Двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Расчет характеристик и геометрических размеров двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена. Распределение поля в раскрыве. Выбор типа линии передачи и устройства СВЧ, применяемых для получения необходимого типа волны в линии. Расчет профиля сечения зеркал.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО “Уральский Федеральный Университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина”
Используемые обозначения, символы и сокращения
Критическая частота в волноводе, Гц
Угол раскрыва большого зеркала, град
Положение фазового центра облучателя относительно F, мм
Диэлектрическая проницаемость материала стержня
Фазовая скорость волны в стержне, м/с
Характеристическое сопротивление волновода, Ом
Ширина диаграммы направленности антенны по уровню 3 дБ, град
Ширина диаграммы направленности облучателя по уровню 10 дБ, град
Мощность передатчика в импульсе, Вт
Предельная мощность в волноводе, Вт
Коэффициент использования поверхности
Зеркальные антенны применяют в различных диапазонах волн: от оптического до коротковолнового, особенно широко в сантиметровом и дециметровом диапазонах. Эти антенны отличаются конструктивной простотой, возможностью получения различных ДН, хорошими диапазонными свойствами и др.
Существуют различные типы зеркальных антенн: параболические зеркала (параболоид, усеченный параболоид и параболический цилиндр), сферические зеркала, плоские и уголковые зеркала, а также зеркальные антенны специальной формы, двух- и многозеркальные антенны, зеркально-рупорные антенны.
Зеркальная параболическая антенна состоит из металлической поверхности, выполненной в виде параболоида вращения и небольшой слабонаправленной антенны - облучателя, установленной в фокусе параболоида и облучающий внутреннюю поверхность последнего.
В двухзеркальной антенне используются две отражающие поверхности: основная - большое параболическое зеркало и вспомогательная - малое зеркало в виде гиперболоида (антенна Кассегрена) или эллипсоида вращения (антенна Грегори).
В антенне Кассегрена роль малого зеркала состоит в переотражении падающей на него сферической волны облучателя на большое зеркало. При этом вследствие геометрических свойств гиперболы отражаемая малым зеркалом сферическая волна как бы исходит из первого фокуса, совмещаемого с фокусом большого зеркала. Эта волна трансформируется большим зеркалом в плоскую. Параболическое зеркало излучает так, как будто в его фокусе находится мнимый облучатель, создающий сферическую волну. Второй фокус малого зеркала совмещается с фазовым центром облучателя.
К достоинствам двухзеркальной системы можно отнести то, что она является более компактной, чем однозеркальная, и обеспечивает более равномерное распределение возбуждения по раскрыву, а также является более помехозащищенной. А недостатки - затенение раскрыва малым зеркалом и элементами его крепления, переливание энергии облучателя через края этого зеркала (это, тем не менее, не так опасно как для однозеркальной антенны, так как вызывает только рост УБЛ), а также реакция малого зеркала на облучатель и связанное с этим ухудшение диапазонных свойств.
Геометрия двухзеркальной антенны определяется следующими параметрами:
D и d - диаметры раскрывов большого и малого зеркал;
2 0 - угол раскрыва большого параболоида;
2 0 - угол облучения облучателем краёв малого зеркала;
F - фокусное расстояние большого зеркала;
f - фокусное расстояние малого зеркала;
2с - расстояние между фокусами малого зеркала;
В двухзеркальных антеннах Кассегрена углы раскрыва большого и малого зеркал лежат обычно в пределах 70-90 и 15-30 соответственно. Для обеспечения приемлемых характеристик примем 0=90 и 0=15, при этом в угол 20 должна вписываться ДН облучателя по уровню 10-20 дБ. Величина данных углов выбирается исходя из требуемого фокусного расстояния и допустимого уровня боковых лепестков. Длина волны определяется формулой:
Для рабочей частоты длина волны составит л=0.021m.
Диаметр большого зеркала выбирается на основе заданной ширины диаграммы направленности и уровня боковых лепестков D=0.618
Находим эксцентриситет гиперболического зеркала:
Подставив выбранные ранее числа, получим e=1,303. Используя это значение, можно определить соотношение между диаметрами большого и малого зеркал:
Предварительно вычислив значение диаметра малого зеркала.d=0.081
Рассчитываем d/D=0.131. Требуемое отношение диаметров должно быть не больше 0,2, для обеспечения низкого уровня боковых лепестков
Определим фокусное расстояние основного зеркала:
Вычислим геометрическое расположение второго фокуса малого зеркала относительно фокуса антенны, там будет располагаться фазовый центр облучателя.
