибки меньше [2, стр. 391, ф-ла 16.45 – 16.46]:



Из (31):



Получаем максимальное смещение облучателя относительно фокуса параболоиды:

2.8.3 Смещение облучателя перпендикулярно оси параболоида

При небольшом смещении облучателя в направлении, перпендикулярном оси параболоида, в раскрыве антенны появляется линейная фазовая ошибка, что приводит к смещению ДН зеркальной антенны от осиZ на угол [2, стр. 392, ф-ла 16.47]:



Для максимального смещения:



Так как , то форма ДН не меняется.

2.8.4 Предельный коэффициент усиления зеркальной антенны

Зеркальных антенн с идеально точным параболическим зеркалом не существует, поэтому реальный коэффициент усиления зависит от величины максимального отклонения реального профиля зеркала от идеального. Величина этой ошибки определяется технологией изготовления зеркала и имеет случайный характер, поэтому для абсолютного большинства зеркал, определяется следующим образом [2, стр. 392, ф-ла 16.48]:



где n – величина, определенная технологией изготовление, положим n=3 (серийное производство).

Можно считать, что отклонение профиля подчиняется нормальному закону распределения с нулевым средним значение и дисперсией . Тогда дисперсия фазовой ошибки в раскрыве зеркала [2, стр. 393, ф-ла 16.50]:



Подставим данные величины:



С учетом этого реальный КУ зеркальной антенны [2, стр. 393, ф-ла 16.51]:





В децибельном масштабе:



Сравнивая и , делаем вывод, что при учете допусков на отклонение при изготовлении зеркала, КУ антенны остается практически неизменным.

2.9 Расчет фидерного тракта антенны

2.9.1 Расчет прямоугольного волновода

Рассчитаем линию питания облучателя для длины волны 2,6 см и диапазона частот от 12,6 ГГц до 11,4 ГГц. В качестве фидерной линии в сантиметровом диапазоне волн обычно применяют прямоугольные волноводы с волной . Поперечное сечение такого волновода имеет вид



Рис 17. Поперечное сечение прямоугольного волновода

При этом критическая длина волны определяется как:

Практические формулы для подбора геометрических размеров волновода [2, стр. 60, ф-ла 3.9]:



Исходя из этих ориентировочных размеров выберем стандартный прямоугольный волновод: МЭК-120, = 1.905 см, = 0.9525 см (рупор будет расширяющимся). Материал стенок волновода – медь, толщина стенок волновода 1,27 мм.

Длина волны в волноводе:





Критическая длина волны:

(38)



Критическая частота:

(39)



Поверхностное сопротивление проводника(медь):

Определим коэффициент затухания волноводного тракта [2, стр.60]:





Тогда затухание всего тракта длиной 2 м будет:

Рассчитаем максимальную(предельную) и допустимую пропускаемую мощность фидерного тракта:





Следовательно, волновод удовлетворяет требованию по мощности.

2.9.2 Изгиб прямоугольного волновода

Изгибы прямоугольных волноводов выполняются по широкой (Е-изгиб) и узкой (Н-изгиб) стенкам и делятся на плавные, уголковые с одним поворотом и многоступенчатые. Для уменьшения отражений изгибы делают на участках длиной в несколько . В качестве изгиба волновода будем использовать изгиб с двойным изломом под углом 45 градусов (рис.17), так как в этом типе изгиба достигается согласование за счет уменьшения отражений от каждого из изломов и взаимной компенсации отраженных волн от каждого из них.



Рис 18. Изгиб прямоугольного волновода с двойным поворотом

Тогда для Е-уголка длина:

2.9.3 Расчет круглого волновода

При вращении одной части волновода относительно другой должна сохраняться осевая симметрия поля. Это обеспечивается в круглых волноводах с волной типа и .
Из-за сложности возбуждения волны в круглом волноводе в чистом виде (одновременно возбуждаются волны типа , , , ) использование вращающихся сочленений на основе данного типа волны не получило широкого практического применения. В результате во вращающихся сочленениях как правило используется волна .

Радиус основного круглого волновода сочленения R_В определяется из условия распространения волны (R>0.38λ₀) и затухания высших типов волн (R<0.48λ₀)

Таким образом 0.95 см. В <1.2см

Выберем стандартный волновод 153 TEC C89 с внутренним диаметром 2.3825 см (R_В= 1.191 см) и толщиной стенок 0.1270 см

Тогда длины волн:

















Проверка круглого волновода на максимальную пропускаемую мощность не производится, так как в прямоугольном волноводе с волной Н10 электрический пробой наступает быстрее, чем пробой в круглом волноводе при любом типе волны

2.9.4 Переходы в металлических волноводах

Наиболее часто применяется плавный переход между волноводами различных сечений. Он имеет простую конструкцию, высокую электрическую прочность, но значительную длину.


Рис 18. Переход между волноводами различных сечений
Для получения минимальных отражений длина плавного перехода выбирается:

n 5-целое положительное число:

Для преобразования волны в прямоугольном волноводе в волну в круглом волноводе используется переход с плавным изменением размеров и конфигурации поперечного сечения.



