Курсовая работа: Проектирование антенны СВЧ – параболическая однозеркальная с двухщелевым облучателем

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский федеральный университет»

Институт инженерной физики и радиоэлектроники

Кафедра «Радиотехника»

Курсовой проект

Проектирование антенны СВЧ - параболическая однозеркальная с двухщелевым облучателем

Преподаватель Рязанцев Р.О.

Студент РФ15-34

Мутовин А.А.

Красноярск 2019

Содержание

1. Техническое задание

1.1 Требования к проектируемой антенне

1.2 Патентный поиск

2. Анализ технического задания

3. Выбор и расчет антенно-фидерного устройства

3.1 Расчет размеров облучателя

3.2 Определение необходимого ослабления амплитуды поля на краях зеркала

3.3 Выбор облучателя и угла раскрыва зеркала

3.4 Нахождение диаметра параболоида

3.5 Определение фокусного расстояния

3.6 Расчет профиля параболы

3.7 Нахождение поля излучения антенны

3.8 Нахождение поля в раскрыве антенны

3.9 Определение поля излучения

4. Расчет параметров спроектированной антенны

5. ЭМС и экология

Вывод

Список использованных источников

1. Техническое задание

1.1 Требования к проектируемой антенне

Таблица 1. Входные данные для проекта

Таблица 2. Данные для расчета антенны

1.2 Патентный поиск

Перед началом теоретических расчетов по техническому заданию был осуществлен патентный поиск согласно заданной теме.

Патент РФ 2273921, дата подачи заявки 2004-02-18

Облучатель параболической антенны

Реферат:

Изобретение относится к антенной технике и используется в системах связи и телевизионного приема, эксплуатируемых на наземных и спутниковых радиолиниях. Технический результат заключается в адаптировании к различным зеркалам и обеспечении управления диаграммой направленности, а также в повышении коэффициента усиления антенны за счет более полного использования поверхности зеркала. Сущность изобретения состоит в том, что между ортогональными симметричными вибраторами и крестообразным контррефлектором на расстоянии от последнего на цилиндрической штанге установлено металлическое кольцо радиусом и шириной , расположенного поверх радиопрозрачного защитного кожуха. Расстояние при настройке антенны по максимуму коэффициента усиления в зависимости от геометрических параметров зеркала варьируется в пределах .

Известны вибраторные облучатели, питаемые при помощи коаксиальных линий. Несмотря на простоту, данные облучатели по направленным свойствам не адаптированы к размерам параболических антенн, а поэтому не обеспечивают полной засветки их внутренней поверхности. Вследствие снижения коэффициента использования поверхности зеркала из-за неравномерности его облучения не удается полностью реализовать энергетический потенциал антенны.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание облучателя параболической антенны с управляемой диаграммой направленности, адаптируемого к различным зеркалам и обеспечивающего повышение коэффициента усиления антенны за счет более полного использования поверхности зеркала.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой конструкции облучателя. Он состоит из ортогональных симметричных вибраторов с крестообразным контррефлектором, закрепленных на оси зеркала. Облучатель снабжен металлическим кольцом, установленным между вибратором и контррефлектором.

Размещение пассивного элемента в форме кольца в непосредственной близости от симметричных вибраторов изменяет распределение тока вдоль плеч, а соответственно и характеристику направленности облучателя, адаптируя ее под геометрические размеры зеркала.

На рисунке 1 показан общий вид облучателя параболической антенны, где

1 - система ортогональных вибраторов;

2 - цилиндрическая штанга;

3 - контррефлектор;

4 - защитный кожух;

5 - металлическое кольцо;

6 - коаксиальный кабель;

7 - узел крепления

Рисунок 1. Общий вид облучателя

На рисунке 2 показан общий вид параболической антенны с предлагаемой конструкцией.

Рисунок 2. Общий вид параболической антенны с облучателем

2. Анализ технического задания

Согласно техническому заданию, в данном курсовом проекте необходимо рассчитать однозеркальную параболическую антенну с двухщелевым облучателем. При этом необходимо обеспечить заданные параметры ширины диаграммы направленности и уровня боковых лепестков на рабочей частоте антенны.

Зеркальная параболическая антенна состоит из металлической поверхности, выполненной в виде параболоида вращения и небольшой слабонаправленной антенны - облучателя, установленной в фокусе параболоида и облучающей внутреннюю поверхность зеркала.

Двухщелевой облучатель представляет собой Т-образный волновод с двумя параллельным щелями. Наличие двух щелей позволяет увеличить направленность антенны.

Щелевой облучатель удобен при работе в короткой части сантиметрового диапазона (5 см и ниже).

Основной задачей курсовой работы является: теоретическое определение параметров антенны, расчет профиля зеркала, расчет поля в апертуре зеркал, построение нормированной ДН антенны, выбор фидерного устройства, оптимизация геометрии антенны.

3. Выбор и расчет антенно-фидерного устройства

3.1 Расчет размеров облучателя

Частота излучаемого сигнала ГГц, соответственно длина волны м. Облучатель выполняется на основе -плоскостного волноводного Т-разветвителя. Разветвление при этом осуществляется в плоскости вектора волны .

Рисунок 3. Эскиз двухщелевого облучателя

Выберем стандартный волновод по заданному рабочему диапазону волн. Обычно размер широкой стенки выбирается равным примерно . Размер узкой стенки выбирают равным . То есть получаем мм; мм. Выбираем тип волновода WR-51 с размерами 13.0 x 6.5 мм.

Длина щели в облучателе выбирается равной мм.

Расстояние от щели до стенок должно быть равным . Так как используем волну , то критическая длина волны для данного типа колебаний мм. Длины волны в волноводе вычисляется как

мм.

Получаем мм.

Расстояние между щелями выбирается как в обычных антенных решетках мм.

Ширина щели выбирается из условия отсутствия электрического пробоя при заданной величине мощности излучения:

где - пробивное значение напряженности поля в материале щели. Для воздуха . - максимальное напряжение на щели, равное

Тогда

3.2 Определение необходимого ослабления амплитуды поля на краях зеркала