Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1259 вузов, 4592 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

АФУ

.pdf
Скачиваний:
60
Добавлен:
17.03.2015
Размер:
2.95 Mб
Скачать
☆

Рассмотрим открытый конец прямоугольного волновода:

Электромагнитную энергию будем передавать основным типом колебаний.( вдоль широкой стенки одна полуволна, вдоль узкой нет полуволн(распределено равномерно)).

Структура поля нам известна:

Hz

Hmz cos

m

x cos

n

y cos ωt βz ; 1

a

 

 

 

 

в

Апертуру открытого конца волновода можем разбить на элементарные площадки, применим правило перемножения диаграмм:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A y const,

 

 

 

 

 

 

F F1

Fсист. ;

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

Ф x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A x cos

 

x .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

Для излучающей элементарной площадки ДН:

 

 

F

1

 

 

1 cos ; 5 F

 

 

 

 

 

sin E

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

сист.

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поставим в (2) получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

1 cos

 

sin E

 

 

 

 

 

 

в

 

 

6

 

 

E

 

 

,

E

 

 

sin ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F H

 

1 cos

 

cos H

 

 

 

, H

a

 

sin ; 7

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из теории волноводов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a 0,7 ,

в 0,32 ; 2 0,5H

 

 

68

 

75...800;

2 0,5E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф y 0; 4

51 120...1300;

в

Открытый конец волновода позволяет сформировать веерную ДН. КНД рассчитывается. Плохое согласование.

0,25

4

Dm 2 a в A; 8 A 0,84;

Dm 2,4. Kсв 1,6 1,9. Z1 560 590Ом, Z0 377Ом;

Рис. 4

Z1-поперечное сопротивление. Z0-сопротивление свободного пространства. Плохое согласование. Причина в том что в волноводе волна плоская, в свободном пространстве волна сферическая. Возможно, сузить ДН волновода, если напаять фланцы 0,25 . Затекание то-

ков на фланцы, образуют поля, которые за счет интерференции позволяют сузить ДН, но незначительно. Поэтому такие антенны используются в виде облучателей более сложных антенн или как элементарные излучатели в ФАР.

Рассмотрим круглый излучающий раскрыв:

Амплитудное и фазовое распределение:

Вдоль H, косинусоидальноераспределени, в данной сис-

теме координат:

Фазовая запитка синфазна:

ДН в плоскости E:

- функция. I1-функция Бесселя 1го рода. ДН в плоскости H:

I1 I0 1 I1 ;

2

Ширина ДН:

 

 

o

59 73

 

0

0,5P

 

60 80 ; Вид ДН будет игольчатым.

2a

КНД:

2AГ A 0,9 42 a2; 11 A 0,9; Kсв 1,2 1,3;

Укруглого раскрыва согласование лучше чему открытого конца волновода:

Ширина ДН сопоставима с элементарным вибратором, те широкая. Можно использовать в качестве облучателей более сложных систем, например зеркальных антенн.

H-cекториальный рупор.

Если мы начнем расширять стенки волновода. АФР не изменяется.

Размеры рупора:

б)

Расширение широкой стенки волновода приводит к трансформации из волны плоской в сферическую волну. Таким образом, осуществляется согласование с окружающей средой. Фазовые и амплитудные распределения.

Фазовое распределение теперь квадратичное. Т.к. расширяем стенку и по краям фаза запаздывает Фазовая скорость (скорость

перемещения точки, обладающей постоянной фазой колебательного движения, в пространстве вдоль заданного направления):

Vф

 

C

 

; 12

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

Фактически:

Zвр Z0;-хорошее согласование.

Амплитудное распределение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

A x cos

x ; 13

A ~

 

 

 

; A y 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ap

 

 

 

 

 

 

 

 

Фазовое распределение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф y 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глубина рупора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

x Rн; Ф x

k Rн k

Rн x

 

 

Rн

k

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Rн

Минус, потому что происходит фазовое распределение на краях.

Фазовое распределения является квадратичным:

Ф x x2 ; 14

Rн

Максимальное отклонение:

 

 

 

 

 

 

a

p

 

a

p

 

 

a

2

 

при x

 

, Ф

Ф

 

 

 

 

p

; 15 ”-”обусловлен запаздыванием на краях ру-

 

 

2

 

 

2

m

 

 

 

4 R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

пора.

Используя теорию о непрерывной системе излучателей, получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

ap

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

A x e jФ x

e jkx sin

dx

; 16

 

f

c

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ap

 

 

 

 

 

Используя (2,5)

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

A y e jФ y dy

 

 

 

 

 

C

y

 

 

; 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cy-const, так как от координаты yничего не зависит.

