u_po_kursu__RASPROSTRANENIE_RADIOVOLN_I_ANTE

Основные размеры ЛПВА показаны на рис. 3. Длины вибраторов и расстояния между ними изменяются в геометрической прогрессии.

где l1 λmax4, d1 4l1σ, R1 l1ctg α .

Рис. 3.

Для согласования ЛПВА с питающим коаксиальным кабелем необходимо, чтобы волновое сопротивление двухпроводного распределитель-ного фидера Z0, обеспечивало требуемое значение активной части входного сопротивления антенны R0, которое в свою очередь должно быть равно волновому сопротивлению питающего коаксиального кабеля, т. е. R0 = Zв. Необходимое значение волнового сопротивления распределительного фидера Z0 можно найти по формуле, взятой из [1]

где Za среднее значение волнового сопротивления вибратора:

Величина l/a, где a радиус вибратора, выбирается из конструктивных соображений (обычно l/a = 30 50). В классической ЛПВА предполагается, что радиус вибратора уменьшается пропорционально уменьшению его длины.

По найденному значению Z0 можно определить отношение размеров проводников двухпроводного распределительного фидера [2]

где h расстояние между центрами проводников; d - диаметр проводника. Обычно выбирают d не меньше диаметра самого длинного вибратора.

Направленные свойства ЛПВА близки к направленным свойствам антенны бегущей волны в оптимальном режиме, длина которой равна длине активной области:

21

ДН ЛПВА в плоскости H определяется только множителем системы, так как в этой плоскости вибраторы не обладают направленными свойствами

ДН ЛПВА в плоскости E зависит еще и от направленных свойств полуволнового вибратора в этой плоскости

замедления; и углы, отсчитываемые от оси антенны в плоскостях E и H соответственно.

Литература.

1.Сверхширокополосные антенны. Сборник статей под общей редакцией Л.С. Бененсона. М.: Мир, 1964.

2.Петров Б.М., Костромитин Г.И., Горемыкин Е.В. Логопериодические вибраторные антенны. Учебное пособие для вузов. М.: Горячая линия Телеком, 2004.

3.Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. М.: Энергия, 1973.

Вариант №8

1. Задание на проектирование.

Спроектировать зеркальную антенну в виде параболоида вращения. Исходные данные:

-рабочая длина волны - λ;

-ширина диаграммы направленности (д.н,) по половинной мощности 20.5 ;

-уровень первого бокового лепестка - ;

-коэффициент направленного действия (к.н.д.) облучателя - приведены в таблице.

22

2.Методические указания.

1.Исходя из по таблице 5.1 [1] стр. 113 определяется относительный

уровень поля на краю зеркала - ∆ .

2.В качестве облучателя зеркальной антенны использовать пирамидальный рупор, создающий поле излучения с линейной поляризацией. По заданной величине D рассчитываются размеры раскрыва пирамидального рупора([4] стр.262) для получения осесимметричной д.н. Размеры раскрыва рупора выбирается из соотношения

ap =1.5bp. Длина пирамидального рупора определяется исходя из рекомендации на стр. 154-155[5].

3.По формулам (6.33) и (6.32) [5] рассчитываются д.н. облучателя в пл. Ē и в пл. Ĥ.

4.По рассчитанной д.н. облучателя и требуемому значению ∆ определяется половина угла раскрыва параболического зеркала –.

5.Используя ту же таблицу 5.1 [1] определяют радиус раскрыва зеркала -Rо.

6.По формулам (9.8) и (9.7)[1] рассчитывается фокусное расстояние ƒ и профиль параболического зеркала.

7.В предположении, что при выбранных размерах раскрыва пирамидального рупора его д.н. осесимметрична, используя д.н. облучателя в одной из главных плоскостей, рассчитывают распределение поля по раскрыву зеркала(формула (9.9])[1].

8.Построенное распределение поля апроксимируется степенным рядом, при этом определяются коэффициенты , и , [1] стр. 193-194

9.Рассчитывается д.н. антенны (формула(9.12)[1]).

10.По рассчитанной д.н. определяется КНД антенны (формула (4.21)[4]). Затем рассчитывается результирующий КИП раскрыва (формула

(9.14)[1], апертурный КИП по преобразованной формуле (18.45)[2], коэффициент перехвата по формуле (11.41)[4] множитель определяемый

затенением по преобразованной формуле (18.53)[2], коэффициент усиления G при η≈1. По формуле (18.132)[2] рассчитывается коэффициент защитного действия.

11.По заданной длине волны определяются размеры питающего прямоугольного волновода а и b , исходя из условия распространения в волноводе только волны основного типа H10([5]стр. 152) и выбирается по приложению 2 стандартный волновод.

23

12.По результатам расчетов строится конструктивный чертеж антенны с учетом схемы возбуждения питающего прямоугольного волновода коаксиальным кабелем([5]стр. 151-160), в которой определяются длина отрезка волновода , от возбуждающего штыря до закорачивающей стенки,

длина волновода от возбуждающего штыря до горловины рупора, действующая и геометрическая высота штыря.