Предварительно вычислив первый фокус малого зеркала:
В результате, значение второго фокуса малого зеркала равно , следовательно фазовый центр облучателя относительно фокуса антенны должен располагаться на расстоянии =0.134
Коэффициент направленного действия антенны.
Коэффициент использования поверхности.
В качестве облучателей зеркал применяют слабонаправленные антенны, обладающие однонаправленным излучением (в сторону малого зеркала). Фазовый центр облучателя совмещается со вторым фокусом малого зеркала. При этом облучатель должен создавать в пределах угла его раскрыва сферическую или близкую к ней волну.
ДН облучателя должна обеспечивать требуемое амплитудное распределение в раскрыве при малом переливании энергии через края зеркала, по возможности обладать осевой симметрией и минимальным уровнем боковых и задних лепестков. Желательно иметь малые размеры облучателя, чтобы уменьшить его экранирующее действие (теневой эффект). Облучатель и его тракт питания следует рассчитывать и конструировать так, чтобы заданная мощность пропускалась без возможности пробоя диэлектрика.
В соответствие с техническим заданием выбираем в качестве облучателя диэлектрическую стержневую антенну.
Диэлектрические стержневые антенны относятся к антеннам поверхностных волн осевого излучения, широко применяются в диапазоне сантиметровых волн. Антенны представляют собой диэлектрический стержень, выполненный из высокочастотного диэлектрика с малыми потерями (полистирол, тефлон и др.).
Отражённая от конца стержня волна приводит к появлению в ДН дополнительных боковых лепестков, соответствующих излучению антенны в обратную сторону. Для уменьшения отражённой волны придадим стержню коническую форму.
Так как рабочая частота достаточно высока fр=14 ГГц (больше 3 ГГц), то целесообразно использовать волноводное возбуждение антенны с плавным переходом от прямоугольного волновода к круглому волноводу.
Для эффективного возбуждения стержня диэлектрической антенны его начальный диаметр должен удовлетворять требованию:
Фазовая скорость волны на конце стержня должна соответствовать фазовой скорости волны в свободном пространстве, что примерно выполняется, если диаметр на конце стержня соответствует
Примем относительную диэлектрическую проницаемость материала стержня е r =2 (фторопласт-4). Длина волны определяется формулой:
Для рабочей частоты длина волны составит л=0.021m. Подставив исходные данные, получим:
Величина d мах будет являться диаметром 2a круглого волновода, в который вставляется стержень. Для простоты крепления диэлектрического стержня внутри волновода соответствующий небольшой участок стержня необходимо изготовить цилиндрической формы. В качестве рабочего типа волны выбирается основной тип волны для круглого волновода Н 11. Рабочий диапазон частот в одномодовом режиме определяется условием:
где - критическая частота основной волны,
- критическая частота волны высшего порядка.
Можно получить диапазон допустимых значений радиуса круглого волновода: . Рассчитанный диаметр не соответствует стандартному (рекомендации МЭК) волноводу С140.Поэтому выберем допустимый размер диаметра 15мм.
Если учесть изменившееся значение d ma x , то конечный диаметр стержневой антенны составит d min 9.4 мм (прежним остается отношение большого и малого диаметра антенны).
Определим величину коэффициента замедления фазовой скорости волны в стержне. Величина коэффициента замедления определяется средним значением диаметра стержня:
Для определения величины коэффициента замедления воспользуемся графиком зависимости величины от d/ (рис. 1) . Для рабочей длины волны =21 мм отношение d/ (в качестве d используется значение d ср ) составит 0.47. По графику при r =2 и d/=0,57 находим величину коэффициента замедления: ?0,91.
рис. 1 Фазовая скорость в диэлектрическом стержне.
Зная оптимальный коэффициент замедления фазовой скорости волны в стержне
и длину волны можно найти длину диэлектрического стержня:
Для того, чтобы в стержне не возбуждались высшие типы волн, искажающие диаграмму направленности антенны, необходимо выполнение соотношения:
При d ср =12 мм, =21 мм и r =2 условие выполняется.
У стержневой диэлектрической антенны фазовый центр находится примерно на ее середине, т.е. на расстоянии 53 мм от края волновода. Конец стержня, вставленный в волновод, заканчивается конусом, длина которого должна быть около 1,5 В , В =37мм.
Примем эту величину равной 55.5 мм.
