5.Расчёт геометрических размеров и характеристик излучения облучателя линзовой антенны.
a
bp
b
ap
Рисунок 6. Пирамидальный рупор.
Всякая
линзовая антенна состоит из двух основных
частей: облучателя и собственно линзы.
Облучателем может быть любой
однонаправленный излучатель. Важно,
чтобы большая часть энергии излучения
попадала на линзу, а не рассеивалась в
других направлениях. Так как облучатель
является важнейшим элементом линзовой
антенны, в значительной степени
определяющим ее параметры, то расчет
обычно начинается с выбора облучателя.
Основными критериями для его выбора
являются рабочая длина волны, требования
к диапазонности, тип фидера, величина
подводимой мощности. Облучатели в виде
открытого конца волновода или рупора
удобно использовать при больших мощностях
излучения. Они обладают также хорошими
диапазонными свойствами. Однако открытый
конец прямоугольного волновода обладает
разными диаграммами направленности в
плоскостях E и Н. От этого недостатка
свободны рупорные облучатели, где
имеется возможность почти независимой
регулировки диаграмм направленности
в плоскостях Е и Н путем подбора размеров
раскрыва рупора
и
1. Выберем размеры питающего волновода.
Размеры волновода выбираются исходя из условия распространения в волноводе волны основного типа (т.е. волны Н10) и отсутствия высших типов волн. Поэтому волновод, питающий пирамидальный рупорный облучатель, выберем по таблице «Технические данные прямоугольных волноводов » из приложения 3 [1] исходя из рабочей длины волны см.. Нам подходит тип волновода МЭК-120 с параметрами: а=19,05 мм, b=9,53 мм.
2. Рассчитаем значение функции направленности облучателя для фиксированного угла раскрыва линзы θ0:
, (5.1.)
где
- уровень поля на краю раскрыва,
определённый ранее.
Теперь определим размеры раскрыва рупора в Е- и Н-плоскостях по графикам, представленным на рис.10 и рис. 11 в [1]. Эти рисунки продублированы в приложении 1.
Из
рис. 10:
см.
Из
рис. 11:
см.
3. Рассчитаем радиальные длинны рупора.
Определим оптимальную длину прирамидального рупора R. Она рассчитывается исходя из условия отсутствия в раскрыве рупора фазовых искажений.
для Е-плоскости:
(5.2.)
см
Для Н-плоскости:
(5.3.)
см
Из двух рассчитанных значений выберем максимальное значение оптимальной длины рупора с тем, чтобы фазовые искажения в раскрыве не превысили допустимых величин, т.е. : R = 2,7 см.
4. Функция направленности (ДН) пирамидального рупорного облучателя в Е-плоскости определяется выражением:
(5.4.)
где
-
волновое число.
По результатам вычисления построим график, изображённый на рисунке 7. Результаты вычислений сведены в таблицу 3.
Таблица 3.
θ° |
|
θ° |
|
θ° |
|
θ° |
|
θ° |
|
1 |
0,999 |
22 |
0,648 |
43 |
0,137 |
64 |
-0,082 |
85 |
-0,099 |
2 |
0,997 |
23 |
0,620 |
44 |
0,120 |
65 |
-0,085 |
86 |
-0,098 |
3 |
0,992 |
24 |
0,594 |
45 |
0,102 |
66 |
-0,089 |
87 |
-0,096 |
4 |
0,986 |
25 |
0,567 |
46 |
0,086 |
67 |
-0,092 |
88 |
-0,095 |
5 |
0,978 |
26 |
0,540 |
47 |
0,071 |
68 |
-0,094 |
89 |
-0,094 |
6 |
0,969 |
27 |
0,513 |
48 |
0,057 |
69 |
-0,096 |
90 |
-0,092 |
7 |
0,958 |
28 |
0,486 |
49 |
0,042 |
70 |
-0,099 |
91 |
-0,090 |
8 |
0,945 |
29 |
0,459 |
50 |
0,030 |
71 |
-0,100 |
92 |
-0,089 |
9 |
0,931 |
30 |
0,433 |
51 |
0,017 |
72 |
-0,102 |
93 |
-0,087 |
10 |
0,916 |
31 |
0,407 |
52 |
0,006 |
73 |
-0,103 |
94 |
-0,085 |
11 |
0,900 |
32 |
0,381 |
53 |
-0,005 |
74 |
-0,103 |
95 |
-0,083 |
12 |
0,881 |
33 |
0,356 |
54 |
-0,015 |
75 |
-0,104 |
96 |
-0,081 |
13 |
0,862 |
34 |
0,331 |
55 |
-0,024 |
76 |
-0,104 |
97 |
-0,079 |
14 |
0,841 |
35 |
0,307 |
56 |
-0,034 |
77 |
-0,104 |
98 |
-0,077 |
15 |
0,820 |
36 |
0,283 |
57 |
-0,041 |
78 |
-0,104 |
99 |
-0,075 |
16 |
0,798 |
37 |
0,260 |
58 |
-0,049 |
79 |
-0,104 |
100 |
-0,073 |
17 |
0,774 |
38 |
0,238 |
59 |
-0,055 |
80 |
-0,103 |
101 |
-0,070 |
18 |
0,751 |
39 |
0,216 |
60 |
-0,062 |
81 |
-0,103 |
102 |
-0,068 |
19 |
0,725 |
40 |
0,195 |
61 |
-0,068 |
82 |
-0,102 |
103 |
-0,066 |
20 |
0,699 |
41 |
0,175 |
62 |
-0,073 |
83 |
-0,101 |
104 |
-0,064 |
21 |
0,674 |
42 |
0,156 |
63 |
-0,078 |
84 |
-0,100 |
105 |
-0,061 |
Рисунок 7. ДН пирамидального рупорного облучателя в Е-плоскости.
