Выбор типа диэлектрического стержня

Для получения сравнительно малого уровня боковых лепестков было бы целесообразно выбрать диэлектрический стержень в виде диэлектрической трубы. Кроме того, при этом виде стержня был бы достигнут минимальный вес системы.

Однако применение диэлектрических труб предполагает существование двух границ раздела диэлектрик – воздух, что существенно усложняет их изучение. Поэтому в настоящее время при проектировании таких антенн основываются на результатах экспериментальных исследований. Получение требуемых характеристик антенны будет связано со значительными затратами на исследования. К тому же стоимость изготовления диэлектрического стержня в несколько раз превосходит стоимость изготовления сплошного стержня. Использование диэлектрических стержней с практической точки зрения имеет также ряд недостатков. Например, то, что при выпадении осадков полость диэлектрических стержней будет их накапливать, что приведет к потере связи.

Таким образом, в силу приведенных аргументов, диэлектрический стержень проектируемой антенны будет выбран сплошным.

На практике чаще других применяют сплошные диэлектрические стержни цилиндрической и конической формы.

В диэлектрической антенне из цилиндрического стержня на конце антенны возникают отраженные волны, что приводит к увеличению боковых лепестков и соответственно ухудшает направленные свойства антенны.

Для уменьшения отражения от конца стержня и соответственно снижения уровня боковых лепестков выберем коническую форму диэлектрического стержня. Кроме того, для еще большего уменьшения отражения от конца стержня, на конце стержня скруглим его кромки.

Расчет параметров и характеристик антенны. Расчет минимально допустимого кнд

Для выбора типа антенны необходимо определить КНД антенны – исходя из энергетических параметров линии связи: мощности излучения в направлении приемника и затухания в линии связи.

Определим общую длину трассы луча и длину трассы в пределах слоя тропосферы.

Расположение спутника и Земли

Рис.3

По теореме косинусов запишем:

Решив данное уравнение относительно R_c и выбрав действительный корень получим:

R_c=41363 км.

Для расчета затухания в атмосфере воспользуемся той же формулой, но вместо h подставим высоты расположения дождя, водяных паров и кислорода.

Известно, что дождевые облака не поднимаются выше 6 – 8 км, водяные пары и кислород находятся в тропосфере не выше 15 км. Примем:

R_дождя = 7 км,

= 15 км

=15 км

Тогда:

Решив эти уравнения получим:

Множитель ослабления определим по формуле:

(дБ)

где , , - погонные поглощения в парах воды, кислороде и осадках.

На частоте 17.9 ГГц эти параметры имеют следующие значения :

дБ/км

дБ/км

дБ/км – для умеренного дождя - 4 ¸ 5 мм/час. Выберем дБ/км

Получаем:

Переведя в разы, получим:

раза

Теперь, найдя затухания в тропосфере, можно найти необходимый КНД.

Определим вектор Пойнтинга – плотность потока мощности, которую создает в точке приема спутниковый ретранслятор:

где – эквивалентная изотропно-излучаемая мощность СР.

Так как в условии необходимо получить на выходе антенны мощность 0.19 пВт, то требуется следующее значение эффективной площади антенны:

КПД антенны примем равным 0.81.

Коэффициент направленного действия антенны:

,

где - длина волны,

Подставив численные значения величин, получим: