3. Расчёт устройства

   1. Выбор типа зеркала, облучателя и тракта, канализирующего энергию к облучателю.

И сходя из технического задания, можно сделать определенный выбор относительно конструкции антенны. Во-первых, рабочая частота антенны равна (длина волны ). Следовательно, в качестве фидерного тракта предпочтительнее будет использовать волновод, причем прямоугольный, т.к. круглые волноводы не используются из-за их поляризационной неустойчивости. При этом по предварительной оценке при заданной мощности генератора, питающего антенну, будет обеспечена электрическая прочность тракта. Во-вторых, необходимо получить такую диаграмму направленности (ДН), у которой ширина главного лепестка по уровню половинной мощности равна в Е- и Н-плоскостях ( , ) и которая характеризуется высокой степенью направленности, т.е. игольчатую ДН. Поэтому в качестве зеркала следует выбрать параболоид вращения, который тем более легче изготовить нежели параболический цилиндр. При этом облучатель антенны должен иметь ДН в виде тела вращения и возможность соединения с волноводным трактом. Волноводно-рупорный облучатель наилучшим образом подходит в данном случае, благодаря простоте конструкции, относительной легкости получения нужной формы ДН и хорошей диапазонности. Легче всего обеспечить ДН одинаковую в обеих плоскостях при облучателе в виде открытого конца круглого волновода, на конце которого возможно потребуется конический рупор. Но в этом случае будет необходим плавный или ступенчатый переход от прямоугольного волновода к круглому, который выполняется в непосредственной близости от рупора. Для сохранения симметрии распределения поля в раскрыве применим в конструкции поддерживающую штангу, она является копией фидерного тракта и симметрична ему относительно оси параболоида, при этом увеличиться прочность крепления облучателя. Другим вариантом получения ДН облучателя одинаковой в обеих плоскостях является применение пирамидального рупора с тщательно подобранными размерами сторон прямоугольного раскрыва. В данном случае никакого переходника не потребуется. Но подбор таких размеров является очень трудной задачей. В-третьих, необходимо обеспечить малый уровень боковых лепестков . Данное требование будем реализовывать посредством выбора определенного радиуса раскрыва зеркала антенны, который получим в ходе расчёта. В итоге предварительная конструкция антенны будет иметь вид (см.рис.4).

2. Р асчет фидерного тракта.

Для обеспечения одномодового режима работы волновода при заданной длине волны необходимо выполнение условий (рис.5) [2,с.103].:

для прямоугольного

, ;

для круглого

.

В результате вычислений получаем:

, ;

.

По практическим рекомендациям и таблицам 3.11, 3.13 в [2,c.115-120] выбираем следующие стандартные волноводы. Прямоугольный – , его размеры , , диапазон частот для основного типа волн от до . Круглый - , его радиус , диапазон частот от до .

Относительная полоса пропускания всей параболической антенны полностью определяется диапазонностью фидерного тракта и облучателя, в нашем случае выбранными волноводами. При этом круглый волновод будет иметь определяющее значение, т.к. он обладает наименьшей диапазонностью, поэтому мы обеспечим следующую относительную полосу пропускания:

.

Полученное значение в значительной степени удовлетворяет потребность в диапазонности антенны и является приемлемым во многих практических случаях.

Электрическая прочность волноводов определяется допустимой (рабочей) мощностью, равной предельной мощности пропускания , умноженной на коэффициент запаса электрической прочности [2,c.100-101]. Для волноводов обычно считают:

.

Для прямоугольного волновода с волной равна:

где - критическая длина волны , - предельная напряжённость поля для воздуха при нормальных условиях.

Для круглого волновода с волной равна:

где -критическая длина волны .

Даже для круглого волновода с большим запасом выполняется условие:

.

Таким образом, выбранные волноводы обеспечивают одномодовый режим работы на частоте , хорошую относительную полосу пропускания (15%) и электрическую прочность фидерного тракта.

В качестве перехода между прямоугольным и круглым волноводами наилучшим образом подходит плавный соосный переход с постепенной деформацией формы поперечного сечения от прямоугольной к круглой [4,с.228] (см.рис.6). Если длина такого перехода превышает длину волны, то отражения в значительной полосе частот оказываются незначительными. Длина волны в прямоугольном волноводе равна:

.

Длина волны в круглом волноводе равна:

.

Таким образом, возьмем длину перехода порядка .