Расчёт антенны измерительной установки

Размещено на http://www.allbest.ru

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Рассчитать антенну измерительной установки

Технические условия

1. Ширина основного лепестка диаграммы направленности по уровню 0,5 в рабочем диапазоне:

а) в плоскости Е

б) в плоскости Н

2. Рабочий диапазон 2 см

3. Уровень 1-го бокового лепестка (по отношению к основному по мощности):

а) в плоскости Е -30 дБ

б) в плоскости Н -29 дБ

4. Поляризация поля линейная

5. Длина фидера минимальная

6. КСВ в тракте, не более 2

7. Устройство СВЧ: согласующее

8. Специальные требования: предусмотреть смену поляризации на ортогональную

2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Ширина диаграмм направленности в главных плоскостях различна, но отличаются они незначительно, отношение , поэтому в качестве зеркала можно использовать круглый параболоид вращения.

Далее антенная система должна разрабатываться как устройство, работающее в диапазоне частот.

Необходимо обеспечить необходимые уровни первых боковых лепестков в главных плоскостях.

Необходимо выбрать фидерный тракт и рассчитать устройство СВЧ (согласующее).

Кроме того, нужно выполнить специальные требования.

3. ВЫБОР ФУНКЦИИ АМПЛИТУДНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ В РАСКРЫВЕ ЗЕРКАЛА

Анализ ТЗ показывает, что в нашем случае возможно применение круглого зеркала, но как видно по данным, приведенным в [1, таблицы 2 и 1], видно, что применение круглого раскрыва нежелательно, поскольку при требуемом распределении поля в раскрыве для обеспечения заданного УБЛ получается очень низким значение КИП (около 0,56 в плоскости Е и около 0,8 в плоскости Н - суммарное значение около 0,65). При использовании прямоугольного раскрыва КИП в обеих плоскостях имеет значение больше 0,88 - суммарное значение более 0,75. Поскольку никаких жестких ограничений на конструкцию антенны нет, то будем считать это преимущество прямоугольного раскрыва перед круглым определяющим при выборе формы зеркала. Будем проектировать антенну с прямоугольной формой раскрыва зеркала.

Прежде проведем расчет для плоскости . Пользуясь таблицей 1 из [1], выбираем функцию распределения поля в раскрыве, позволяющую реализовать заданный уровень УБЛ =дБ.

нормированная координата вдоль раскрыва зеркала в рассматриваемой плоскости.

Для того чтобы определить величину скачка , линейно интерполируем приведенные в таблице 1 из [1] данные по зависимости , вблизи заданного нам уровня дБ. Результат интерполяции представлен на рисунке 1.

Рисунок 1

По графику можно определить, что необходимый уровень УБЛ соответствует .

Аналогичный вид распределения поля по раскрыву можно выбрать и в плоскости вектора . Интерполяция зависимости вблизи заданного УБЛ в плоскости представлена тоже на рисунке 1. Из графика видно, что нужно выбрать равным 0, 306.

Рисунок 2 Рисунок 3

На рисунках 2 и 3 показан вид распределений поля в главных плоскостях в раскрыве зеркала.

4. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ РАСКРЫВА

Для того чтобы определить размеры раскрыва, на центральной частоте рабочего диапазона см, линейно интерполируем по значениям, приведенным в таблице 1 из [1], зависимость коэффициента пропорциональности между шириной ДН по половинной мощности и размером раскрыва в рассматриваемой плоскости. Результаты интерполяции представлены на рисунке 4.

Рисунок 4

Как видно из графиков в плоскости , в плоскости . Тогда размеры раскрыва в плоскости и в плоскости . Или м, м.

5. РАСЧЕТ ДН И РАЗМЕРОВ ОБЛУЧАТЕЛЯ

Для получения линейно поляризованного поля и для максимально хорошей и удобной стыковки с фидером (в качестве которого используется прямоугольный волновод) будем использовать пирамидальный рупор.

Для нормированной ДН облучателя имеем выражение [1]:

координата определяется по

где - угол раскрыва, фокусное расстояние, расстояние от фазового центра облучателя (фокуса антенны) до поверхности зеркала, размер антенны в рассматриваемой плоскости (см рисунок 5).

Рисунок 5

Возьмем для начала угол раскрыва в плоскости . Тогда фокусное расстояние в плоскости , или в нашем случае м. Фокусное расстояние в плоскости положим равным , тогда угол раскрыва . Требуемые ДН облучателя в главных плоскостях представлены ниже на рисунке 6.

Рисунок 6

Численно определяем ширину ДН по уровню в каждой плоскости: и . Тогда по приближенным формулам из [1] можно рассчитать размеры раскрыва рупора:

или, подставляя численные значения, для центральной частоты имеем мм, мм. В заданном диапазоне длин волн (1,8 см) в качестве тракта можно использовать прямоугольный волновод стандартного сечения мм. Как видим, сечение раскрыва рупора больше, то есть применение такого облучателя возможно.

Необходимо рассчитать еще два размера рупора - длины рупора , в плоскостях и . Для расчета , имеем два условия - оптимальности рупора

и условие стыковки с волноводом:

где размеры волновода.

Но рассчитаем их позже, когда уточним размеры раскрыва рупора.

Теперь приближенно (без учета распределения фазы в раскрыве) построим ДН рупора в обеих плоскостях, и проверим ее соответствие требуемым ДН (рисунок 6). Для расчёта реальной ДН рупора, воспользуемся формулами из [1]:

В Е-плоскости

(14)

где - параметр; - модуль кэффициента отражения волны от раскрыва рупора; ; .

В Н-плоскости

 (15)

где .

На рисунках 7 и 8 - относительная мера отличия ДН измеряемая в . Как видно ДН отличаются незначительно лишь в некотором секторе углов, т.е. рассчитанные параметры рупора необходимо скорректировать. ДН облучателя после корректировки размеров рупора изображены на рисунках 7 и 8.

Рисунок 7

Рисунок 8

Отличие ДН не превосходит 7% во всем секторе углов раскрыва зеркала в обеих плоскостях. Для этого размеры рупора были скорректированы до следующих размеров мм, мм. Рассчитаем теперь высоты рупора и проверим условие оптимальности в обеих плоскостях.

Положим мм (при этом очевидно выполняется условие оптимальности в Е-плоскости).

Тогда мм.

Фазовая ошибка в плоскости Н , что допустимо для оптимального рупора.

Фазовый центр в плоскости

положение фазового центра в плоскости определяется по выражению

Прежде чем окончательно принять в качестве облучателя такой рупор, проверим удовлетворяет ли разница положений фазовых центров в главных плоскостях допуску на смещение фазового центра облучателя из фокуса зеркала

.

Таким образом, этот рупорный облучатель можно использовать в данном проекте.

6. РАСЧЕТ РЕАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ И ДН ЗЕРКАЛА