Проектування дзеркальної антени НВЧ

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут радіотехніки, зв’язку і приладобудування

Факультет радіотехніки і телекомунікацій

Кафедра радіотехніки

Розрахунок дзеркальної антени

Курсова робота

з дисципліни „Пристрої НВЧ і антени”

08-17.00_.000.00. ПЗ

Керівник доц., к.т.н. В.В. Чернига

“_____”____________200__р.

Студент гр.

“_____”____________200__р.

Вінниця ВНТУ 200_

Зміст

Технічне завдання...........................................................................

Перелік скорочень...........................................................................

Вступ.................................................................................................

Розрахунок дзеркальної антени......................................................

1. Вибір опромінювача і його розрахунок.....................................

1.1. Обгрунтування вибору опромінювача і його ДС...................

1.2. Коефіцієнт спрямованої дії опромінювача.............................

1.3. Середня довжина хвилі діапазону...........................................

2. Розрахунок параболоїда...............................................................

2.1. Кут розкриву дзеркала..............................................................

2.2. Діаметр антени...........................................................................

2.3. Фокусна відстань.......................................................................

2.4. Профіль параболи......................................................................

2.5. Поле в розкриві антени.............................................................

2.6. Діаграма спрямованості антени...............................................

2.7. Коефіцієнт використання поверхні.........................................

2.8. Коефіцієнт корисної дії............................................................

2.9. Коефіцієнт спрямованої дії......................................................

2.10. Коефіцієнт підсилення............................................................

3. Коефіцієнт стійної хвилі в фідері...............................................

Висновки...........................................................................................

Список використаних джерел.........................................................

Додаток.............................................................................................

Технічне завдання

Виконати розрахунок дзеркальної антени.

Робочий діапазон частот: FН =1,9ГГц, FВ =2,1 ГГц;

Ширина діаграми спрямованості: 2Θ0,5 =8˚;

Поляризація горизонтальна;

Потужність, яка підводиться до антени: Р=5 Вт;

КСТU в фідері не більше 1,5;

Рівень збудження на краю розкриву становить 10 дБ

відносно середини розкриву;

Розробити конструкцію антени.

Перелік скорочень

АФП – антенно-фідерний пристрій;

ДС – діаграма спрямованості;

КВП – коефіцієнт використання поверхні;

ККД – коефіцієнт корисної дії;

КСД – коефіцієнт спрямованої дії;

КСТU – коефіцієнт стійної хвилі;

ТЗ – технічне завдання.

Вступ

Найбільш поширеними гостроспрямованими антенами є дзеркальні параболічні антени. Їх широке застосування в самих різноманітних радіосистемах пояснюється простотою конструкції, можливістю отримання різних видів ДС, високим ККД, діапазонними властивостями та ін.

Дзеркальними називаються антени у котрих поле в розриві формується в результаті відбиття електромагнітної хвилі від металевої поверхні спеціального рефлектора (дзеркала). Джерелом електромагнітних хвиль зазвичай є елементарна антена, що називається опромінювачем. Саме дзеркало і опромінювач є основним елементом антени.

1 - дзеркало; 2 - опромінювач; 3 - сферичний фронт хвилі опромінювача; 4 - плоский фронт хвилі,

відбитої від дзеркала, 5-діаграма спрямованості опромінювача; 6 - діаграма спрямованості дзеркала.

Рисунок 1. Принцип дії дзеркальної антени.

Принцип дії найпростішої дзеркальної антени ілюструється на рис. 1. Точковий опромінювач (наприклад, маленький рупор), розташований у фокусі параболоїда, створює в поверхні дзеркала сферичну хвилю. Дзеркало перетворює її в плоску, тобто розбіжний пучок променів перетвориться в рівнобіжний, чим і досягається формування гострої діаграми спрямованості.

