3._Расчёт параметров антенны

3.1 Выбор размеров волновода

Выбор размеров рупорной антенны начинают с выбора размера стандартного волновода, питающего рупор. Размеры оптимального рупора (рисунок 4) связаны между собой соотношением

0,6 λ_мах < а < 0,9 λ_мах

b < λ / 2

2,4 < a < 3.6

b < 2

f = 3∙10⁸ / 0,04 = 7,5 (ГГц)

Рисунок 4 – антенна, в виде в плоскостного Н-секториального рупора в трехмерной системе координат

В качестве волновода выбираем волновод МЭК70 c параметрами:

а = 34,849 мм

в = 15,799 мм

толщина стенки S=1,63 мм

Рабочий диапазон частот 5,38 – 8,17 ГГц

f_кр = 6,45 ГГц

Пробивная мощность 0,61МВт.

3.2 Расчет основных характеристик волновода

1. Замедление фазовой скорости:

2. Замедление групповой скорости :

3. Предельная пропускаемая мощность:

кВ/см

где - напряженность электрического поля, при которой происходит пробой в воздухе (предельно допустимая для заданной температуры, давления и влажности напряженность электрического поля)

4. Коэффициент затухания:

дБ/м

где - удельная проводимость стенок волновода из латуни.

5. Недостатком рупорной антенны является наличие фазовых искажений в ее раскрыве. Указанный недостаток рупорной антенны можно устранить применением фазовыравнивающих устройств. В качестве таких устройств чаще всего применяют различные линзы, устанавливаемые в раскрыве рупора. Линза преобразует волну с цилиндрическим или сферическим фронтом в волну с плоским фронтом, то есть поле в раскрыве рупора становится синфазным.

Рисунок 5 – Металлические пластины в раскрыве рупора

В технике связи на сверхвысоких частотах значительное распространение получили линзы, выполненные из параллельных металлических пластин (рисунок 5), образующих среду с коэффициентом преломления меньше единицы (ускоряющие линзы).

3.3 Расчет параметров излучателя

Рисунок 6 – Схема излучателя

3.3.1 Размеры излучателя

Ширина диаграммы направленности связана с размерами раскрыва рупора ap и bp следующими соотношениями:

Определим длину рупора в плоскостях H и E:

Для начала заменим неравенства

,

(где Rh - длина рупора в плоскости вектора Н, а RE - длина рупора в плоскости вектора E.)

Равенствами, и вычислим их. Получим следующие значения:

Затем, примем RH=15.237 и вычислим RE по формуле:

И сделаем проверку:

Запишем конечный результат:

Длина рупора в плоскости H:

RH=5.417см

Длина рупора в плоскости E:

RE=7.397см

см

3.3.2 Коэффициент отражения

Отражение в рупорной антенне возникает в двух сечениях: в раскрыве рупора и в его горловине .

- волновое число

постоянная распространения в прямоугольном волноводе, поперечное сечение которого равно раскрыву рупора.

Коэффициент отражения выражается через эквивалентное сопротивление:

- углы раскрыва рупора в плоскостях и соответственно.

-эквивалентное сопротивление

3.3.3 Диаграммы направленности излучателя

В плоскости H:

Рис. 3. Диаграмма направленности в плоскость Н

Табл.1

F(ф)	ф	F(ф)	ф	F(ф)	ф
0.998	1	0.171	31	-0.033	61
0.994	2	0.148	32	-0.032	62
0.986	3	0.126	33	-0.03	63
0.975	4	0.106	34	-0.028	64
0.961	5	0.087	35	-0.027	65
0.944	6	0.07	36	-0.025	66
0.924	7	0.055	37	-0.023	67
0.902	8	0.041	38	-0.022	68
0.878	9	0.028	39	-0.02	69
0.851	10	0.017	40	-0.019	70
0.822	11	6.572e-3	41	-0.017	71
0.792	12	-2.3e-3	42	-0.016	72
0.76	13	-0.01	43	-0.015	73
0.727	14	-0.017	44	-0.013	74
0.692	15	-0.022	45	-0.012	75
0.657	16	-0.027	46	-0.011	76
0.622	17	-0.031	47	-0.01	77
0.585	18	-0.034	48	-9.031e-3	78
0.549	19	-0.037	49	-8.072e-3	79
0.513	20	-0.038	50	-7.165e-3	80
0.477	21	-0.04	51	-6.306e-3	81
0.442	22	-0.04	52	-5.491e-3	82
0.408	23	-0.041	53	-4.716e-3	83
0.374	24	-0.041	54	-3.976e-3	84
0.341	25	-0.04	55	-3.266e-3	85
0.309	26	-0.04	56	-2.582e-3	86
0.279	27	-0.039	57	-1.918e-3	87
0.25	28	-0.037	58	-1.27e-3	88
0.222	29	-0.036	59	-6.325e-4	89
0.196	30	-0.035	60	0	90

В плоскости Е:

Рис. 4. Диаграмма направленности в плоскость Е

Табл.2

F(θ)	θ	F(θ)	θ	F(θ)	θ
0.998	1	0.171	31	-0.033	61
0.994	2	0.148	32	-0.032	62
0.986	3	0.126	33	-0.03	63
0.975	4	0.106	34	-0.028	64
0.961	5	0.087	35	-0.027	65
0.944	6	0.07	36	-0.025	66
0.924	7	0.055	37	-0.023	67
0.902	8	0.041	38	-0.022	68
0.878	9	0.028	39	-0.02	69
0.851	10	0.017	40	-0.019	70
0.822	11	6.572e-3	41	-0.017	71
0.792	12	-2.3e-3	42	-0.016	72
0.76	13	-0.01	43	-0.015	73
0.727	14	-0.017	44	-0.013	74
0.692	15	-0.022	45	-0.012	75
0.657	16	-0.027	46	-0.011	76
0.622	17	-0.031	47	-0.01	77
0.585	18	-0.034	48	-9.031e-3	78
0.549	19	-0.037	49	-8.072e-3	79
0.513	20	-0.038	50	-7.165e-3	80
0.477	21	-0.04	51	-6.306e-3	81
0.442	22	-0.04	52	-5.491e-3	82
0.408	23	-0.041	53	-4.716e-3	83
0.374	24	-0.041	54	-3.976e-3	84
0.341	25	-0.04	55	-3.266e-3	85
0.309	26	-0.04	56	-2.582e-3	86
0.279	27	-0.039	57	-1.918e-3	87
0.25	28	-0.037	58	-1.27e-3	88
0.222	29	-0.036	59	-6.325e-4	89
0.196	30	-0.035	60	0	90