Литература.

1.Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. «Антенно-фидерные устройства»-М.: Радио и Связь.1989г.- 352с.

2.Айзенберг Г.З. и др. «Антенны УКВ» под ред. Г.З. Айзенберга в 2-х ч.

ч.1.М.: Связь, 1977г.- 384с.

3.Айзенберг Г.З и др. «Антенны УКВ» под ред. Г.З. Айзенберга в 2-х ч.

ч.2. М.: Связь. 1977г. -288с.

4.Кочержевский Г.Н. «Антенно-фидерные устройства»-М.:Связь, 1972г.-

472с.

5.«Антенны и устройства СВЧ» под ред. Воскресенского Д.И. –М.: Сов.

Радио, 1972г.- 320с.

Вариант №9

1. Задание на проектирование.

Спроектировать двухзеркальную антенну Кассегрена. Антенна устанавливается на борту искусственного спутника Земли (ИСЗ) и осуществляет передачу на Землю линейно-поляризованных сигналов на частоте f0 . ИСЗ находится на стационарной орбите и предназначен для

ретрансляции телевизионных сигналов на радиолинии Земля-ИСЗ-Земля. В таблице 1 указаны технические параметры для аппаратуры:

Мощность бортового передатчика Pпер. .

Мощность на входе наземного приемника Рвх.пр. и коэффициент усиления приемной антенны на Земле Gпр. .

Потери в фидерных трактах радиопередающей и приемной антенны

пер. пр 0,5 дБ.

Потери в атмосфере Земли в расчетах не учитывать. Протяженность радиолинии ИСЗ-Земля составляет 40000 км.

24

Таблица 1.

2.Методические указания.

1.Используя энергетику радиолинии Земля-ИСЗ, сначала определяется величина коэффициента усиления у бортовой передающей антенны

Gпр. .

Для этого в уравнение передачи для радиолинии -типа (15.5) [1] надо подставить значения величин, приведенных в таблице 1. Коэффициент полезного действия (КПД) фидерного тракта со стороны передачи и приема пер и пр определяются с использованием соотношения вида

При вычислении коэффициента направленного действия (КНД) проектируемой антенны можно положить, что КПД антенны равенA 0.85 0.9 , см. (8.14 [1]), а при вычислении диаметра раскрыва

большого зеркала можно положить, что коэффициент использования поверхности раскрыва исп. 0,65 0,7 , см. (8.15)[1] , в дальнейшем при

проведении расчетов эти значения следует уточнить.

2. При проектировании антенны следует применить классическую схему построения антенны Кассегрена: большое зеркало имеет форму параболоида вращения, а малое – гиперболическую форму. Для определения конструктивных размеров у элементов антенны надо использовать рекомендации и расчетные соотношения, приведенные в разделе 1.2 (1.20)[2], при этом диаметр вспомогательного зеркала следует выбирать из соотношения d0 0.06 0.2 Д0 , наиболее

употребительные значения эксцентриситета гиперболоида лежат в

фокусное расстояние параболоида F.

25

б) из формулы 4F D0ctg 0 определяется половина угла раствора

2

параболоида 0 .

фокусами гиперболоида 2С.

3. в качестве облучателя проектируемой антенны использовать конический рупор. Конструкция облучателя подробно описана в разделе 6 [3], при этом диаграмма направленности рупора в пл. H и в пл. E без учета отраженной волны определяются следующими соотношениями:

J1 x - функция Бесселя 1-го порядка,

x kr sin

Для получения максимального значения КНД, небольших фазовых искажений и диаграммы направленности близкой к ассиметричной ширина диаграммы направленности по уровню -10дБ должна удовлетворять условию

(2.3)[4]

где 0,10 p 2

( 2 -угол облучения краев малого зеркала); a-радиус раскрыва рупора.

26

Длина оптимального конического рупора связана с диаметром его раскрыва 2a и длиной волны следующим соотношением(6.17)[3]

l 2a 2 0,15 2, 4

К рупорному облучателю необходимо также рассчитать возбуждающее устройство (см.[3]).Подвод питания к круглому волноводу осуществить коаксиальным кабелем. При расчете возбуждающего устройства необходимо определить действующую длину вибратора, расстояние от конца волновода до вибратора и длину стакана от вибратора до раскрыва круглого волновода, при условии, что сопротивление излучения вибратора составляет

R 50 Ом

В данной антенне схема возбуждения представляет собой волноводнокоаксиальный переход, при котором штыревой вибратор возбуждает круглый волновод.