5. Функция направленности (ДН) пирамидального рупорного облучателя в Н-плоскости определяется выражением:
(5.5.)
где - волновое число.
По результатам вычисления построим график, изображённый на рисунке 8. Результаты вычислений сведены в таблицу 4.
Таблица 4.
θ° |
|
θ° |
|
θ° |
|
θ° |
|
θ° |
|
1 |
0,999 |
22 |
0,613 |
43 |
0,130 |
64 |
-0,027 |
85 |
-0,036 |
2 |
0,996 |
23 |
0,585 |
44 |
0,115 |
65 |
-0,030 |
86 |
-0,036 |
3 |
0,991 |
24 |
0,557 |
45 |
0,102 |
66 |
-0,032 |
87 |
-0,035 |
4 |
0,984 |
25 |
0,530 |
46 |
0,089 |
67 |
-0,033 |
88 |
-0,035 |
5 |
0,975 |
26 |
0,502 |
47 |
0,077 |
68 |
-0,034 |
89 |
-0,035 |
6 |
0,964 |
27 |
0,475 |
48 |
0,066 |
69 |
-0,035 |
90 |
-0,034 |
7 |
0,952 |
28 |
0,448 |
49 |
0,055 |
70 |
-0,036 |
91 |
-0,033 |
8 |
0,938 |
29 |
0,422 |
50 |
0,046 |
71 |
-0,037 |
92 |
-0,033 |
9 |
0,922 |
30 |
0,397 |
51 |
0,037 |
72 |
-0,038 |
93 |
-0,032 |
10 |
0,905 |
31 |
0,371 |
52 |
0,029 |
73 |
-0,038 |
94 |
-0,031 |
11 |
0,886 |
32 |
0,347 |
53 |
0,022 |
74 |
-0,038 |
95 |
-0,031 |
12 |
0,865 |
33 |
0,323 |
54 |
0,014 |
75 |
-0,038 |
96 |
-0,030 |
13 |
0,844 |
34 |
0,300 |
55 |
0,008 |
76 |
-0,039 |
97 |
-0,029 |
14 |
0,821 |
35 |
0,278 |
56 |
0,002 |
77 |
-0,039 |
98 |
-0,028 |
15 |
0,798 |
36 |
0,256 |
57 |
-0,003 |
78 |
-0,039 |
99 |
-0,028 |
16 |
0,773 |
37 |
0,236 |
58 |
-0,008 |
79 |
-0,039 |
100 |
-0,027 |
17 |
0,747 |
38 |
0,215 |
59 |
-0,012 |
80 |
-0,038 |
101 |
-0,026 |
18 |
0,722 |
39 |
0,196 |
60 |
-0,016 |
81 |
-0,038 |
102 |
-0,025 |
19 |
0,695 |
40 |
0,178 |
61 |
-0,019 |
82 |
-0,038 |
103 |
-0,024 |
20 |
0,668 |
41 |
0,161 |
62 |
-0,022 |
83 |
-0,038 |
104 |
-0,023 |
21 |
0,640 |
42 |
0,146 |
63 |
-0,025 |
84 |
-0,037 |
105 |
-0,023 |
Рисунок 8. ДН пирамидального рупорного облучателя в Н-плоскости.