Коэффициент усиления антенны с учетом неточности изготовления зеркала:

При практической реализации зеркало антенны всегда выполняется с некоторыми погрешностями. Отклонение профиля реального зеркала от идеального при правильно организованном технологическом процессе, как правило, имеет случайный характер. Максимальная величина случайной ошибки определяется уровнем технологии и для зеркальных антенн с вероятностью 99% может быть определена следующим образом:

n=3 для обычного серийного производства;n=4…5 – при специальной технологии.

Можно считать, что отклонение профиля подчиняется нормальному закону распределения с нулевым средним значением и дисперсией ()². При этом с вероятностью 99% максимальное отклонение профиля равно:

Дисперсия фазовой ошибки в раскрыве, обязанная случайному характеру , равна:

²=0,002 приn=3.

С учетом этого коэффициент усиления зеркальной антенны будет равен:

G=596,5.

Расчет фидерного тракта антенны.

Параметры прямоугольного волновода:

В сантиметровом диапазоне волн в качестве фидерной линии применяют прямоугольные волноводы с волной Н₁₀. Выбирая размеры поперечного сечения волновода, исходят из условия нахождения основной волны Н₁₀в докритическом режиме, а высших типов волн, в частности Н₂₀и Н₀₁, в закритическом режиме.

При этом критическая длинна волны определяется так: _кр=2а.

Размер широкой стенки волновода: 0,6<a<0,9; 2,4см<a<3,6см;a=3см.

Размер узкой стенки волновода: b</2;b<2см;b=1,5см.

Толщина стенок 1,5мм.

Поперечное сечение такого волновода имеет вид:

Максимальная (предельная) мощность, пропускаемая волноводом с волной Н₁₀, определяется соотношением:

_{Епред=30 кВ/см – напряженность электрического поля, при которой происходит пробой в воздухе.}

Р_пред 2 МВт.

Допустимой мощностью называют предельную мощность пропускания, умноженную на коэффициент запаса электрической прочности, учитывающий неоднородности, вызывающие местные концентрации электрического поля, климатические факторы и наличие стоячей волны. Допустимая мощность Р_допопределяется как: Р_доп = (1/3…1/5)Р_пред.

Р_доп=400 кВт.

При повороте волновода на 90⁰, производить скругление изгиба не требуется, так как данная антенна работает в достаточно узкой полосе частот.

Параметры круглого волновода:

Осевая симметрия поля, необходимая для сохранения постоянства передачи электромагнитной энергии при вращении подвижной части волноводного тракта относительно неподвижного, имеется в круглых волноводах с симметричными волнами типа Е₀₁и Н₀₁.

Поперечное сечение такого волновода имеет вид:

Из-за сложности возбуждения волны Н₀₁в круглом волноводе в чистом виде (одновременно возбуждаются волны типа Н₁₁, Е₀₁, Н₂₁,Е₁₁) использование вращающихся сочленений на основе данного типа волны не получило широкого практического применения.

Диаметр основного круглого волновода сочленения Dопределяется из условия распространения волны Е₀₁(D>0,76) и затухания высших типов волн (D<0,97), т.е.

3,04 см <D< 3,88 см

D= 3,82 см.Rв = 1,91 см.

Проверка круглого волновода на максимальную пропускаемую мощность не производится, так как в прямоугольном волноводе с волной Н₁₀электрический пробой наступает быстрее, чем пробой в круглом волноводе при любом типе волны.

_1=6,7 см;_1=5,1см – длины волн в круглом волноводе.

Дроссельно-фланцевые соединения:

Для соединения отрезков волноводных линий передачи используются дроссельные соединения в круглых, вращающихся друг относительно друга, волноводах и контактные фланцевые соединения в прямоугольных волноводах.

В качестве дроссельной секции в круглом волноводе применяется полуволновая замкнутая линия, состоящая из двух параллельных четвертьволновых участков, длиной _1,68см., с разными волновыми сопротивлениями. Использование притертого фланца при тщательной обработке и строгой параллельности фланцевых поверхностей позволяет получить в месте соединения двух отрезков волноводных линий хороший электрический контакт.

Переход от прямоугольного волновода к круглому:

Для согласования волнового сопротивления прямоугольного волновода с круглым волноводом используются индуктивные диафрагмы, которые впаиваются с двух сторон в прорези в узких стенках прямоугольного волновода, емкостные диафрагмы в виде кольцевого выступа в круглом волноводе, индуктивные штыри, впаиваемые в прорези в широкой стенке прямоугольного волновода, положение и размеры которых подбираются экспериментально.

Подавление паразитных типов волн:

При переходе от прямоугольного волновода с волной Н₁₀к круглому волноводу в последнем возникают волны: рабочая - Е₀₁и более низкая паразитная - Н₁₁. Волна Н₁₁имеет несимметричную структуру поля и её энергия в круглом волноводе равна1%, поэтому необходимы специальные устройства для гашения этой волны (допустимое содержание паразитных волн составляет 0,1%). В конструкциях таких сочленений для подавления паразитных волн широко применяют «гасящие объемы» и резонансные кольца.

Схема сочленения с резонансными кольцами имеет вид:

Схема установки резонансных колец в круглом волноводе:

Принцип действия резонансных колецзаключается в следующем. Линии электрического вектора перпендикулярны кольцу, поэтому при точной ориентировке кольца в волноводе в нем не возбуждаются токи и волна Е₁₀распространяется без потерь. В то же время волна Н₁₁возбуждает в кольце токи, имеющие резонанс при длине кольца, равной длине волны в воздухе. Текущие в кольце токи возбуждают в волноводе волну типа Н₁₁с фазой поля, сдвинутой на 180⁰по отношению к фазе возбуждающего поля. Поэтому в круглом волноводе за кольцом поля волны Н₁₁взаимно уничтожаются.

r₀ = 0,075 см - радиус круглой проволоки для изготовления колец.

r= 0,8 см – внутренний радиус кольца.

L=(2n+1)_- расстояние между фильтрующими кольцами;n=1,2….

L=6,4 см.

Расстояние от кольца до дна основного круглого волновода выбирается из конструктивных соображений. Так как оно больше четверти длины волны Н₁₁, то практически не влияет на резонансную частоту кольца.

L1=n*_- расстояние от кольца до дна основного круглого волновода; n=1,2….

L1=2,55 см

Список литературы.

1. Расчет антенн СВЧ. Пособие к курсовому проектированию под редакцией Воскресенского Д. И, часть 1. МАИ, 1970.

2. Расчет антенн СВЧ. Пособие к курсовому проектированию под редакцией Воскресенского Д. И, часть 2. МАИ, 1973.

3. Пономарев Л. И. Апертурные антенны СВЧ. МАИ, 1983.

4. Расчет и конструирование вращающихся сочленений. Пособие к курсовому проектированию под редакцией Мякишева Б. Я. МАИ, 1962.

5. Фельдштейн, Явич. Справочник по элементам волноводной техники. «Советское радио», 1967.

6. Воскресенский, Гостюхин, Пономарев, Максимов. Антенны и устройства СВЧ. МАИ, 1999.