3. ВЫБОР ТИПА ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ И РАСЧЕТ ЕЕ ПАРАМЕТРОВ
Для возбуждения облучателя (диэлектрической антенны) используется круглый волновод типа С140. Основные характеристики волновода приведены в следующей таблице:
Затухание колебаний типа Н 11 , дБ/м
Предельная мощность, переносимая волной Н 11 в круглом волноводе, рассчитывается по формуле:
где Е0=3*10 6 В/м - пробивная напряжённость электрического поля при заполнении волновода воздухом;
Z c =120 Ом - волновое сопротивление заполняющей волновод среды (воздух).
Таким образом, из (3.1) видно, что предельная мощность для круглого волновода составляет P пр= 180.4 кВт. Данная мощность превышает заданную мощность передатчика в импульсе (Р=5 кВт) с большим запасом, значит, круглый волновод способен подводить к диэлектрической антенне необходимую мощность от передатчика без электрического пробоя.
Волна Н 11 в круглом волноводе сходна с волной основного типа Н 10 в прямоугольном волноводе. Однако под влиянием различных случайных или преднамеренных деформаций волновода положение плоскости поляризации волны Н 11 становится неустойчивым - наблюдается поляризационная неустойчивость основной волны. Поэтому необходимо подбирать волновод с достаточно малыми допусками по форме. По этой же причине основная линия передачи должна быть в виде прямоугольного волновода с волной типа Н 10 .
Для преобразования волны Н 10 в прямоугольном волноводе в волну Н 11 в круглом волноводе используются плавные и ступенчатые переходы. Выберем в качестве перехода плавный, длину которого следует выбирать не менее (2…3) В .
Поэтому длина перехода равна 2 В =74 мм.
Так как диаметр круглого волновода должен быть больше диагонали сечения прямоугольного волновода, то в качестве прямоугольного волновода выберем стандартный волновод типа R140 в соответствие с рекомендациями МЭК с размерами 15.799 7.899 мм.
Характеристики прямоугольного волновода типа R140
Рабочий диапазон частот для Н 10 , ГГц
Для малого зеркала профиль сечения z(x,y) можно найти, используя формулу:
Уравнение описывает гиперболоида вращения. Данная фигура также симметрична относительно плоскости XOZ и YOZ..
В ходе выполнения работы по техническому заданию был произведен расчет двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена.
В соответствие с техническим заданием в качестве облучателя антенны использовалась диэлектрическая стержневая антенна. Был произведен расчет ее геометрических размеров, в качестве диэлектрического материала был взят фторопласт-4. Форма диэлектрической антенны для обеспечения более качественных характеристик (уменьшения отражения от конца диэлектрической антенны и снижения уровня боковых лепестков) была выбрана конической. Высшие типы волн, искажающие диаграмму направленности, в антенне не возникают. В ходе расчётов также была проведена коррекция размеров диэлектрической антенны для обеспечения более точного выполнения технического задания. Таким образом, облучатель имеет следующие параметры:
Больший диаметр стержня d max , мм15
Меньший диаметр стержня d min , мм9.4
Диэлектрическая проницаемость диэлектрика r 2
Для возбуждения диэлектрической антенны был выбран круглый волновод (типа С140 в соответствии с рекомендациями МЭК) диаметром d=15.1мм, работающий на основном типе волны H 11 , который плавно переходит к прямоугольному волноводу (тип R140 в соответствии с рекомендациями МЭК) с размерами 15.799 7.899. Диэлектрический стержень крепится в круглом волноводе без клея, плотным вставлением в него.
Конструкция облучателя приведена в Приложении 4. ДН диэлектрической антенны - в Приложении 2
Расчет антенны Кассегрена был произведен с помощью программы "Расчет двухзеркальной антенны Кассегрена". Программа позволила рассчитать основные параметры антенны: ДН облучателя, распределение поля в раскрыве, ДН антенны; коэффициент использования поверхности КИП. В ходе расчётов были внесены некоторые коррективы в параметры антенны для более точного соответствия техническому заданию. Получены следующие параметры и характеристики двухзеркальной антенны Кассегрена с диэлектрическим облучателем:
Полученное значение затенения d/D=0.131 удовлетворяет требованию d/D<0.2, что необходимо для уменьшения уровня боковых лепестков. В соответствие с техническим заданием удалось реализовать узкий луч ДН 2Дб. Общая эффективность антенны получилась равной 0.607, что является достаточно неплохим результатом. Общий вид антенны приведён в Приложении 3.