Рис 19. Переход от прямоугольного волновода к круглому

Длину перехода выбирают не менее 2..3 :

2.9.5 Дроссельно-фланцевое соединение

Для соединения отрезков волноводных линий передачи используются дроссельные соединения в круглых, вращающихся друг относительно друга волноводах и контактные фланцевые соединения в прямоугольных волноводах.
В качестве дроссельной секции в круглом волноводе применяется полуволновая замкнутая линия, состоящая из двух параллельных четвертьволновых участков. Использование притертого фланца при тщательной обработке и соблюдении параллельности фланцевых поверхностей позволяет получить в месте соединения двух неподвижных друг относительно друга отрезков волноводных линий хороший электрический контакт.



Рис 20. Дроссельно-фланцевое соединение волноводов: а) конструкция соединения; б) структура электрического поля в соединении; в) эквивалентная схема соединения.

Дроссельно-фланцевое соединение обеспечивает надежный контакт между соединяемыми волноводами электрическим путем. Такое соединение показано на рис. 20 а и отличается от контактного наличием кольцевой канавки во фланце глубиной d, а шириной у и радиальной проточки с размером L_пр и шириной z. Канавка представляет собой короткозамкнутый коаксиал, в котором возбуждается волна , а радиальная проточка - участок так называемого радиального волновода. Структура силовых линий электрического поля в волноводе и канавке с волной показана на рис. 18 б.

На рис.18 в представлена эквивалентная схема дроссельно-фланцевого соединения. Место механического контакта в этой схеме отмечено стрелкой. Дроссельная канавка вместе с радиальной проточкой представлена на эквивалентной схеме как два последовательно включенных короткозамкнутых шлейфа. Чтобы входное сопротивление этих шлейфов на рабочей частоте равнялось нулю, необходимо взять их общую длину , а механический контакт расположить в нуле тока, т.е. на расстоянии от короткозамыкающей перемычки:








Диапазонность дроссельного соединения увеличивается, если у > z. Обычно у=(2..5)z. Дроссельно-фланцевые соединения обеспечивают |Г|<0.01 в полосе частот 20%.

2.9.6 Расчет вращающегося сочленения

На практике часто возникает задача передачи мощности СВЧ от неподвижного генератора к вращающейся антенне. Эта техническая задача решается с помощью перехода, называемого вращающимся сочленением. Для вращающихся сочленений используют линии передачи, имеющие осевую симметрию поперечного сечения, и выбирают тип волны, у которой силовые линии поля обладают азимутальной симметрией.

Перечисленным условиям удовлетворяют коаксиальный волновод с волной типа Т и круглый волновод с волной .

На рис.23 схематично представлено вращающееся сочленение на основе круглого волновода с волной .

Оно представляет собой основный круглый волновод диаметром 2а1, перпендикулярно которому присоединены 2 прямоугольных волновода, являющихся входами устройства. Основной круглый волновод сверху и снизу заканчивается гасящими объемами.



Рис.21 Вращающееся сочленение на круглом волноводе

Гасящий объем представляет собой круглый волновод, включаемый последовательно с возбуждающим прямоугольным и основным круглым волноводами сочленения. Если длину волновода сделать кратной целому числу полуволн типа , то входное сопротивление волноводов для волны будет мало, и эта волна без затухания будет распространяться в основном круглом волноводе. Если одновременно сделать длину волновода кратной нечетному числу четвертей длин волн для волны , то входное сопротивление гасящего волновода для этой волны будет велико, и волна в основном круглом волноводе распространяться не будет. Следовательно, длина «гасящего объема» определяется из условий:







Радиус основного круглого волновода вращающегося сочленения определим из условия:





Принцип действия резонансных колец.Линии электрического вектора перпендикулярны кольцу, поэтому при точной ориентировке кольца в волноводе в нем не возбуждаются токи и волна Е01 распространяется без потерь. В то же время волна Н11 возюуждает в кольце токи, имеющие резонанс при длине кольца, равной длине волны в воздухе. Текущие в кольце токи возбуждают в волноводе волну типа Н11 с фазой поля, сдвинутой на 180 градусов по отношению к фазе возбуждающего поля. Поэтому в круглом волноводе за кольцом поля волны Н11 взаимно уничтожаются. Радиус резонансного кольца:





Расстояние между резонансными кольцами ( =1):

Вывод

По итогу курсовой работы была разработана зеркальная антенна в виде параболоида вращения, удовлетворяющая всем поставленным требованиям.

Характеристики рассчитанной антенны имеют вид:

1. 
   Рабочая полоса частот от 12,6 ГГц до 11,4 ГГц;
   
2. 
   Ширина ДН по полю: в обоих плоскостях 9,5°;
   
3. 
   Коэффициент усиления 26,69 дБ;
   
4. 
   Уровень боковых лепестков -24,6 дБ;
   
5. 
   Геометрические размеры зеркала: радиус 10 см; глубина 3,6 см; фокусное расстояние 7 см;
   
6. 
   Материал фидерного тракта – медь.
   

Для обеспечения работы антенны на ЛА необходимо предоставить нужный объем свободного пространства из-за ее габаритов. Габариты, в свою очередь, являются критическим параметром при конструировании любого ЛА. Этот объем не всегда возможно обеспечить.

Список литературы

1. 
   Устройства СВЧ и антенны. Под редакцией Д.И. Воскресенского. Москва, Радиотехника, 2016;