1. Расчет коэффициента усиления передающей антенны

Используя энергетику радиолинии Земля-ИСЗ, сначала определяют величину коэффициента усиления у бортовой передающей антенны . Для этого в уравнение передачи для радиолинии -типа надо подставить значения величин.

P_вх.пр= p_{пер пер пр ,}

Коэффициенты полезного действия (КПД) фидерного тракта со стороны передачи и приема и определяются с использованием соотношения вида: , где α – заданные потери в фидерных трактах, отсюда

– длинна волны.

Положим КИП = 0.7, тогда КНД проектируемой антенны:

2. Расчет параметров антенны Кассегрена

По известному КНД антенны D_пер, найдем диаметр большого зеркала: , где S – площадь раскрыва большого зеркала, отсюда – диаметр большого зеркала.

Диаметр вспомогательного зеркала выберем из соотношения

Наиболее употребительные значения эксцентриситета гиперболоида лежат в пределах , возьмем , теперь по формуле определим фокусное расстояние параболоида .

Из формулы найдем половину угла раствора параболоида

Угол облучения краев малого зеркала по формуле (5):

Из формулы определим фокусное расстояние вспомогательного зеркала:

Рассчитаем расстояние между фокусами гиперболоида:

3. Расчет облучателя проектируемой антенны

В качестве облучателя проектируемой антенны используется конический рупор.

Для получения максимального значения КНД, небольших фазовых искажений и диаграммы направленности, близкой к асимметричной, ширина диаграммы направленности по уровню -10 дБ должна удовлетворять условию:

,

где ( – угол облучения краев малого зеркала);

Отсюда a – радиус раскрыва рупора

Диаграмма направленности рупора в плоскости H и в плоскости E без учета отраженной от раскрыва рупора волны определяется следующими соотношениями:

ДН в плоскости H: ,

где ; a – радиус раскрыва.

Рисунок 3 – отнормированная ДН в плоскости H

ДН в плоскости Е: ,

где – лямбда-функция;

– функция Бесселя первого порядка, .

Рисунок 4 – отнормированная ДН в плоскости E

Длина оптимального конического рупора связана с диаметром его раскрыва и длиной волны следующим соотношением:

.

К рупорному облучателю необходимо также рассчитать возбуждающее устройство. Выбор радиуса круглого волновода R производится из условия распространения в волноводе только основного типа волны H₁₁

Подвод питания к круглому волноводу осуществить коаксиальным кабелем. При расчете возбуждающего устройства необходимо определить расстояние от конца волновода до вибратора:

, где ; _,

длину стакана от вибратора – до раскрыва круглого волновода,

; _,

Радиус круглого волновода:

Рассчитаем действующую и геометрическую длину вибратора:

,

при условии, что сопротивление излучения вибратора: Ом = R_вх.

4. Расчет дн спроектированной антенны

Для расчета диаграммы направленности антенны следует исходную двухзеркальную антенну заменить эквивалентной однозеркальной антенной, а затем определить распределение амплитуд поля по раскрыву этого эквивалентного зеркала и, в заключение, по нему рассчитать форму диаграммы направленности антенны, при этом диаметр эквивалентного зеркала равняется диаметру большого зеркала двухзеркальной антенны, т.е. , а фокусное расстояние определяется из выражения:

.

Распределение амплитуды поля по раскрыву эквивалентного зеркала определяется графическим способом с использованием ДН. После его построения на раскрыве зеркала следует выполнить аппроксимацию этого распределения некоторой аналитической функцией. Лучше всего для этой цели подходит аппроксимация:

.

После определения коэффициентов и диаграмма направленности антенны определяется из соотношения:

,

где – лямбда-функция n-порядка, ,

– угол, отсчитываемый от нормали к поверхности зеркала.

Для вычисления надо использовать соотношение:

,

где – функция Бесселя n-го порядка, .

Для нахождения коэффициентов а₂ и а₄ нужно решить систему уравнений: , где и находятся с помощью и по ДН

Рисунок 5 – нахождение и по ДН

При и коэффициенты равняются:

Рисунок 6 – ДН антенны

По рассчитанной ДН следует оценить уровень первого бокового лепестка и ширину главного лепестка и .

,

По рассчитанной ДН определяется КНД антенны ,

где – ширина ДН по нулевому уровню (в радианах).

Затем рассчитываются: результирующий КИП раскрыва ( ):

D = ,

где S = π - площадь раскрыва;

Из условия нормированная напряженность поля на краю раскрыва: , тогда апертурный КИП будет равен:

Коэффициент защитного действия антенны, т.е. отношение полей в обратном и главном направлениях определяется преобразованным выражением:

По полученным данным строится чертеж двухзеркальной антенны Кассегрена с учетом конического рупора (облучателя).

Рисунок 7 – схема антенны Кассегрена

Заключение

В результате проведенной работы была спроектирована двухзеркальная параболическая антенна для приема спутникового телевидения. Рассчитаны геометрические размеры антенны и ее излучающих элементов.

На этом выполнение курсовой работы окончено.

Москва 2025