Также проводился расчёт линии питания. Расчёты показали, что волноводы, использующиеся в качестве линии питания, имеют следующие основные эксплуатационные характеристики:
Круглый волновод соединен с прямоугольным через плавный переход.
1. Фельдштейн_Явич_Смирнов, Справочник по элементам волноводной техники.
2. Файл программы Mathcad Расчет профиля сечения зеркал, Двузеркальная антенна по схеме Кассегрена (2000) диэлектрическая антенна
3. Методические указания по проектированию и задания к курсовому проекту для студентов всех форм обучения радиотехнических специальностей.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Диаграммы направленности облучателя (расчетные)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Распределение поля в раскрывt в плоскостях Н и Е.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Общий вид антенны и профили сечения зеркал антенны.
Роль малого зеркала. Расчет геометрических параметров двухзеркальной антенны Кассегрена, параметров облучателя. Соотношение радиуса волновода и критической длины волны. Максимальная фазовая ошибка на краях апертуры. Амплитудное распределение в раскрыве. курсовая работа [449,4 K], добавлен 07.07.2009
Расчет параболических зеркальных антенн. Расчет диаметров зеркал, фокусных расстояний и профилей зеркал. Расчет облучателя. Расчет характеристик антенны. Выбор схемы и расчет поляризатора. Выбор размеров волновода. Расчет возбуждающего устройства. курсовая работа [720,5 K], добавлен 11.01.2008
Определение геометрических параметров антенны. Выбор и расчет параметров облучателя: его геометрические параметры, определение фазового центра, создание требуемой поляризации поля. Расчет электрических характеристик антенны и особенностей ее конструкции. курсовая работа [499,9 K], добавлен 21.03.2011
Выбор типа и проектный расчет волноводно-щелевой антенны и направленного ответвителя по схеме Бете. Проведение расчета размеров антенны и необходимого диапазона частот. Разработка схемы диаграммы направленности и расчет действия РЛС в различных условиях. курсовая работа [293,5 K], добавлен 06.01.2012
Основные соотношения, выбор рабочего типа волны и фидера. Описание конструкции антенны и АФР на ее раскрыве. Расчет параметров геометрических и электрических характеристик антенн круговой поляризации. Результаты численного моделирования антенны. курсовая работа [2,3 M], добавлен 20.05.2011
Определение элементов конструкции антенны. Выбор геометрических размеров рупорной антенны. Определение типа возбуждающего устройства, расчет его размеров. Размеры раскрыва пирамидального рупора. Расчет диаграммы направленности и фидерного тракта антенны. курсовая работа [811,9 K], добавлен 30.07.2016
Расчет КПД фидера. Выбор типа и схемы питания приемной антенны, определение ее геометрических размеров и коэффициента усиления. Расчет диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, коэффициента ее направленного действия. курсовая работа [1,3 M], добавлен 27.10.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат: Иван Сергеевич Тургенев. Жизнь и творчество. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Фразеологический каламбур в современной публицистике
Осипов Диссертация
Курсовая работа по теме Жесткая ошиновка открытых распределительных устройств станций и подстанций
Реферат: Общие понятия о философии. Скачать бесплатно и без регистрации
Быть Педагогом Эссе
Дипломная работа по теме Организация тушения пожара на установке № 209 цеха 8/14 нефтеперерабатывающего завода ОАО 'АНХК'
Реферат по теме Острый аппендицит
Сочинение Жестокий Мир В Пьесах Островского
Где Скачать Курсовую Бесплатно
Эссе Мир Выбирает Мир
Реферат: Международный аспект турецко-германских отношений
Реферат по теме Анализ и прогноз развития региональной экономики Республики Татарстан
Реферат: Православная церковь во времена становления Советской власти
Курсовая работа по теме Профессия клинического психолога
Практические Работы Word Pdf
Реферат по теме Стандарты схем и их разновидности
Отчет О Прохождении Производственной Практики Пожарного Заключения
Реферат: Opposing Views On Date Rape Essay Research
Дипломная работа: Технологія утилізації нікелю та марганцю у виробництві синтетичних алмазів
Теоретические аспекты реализации муниципальных услуг - Государство и право курсовая работа
Классификация пористости и проницаемости в зависимости от вида пустотного пространства - Геология, гидрология и геодезия презентация
Понятие и состав земель водного фонда в Республике Беларусь - Государство и право реферат