Расширять рупор до бесконечности нельзя из за квадратичного фазового распределения.

 

Фm

 

 

3

;(18)

Рис. 7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

Оптимальные размеры рупора:

 

ap

 

 

R

H

 

; 19

(14, 18)

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

опт.

 

 

Результат расчетов параметров H- секторального рупора. (веерная ДН).

Зависимость КНД от отношения ap .

E-cекториальный рупор.

Плавно расширяется узкая стенка волновода. АФР:

"E" A y 1; Ф y y2 ;

RE

"H" A x cos x ; Ф x 0;

a

Множитель системы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вp

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

 

fcE Cx

 

 

A y e jФ y e jky sin dy

; 20 Cx

 

A x

e jФ x dx

 

; 21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вp

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

p

 

 

 

в

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф Ф

 

 

 

 

 

p

; 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

2

 

 

 

4 RE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДН:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фазовое распределение сказывается-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сильнее чем в H- секториальном ру-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

поре.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2R

E

 

; 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф

m

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

опт.

 

 

 

 

 

 

Результат расчетов параметров E- секторального рупора. (веерная ДН)

Зависимость КНД от отношения bp .

Для того чтобы улучшить согласование с окружающим пространством,сформировать игольчатую ДН используются рупорные антенны.

КНД считают используя ряд практических формул:

D 0,1DH DE ; Dm

16

RE RH

; RE RH

Rопт. Dm 15

Rопт.

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вид ДН:

Довольно активно в системах спутниковой связи используют конический рупор:

4.2. Линзовые антенны.

Дальнее сужение ДН мб осуществлено при помощи линзовых антенн. Используются в сантиметровых и дециметровых диапазонах волн. Принцип работы линзовых антенн: Ускоряющая линза: В точках 1 и 2 скорость необходимо увеличивать, чтобы выровнять фронт волны.

Замедляющая линза: В точке 3 скорость необходимо уменьшить, чтобы выровнять фронт волны.

В качестве линзы можно использовать диэлектрик, металодырчатые, металлопластинчатые линзы. Линзовые антенны предназначены для приема, излучения электромагнитных волн с узкой ДН.

Классификация линзовых антенн:

1)Замедляющие линзы VФ C;n 1;

Диэлектрическая линза(рис 3а), диэлектрическая дырчатая линза(рис 3а низ). Метало диэлектрическая линза.

2)Ускоряющие линзы VФ C;n 1;

Металодырчатые, маталопластичные линзы(Eплоскостные, H плоскостные линзы) (Рис 3(б,г)

3)Геодезические линзы VФ C;n 1;(металовоздушные рис 3в, метал-

лические платины изменяют путь прохождения волны)

4)Неоднородные линзы n;Люниберга, линзы Рейнхарта.

Профиль замедляющих и ускоряющих линз. Зонирование линз. Замедляющая линза:

VФ C;n 1;

Для выравнивания фазового фронта необходимо, чтобы время прохождения расстояние до апертуры в центре и на краях должно быть одинаково:

f

 

d

 

r

 

t

C

 

 

 

C

 

C

Vф

 

 

Vф

 

 

 

 

f d

C

 

r t

C

;(1)

 

 

Vф Vф

Учтем:

C n,

Vф

Vф

 

C

 

,

 

 

 

 

 

 

 

λ 2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

f d n r t n; 2 r f d n t n f n d t ; 3

Рассмотрим треугольник FKO:

f d t

 

cos , 4

f d t r cos , 5

r

 

 

 

 

 

 

d t r cos f, 6 3 r f n r cos nf, 7

Решая относительно r

 

 

r f

n 1

 

. 8 Каноническое уравнение гиперболы. Гиперболоид вра-

n cos 1

 

 

 

 

 

 

щения. Гиперболический цилиндр. Профиль Замедляющей линзы это гиперболический цилиндр или гиперболоид вращения.

Ускоряющая линза.

VФ C;n 1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика расчета аналогичная:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r f

 

1 n

;(9)уравнение эллипса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ncos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вращения (эллиптический цилиндр).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

r

 

t

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

C

Vф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f r t

C

 

;(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учтем:

C

n,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vф

 

 

 

 

 

 

Vф

 

 

C

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f r t n; 2 r f t n 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрим треугольник FKO:

f t

 

cos , 4 t f

r cos

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим вместо tв уравнение (3) и решая относительно r(тетта)=>

r f

 

1 n

;(9)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ncos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности