4.4 Розрахунок конструкції антени і її геометричних розмірів

Коефіцієнт використання поверхні розкрива для РПА v=0.6-0.75

Коефіцієнт спрямованої дії визначається зі співвідношення:

Знайдемо звідси S: (беремо максимальну довжину хвилі, для того щоб задовольнити умові передачі сигналів на двох різних частотах)

Ефективна площа антени:

Перейдемо до безпосереднього розрахунку розмірів конструкції антени.

Задамося кутом розкриву. При цьому позначення розмірів приймемо відповідно рис.5.

Рис.5 Позначення розмірів РПА

При великому куті розкрива погіршується узгодження й збільшується нерівномірність амплітудного розподілу поля в розкриві РПА по вертикалі. Тому вибирають у межах 25⁰-45⁰. Приймемо =30⁰.

Для одержання рівних середніх розмірів розкрива РПА у вертикальній і горизонтальній площинах, радіуси розкрива будемо визначати по формулах:

[1,стор. 92]

[1,стор. 92]

Розрахуємо їх:

Визначимо фокусну відстань РПА:

[1,стор. 92]

Розрахуємо горизонтальні розміри розкрива:

[1,стор. 97]

[1,стор. 97]

Розрахуємо їх:

Для запобігання попадання вологи в антену, її розкрив закриєм вологостійкою кришкою з пінопласту. Щоб зменшити відбиття від кришки, виконаємо її радіопрозорою. Для цього її товщину необхідно розрахувати по формулі:

[3,стор. 166]

,де: n=1,2,3,...;-відносна діелектрична проникність матеріалу кришки.

У якості матеріала для кришки виберемо пенополивинилхлорид відносна діелектрична проникність якого =2,4.

Розрахунок товщини кришки проведемо для середнього значення довжини хвилі ,при цьому для забезпечення необхідної міцності кришки нам цілком вистачить значення n=2

5. Розрахунок параметрів і характеристик антени

5.1. Характеристики направленості антени

Характеристики направленості РПА в першому наближенні можна розраховувати в площинах Е и Н відповідно по формулах антени із прямокутним розкривом. При цьому розміри розкрива приймають рівними:

• у вертикальній площині R₂-R₁;

• у горизонтальній 0,5(А₁+А₂).

Ширина дн:

1. На верхній частоті ()

У площині Н (приймаючи косинусоїдальний розподіл):

- ширина ДН в Н

Де L – розмір рупора в Н площині.

У площині Е (прийнявши рівноамплітудний розподіл):

- ширина ДН в Е

[1,стор. 92] Де ,.

Де L – розмір рупора в E площині.

L = 4,1 м для Е і Н площин.

У прямокутній системі координат:

Рис.6 ДНА в Е-площині

Тут в Е-площини рівень бічних пелюстків.

У полярній системі координат:

Рис.7 ДНА в Е-площині в полярних координатах

Для Н-площини використовується наступна формула:

(11)

У прямокутних координатах маємо графік:

Рис.8 ДНА в Н-площині в прямокутних координатах

У полярних координатах:

Рис.9 ДНА в Н-площині в полярних координатах

У Н-площині рівень бічних пелюстків.

6. Вибір схеми й конструкції живлення антени

6.1. Визначення типу системи живлення

В якості живлючого хвилеводу ,а також для забезпечення лінійної поляризації використовуємо прямокутний хвилевід . Відомо, що основною хвилею лінії такої конструкції є Н₁₀.

Розрахунок прямокутного хвилеводу

Для поширення у прямокутному хвилеводі тільки хвилі H₁₀ внутрішній перетин прямокутного хвилеводу вибирають із умов:

0,95λ_мін≥а≥0,525λ_{мах ;}

b<0,5λ_мін

Із стандартизованої лінійки прямокутних хвилеводів (http://www.cskz.ru/UserFiles/File/GOSTs/Trub/gost20900-75.pdf - 4 сторінка) вибираємо такий, що відповідає такій умові: a x b - 90х45 мм

Розрахунок загасання у прямокутному хвилеводі:

Раніше було розраховано висоту розміщення станції над поверхнею Землі: .Розрахуємо загасання у відрізку прямокутного хвилеводу довжиною 60.89м:

Тобто значення затухання амплітуди не перевищує 6 % відносно амплітуди сигналу на вході хвилеводу. Такий показник доволі прийнятний, але зазначимо, що це досягнуто збільшенням собівартості матеріалів для виготовлення радіолінії з міді

7. Розрахунок рупорного переходу

В якості опроніючого пристрою РПА візьмемо пірамідальний рупор. Пояснення такого вибору:

• можливість формувати ДН різної ширини;

• широкодіапазональність

• простота конструкції.

На наведеному нижче малюнку показана конструкція пірамідального рупора з відповідними позначеннями.

Рис. 12. Розміри пірамідального рупора

Враховуючи попередні розрахунки геометричних параметрів РПА маємо, що:

Необхідно врахувати відбиття в рупорі, які виникають у двох перетинах: у розкриві рупора (Г1) і в горловині (Г2). Розрахуємо ці обидва коефіцієнти.

,

де :

k=49.8 рад/м;

γ=45.5 рад/м;

Г1= 0.047

Обчислимо коефіцієнт відбиття від горловини рупора:

де Ze- еквівалентний опір:

Ом

де -довжина хвилі у хвилеводі

Отже Г2 = 0.05.

Розрахуємо перехід: (перехід від прямокутного хвилеводу до квадратного рупора)

Де L береться (6..8)*, в даному випадку це