Зміщення опромінювача в напрямку, перпендикулярному оптичній осі дзеркала, супроводжує відхилення напрямку головного максимуму випромінювання в бік, протилежний зміщенню опромінювача. Якщо обертати опромінювач навколо осі антени, то головний пелюсток буде також повертатися. Таким чином можна утворити рівносигнальну зону навколо осі антени з одночасним формуванням декількох ДС спільним дзеркалом (в тому числі сумарних і різницевих). Можна створити пристрій, який при відхиленні цілі від рівносигнальної зони буде виробляти сигнал похибки. Цей сигнал буде діяти на обертальний механізм і автоматично поверне антену так, щоб ціль знаходилась весь час в рівносигнальній зоні, а сигнал похибки дорівнював нулю. Таким чином можна забезпечити автоматичне слідкування за ціллю.

Дзеркальні антени мають гостру діаграму спрямованості, саме тому вони застосовуються в радіолокації, радіоастрономії і космічному радіозв’язку.

На сучасному етапі ці антени стрімко розвиваються. Чимало різних фірм випускає такі антени, деякі з них показані на рис. 2.

Рисунок 2. Супутникові антени, що випускаються промисловістю.

Дзеркало і опромінювач являються основними елементами дзеркальних антен. Дзеркало зазвичай виготовляється із алюмінієвих сплавів. Поверхні дзеркала надається форма, що забезпечує формування потрібної ДС. Іноді для зменшення парусності і ваги дзеркало виготовляють не суцільним, а решітчастим. Для такого дзеркала доля просо чуваної крізь неї потужності, яка йде на утворення небажаного заднього випромінювання, не повинна перевищувати 0,01–0,02 %. Тому решітка повинна бути достатньо густою.

Класичними серед параболічних антен є антени, виконані в виді параболоїда обертання або параболічного циліндра. Дзеркала цих антен перетворюють сферичну чи циліндричну хвилю опромінювача в плоску хвилю при передачі, і навпаки при прийомі. Опромінювач, відповідно, розміщують в фокусі параболоїда чи вздовж фокальної лінії циліндричного дзеркала. Поряд з одно дзеркальними антенами застосовуються і двох дзеркальні параболічні антени, які позволяють утворити більш компактну конструкцію. В дводзеркальних антенах існує більше можливостей для регулювання розподілення поля в розкриві основного дзеркала за рахунок зміни профілю допоміжного дзеркала, а також ряд інших переваг.

Складний каркас дзеркала антени, який вміщує складальне ферментне кільце міцності і концентричні кільця із стержнів та гнучких зв’язків, розташованих навколо осі симетрії каркасу, який відрізняється тим, що з метою зменшення маси і підвищення надійності розкриву в кожному концентричному кільці кінці двох сусідніх стержнів з’єднані між собою паралельними гнучкими зв’язками, наприклад стальними канатами, обидва кінці кожного стержня з’єднані гнучкими зв’язками з нижніми кінцями двох сусідніх стержнів наступного кільця більшого діаметру, а обидва кінці кожного стержня зовнішнього концентричного кільця з’єднані гнучкими зв’язками зі складальним ферментним кільцем міцності.

Пристрій для виготовлення дзеркала антени, який складається з планшайби, що має механізм обертання та оправлення, виконаної в вигляді осесиметричного випуклого тіла обертання і встановленої співосно планшайбі, притиску для закріплення заготовки дзеркала антени на осі оправлення, роликового давильника з радіусною крайкою, встановленого в супорті, що має поперечний і подовжній щодо осі планшайби механізми переміщення, шаблона, робоча крайка якого виконана ввігнутою, закріпленого перпендикулярно осі оправлення, і слідкуючого механізму, що включає датчик лінійних переміщень, кінематично зв'язаний із суппортом в контактуючий своїм наконечником з робочою крайкою шаблона, і підсилювач, зв'язаний з механізмами поперечного і подовжнього переміщень супорта, відрізняючогося тим, що, з метою підвищення точності і спрощення технології, наконечник датчика лінійних переміщень виконаний загостреним, а профіль робочої крайки шаблона виконаний по формулі

у =f (х2) r (1/ соs α – 1),

де х — координата по осі, перпендикулярній осі оправлення;