Для расчета диаграммы направленности антенны следует исходную двухзеркальную антенну заменить эквивалентной однозеркальной антенной, а затем определить распределение амплитуд поля по раскрыву этого эквивалентного зеркала и, в заключении, по нему рассчитать форму диаграммы направленности антенны, при этом диаметр эквивалентного зеркала равняется диаметру большого зеркала двухзеркальной антенны, т.е. D0 Dэкв , а фокусное расстояние определяется из выражения

FF e 1

эe 1

Распределения амплитуды поля по раскрыву эквивалентного зеркала определяется графическим способом, используя Д.Н. облучателя (см. (8.10) [1]). После его построения на раскрыве зеркала следует выполнить аппроксимацию этого распределения некоторой аналитической функцией. Лучше всего для этой цели подходит аппроксимация, рекомендуемая в разделе 8.2.2[1]:

После определения коэффициентов диаграмма направленности антенны определяется из соотношения:

Где: n u – лямбда функция n- порядка,

ukR0 sin

– угол, отсчитываемый от нормали к поверхности зеркала.

Для вычисления n u надо использовать соотношение:

n u 2n nn! Jn u u

Где: Jn u - функция Бесселя n-го порядка n! 1 2 3 n .

27

По рассчитанной ДН следует оценить уровень первого бокового лепестка и ширину главного лепестка 2 0.5 и 2 0 .

4. По рассчитанной д.н. определяется КНД антенны (формула 4.21[5]), затем рассчитываются результирующий КИП ракрыва исп , апертурный КИП a и

коэффициент защитного действия по формуле 8.24[1] .

5. В заключении следует разработать сборочный чертеж антенны с элементами крепления и устройством сопряжения с фидерным трактом.

Литература.

1.Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. «Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн» Учебник для ВУЗов. 3 изд. 2007г., 401стр.

2.Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. «Антенны УКВ» ч.2

М. Связь 1977г., 288стр.

3.«Антенны и устройства СВЧ» под ред. Воскресенского Д.И. Уч. пособие для ВУЗов М. Сов.радио 1972г., 320стр.

4.Методические указания по проектированию двухзеркальных антенн Кравцова Г.В. МЭИС 1982г., 40стр.

5.Кочержевский Г.Н. «Антенно-фидерные устройства» М. Радио и связь

1972г.,472стр.

Вариант №10

1. Задание на проектирование.

Рассчитать волноводно-щелевую антенну (ВЩА) на прямоугольном волноводе, предназначенную для приемной станции связи летательного аппарата. Антенна работает на частоте f= и должна обеспечить на выходе уровень сигнала Рпр= при напряженности электрического поля в точке приема Е= .

В расчете необходимо:

1.Определить требуемый коэффициент направленного действия (КНД) на расчетной частоте.

2.Рассчитать два варианта ВЩА:

а) в режиме синфазного возбуждения щелей, б) в режиме несинфазного возбуждения, при этом расстояние между

щелями выбрать таким, чтобы отклонение главного максимума диаграммы направленности (ДН) от нормали к линии расположения щелей было не более 0 .

Определить конструктивные размеры ВЩА: число щелей – n, размеры поперечного сечения волновода:

a– длина широкой стенки;

b– длина узкой стенки;

28

длину щелей – 2 ;

расстояние между щелями – d;

расстояние от центра щелей до оси волновода - X1 .

Расположение щелей на волноводе должно обеспечить создание веерной ДН.

3.Рассчитать проводимость щелей исходя из требования согласования антенны с волноводом.

4.Рассчитать ДН ВЩА в двух главных плоскостях.

5.По построенным ДН антенны в режиме синфазного возбуждения рассчитать КНД антенны и сравнить его с определенным в п.1.

6.Рассчитать возбуждающее устройство при запитке коаксиальным

кабелем.

7.Выполнить габаритный чертеж антенны для двух вариантов 2 а) и 2

б).

Числовые данные для расчета приведены в таблице:

где Gпр – коэффициент усиления (КУ) приемной антенны

Gпр Dпр пр ;

где: пр 1 - при синфазном возбуждениипр 0,9 - при несинфазном возбуждении (стр. 117, 1 ).

КНД ВЩА с синфазным возбуждением щелей может быть определен по формуле:

D 3,2 n , где n – количество щелей (стр. 248, 4 ).

КНД антенны с несинфазным возбуждением продольных щелей может быть определен по формуле:

29

Расстояние между продольными щелями в режиме синфазного

где гл (из таблицы).

Чтобы входное сопротивление щели было чисто активным (Хвх=0) ее

случае, для того чтобы антенна была согласована с волноводом входная

Нормированная ДН ВЩА в плоскости Н может быть рассчитана по формуле (стр. 247, 4 , стр. 137-138[5]), при этом мы не учитываем, в случае несинфазного возбуждения щелей ослабление интенсивности возбуждения щелей из-за излучения по мере их приближения к поглощающей нагрузке.

рассчитанной д.н. в пл. Н ([4] стр.92-94) или рассчитывается по формуле

(4.21)[4].

Расчет возбуждающего устройства при переходе от коаксиальной линии к прямоугольному волноводу выполнить в соответствии с методикой изложенной на стр. 156-160, 5 , в которой определяются расстояние от

30