Схема и принцип действия параболической антенны. Дипломная (ВКР). Информатика, ВТ, телекоммуникации.

Схема и принцип действия параболической антенны. Дипломная (ВКР). Информатика, ВТ, телекоммуникации.




👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻



























































Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.


Помощь в написании работы, которую точно примут!

Похожие работы на - Схема и принцип действия параболической антенны

Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе


Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе

Нужна качественная работа без плагиата?

Не нашел материал для своей работы?


Поможем написать качественную работу Без плагиата!

1.1 Основные геометрические свойства параболоида вращения


1.2 Схема и принцип действия параболической антенны


1.3 Направленные свойства параболической антенны


1.4 Эффективность параболической антенны. Оптимальный облучатель


1.5 Факторы, вызывающие уменьшение коэффициента направленного действия
антенны


.1 Расчет геометрических размеров антенны


.2 Расчет геометрических размеров облучателя


.3 Расчет диаграммы направленности облучателя


.4 Расчет амплитудного распределения антенны


.5 Расчет приближенных диаграмм направленности


.6 Расчет диаграмм направленности на средней частоте


.7 Расчет диаграмм направленности с учетом тени, создаваемой
облучателем


. Расчет параметров коаксиально-волноводного перехода.


. Разработка конструкции основных узлов антенны


. Корректировка расчетов диаграммы направленности


.2 Расчет себестоимости зеркальной антенны


. Раздел безопасности и экологичности


7.8 Обеспечение электробезопасности


В данной работе проектируется облучатель в виде открытого конца
прямоугольного волновода для однозеркальной антенны с заданными геометрическими
размерами зеркала и диапазоном частот. Производится расчет и оценка основных
параметров антенны, предлагается конструкция основных узлов и креплений
спроектированного облучателя. Целью работы является изучение возможности
расчета направленных свойств однозеркальной параболической антенны методом
составного амплитудного распределения.


Параболическая антенна относится к апертурным антеннам. Апертурные
антенны - это антенны, излучение у которых происходит через раскрыв, называемой
апертурой.


Апертурные антенны применятся, главным образом, в диапазоне СВЧ. Малая
длина волны позволяет сконструировать антенны, размеры которых много больше
длины волны. Следовательно, возможно создание остронаправленных антенн, имеющих
сравнительно небольшие размеры. Кроме того, возможно создание антенн, имеющих
диаграмму направленности особой формы, определяемой специальным назначением
антенны.


Апертурные антенны являются основным типом радиолокационных антенн. Они
также находят широкое применение в радионавигации, радиоастрономии, в
радиотехнических системах управления искусственными спутниками Земли и
космическими кораблями, в тропосферных и радиорелейных линиях и т.п.


Рассмотрим зеркальные антенны более подробно. Зеркальными антеннами
называются антенны, у которых поле в раскрыве формируется в результате
отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального
рефлектора (зеркала). Источником электромагнитной волны обычно служит
электромагнитная антенна, называемая в этом случае облучателем зеркала или
просто облучателем. Зеркало и облучатель являются основными элементами
зеркальной антенны. Поверхности зеркала придаётся форма, обеспечивающая
формирование нужной диаграммы направленности. Наиболее распространёнными
являются зеркала в виде параболоида вращения, усечённого параболоида,
параболического цилиндра или цилиндра специального профиля. Облучатель
помещается в фокусе параболоида или вдоль фокальной линии цилиндрического
зеркала. Соответственно для параболоида облучатель должен быть точечным, для
цилиндра - линейным.


Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей
поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле,
обычно называемое полем отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала
основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать
только в одну полусферу в направлении зеркала и не излучать в другую полусферу.
Такие излучатели называются однонаправленными. Точечный облучатель (например,
рупор или открытый конец волновода), расположенный в фокусе параболоида,
создает у поверхности зеркала сферическую волну. Зеркало преобразует ее в
плоскую волну, то есть расходящийся пучок лучей преобразуется в параллельный,
чем и достигается формирование острой диаграммы направленности.




1.1 Основные геометрические свойства параболоида
вращения




Широкое распространение в диапазоне СВЧ получили антенные устройства,
аналогичные оптическим рефлекторам или прожекторам. Такие антенны состоят из
источника первичной волны и одного или нескольких зеркал, преобразующих фронт
волны этого источника в заданный, обычно плоский. Целесообразно, перед тем как
перейти к рассмотрению зеркальных антенн СВЧ, напомнить основные геометрические
соотношения, справедливые для параболоида вращения и параболического цилиндра,
- поверхностей, на базе которых выполняется большинство зеркальных антенн.




Свяжем с параболоидом вращения (рисунок 1.1) прямоугольную систему
координат с началом в вершине параболоида (точка О) и осью OZ, совмещенной с фокальной осью
параболоида (прямая OF), и полярную -
систему координат с центром в фокусе (точка F) и отсчетом угла ψ от прямой FO. Поверхность параболоида вращения в прямоугольной системе координат
(X, Y, Z) описывается уравнением:




а в полярной системе (p, ψ) - уравнением:




где f=OF - фокусное расстояние параболоида.


Раскрывом, или апертурой параболоида назовем плоскую поверхность,
ограниченную кромкой параболоида.


Радиус этой поверхности Ro
(см. рисунок 1.1) назовем радиусом раскрыва, а угол 2ψ 0 - назовем углом раствора (ψ 0 - угол между фокальной осью и прямой, проведенной из
фокуса к кромке параболоида). Для радиуса раскрыва Ro и угла раствора 2ψ 0 справедливы соотношения:




Если угол раскрыва 2ψ 0 <π, то соответствующий параболоид
называется длиннофокусным, если угол раскрыва 2ψ 0 >π, то - короткофокусным. У
длиннофокусного параболоида Ro<2f, а у короткофокусного - Ro>2f


Напомним,
что угол между радиусом , проведенным под углом ψ к фокальной оси, и нормалью к поверхности параболоида
в этой точке равен ψ/2.
Площадь рабочей поверхности антенны зависит от размера раскрыва и утла раствора и может
быть определена по формуле:




Если
разместить в фокусе параболоида источник сферической волны, то после отражения
этой волны от параболоида фронт ее становится плоским.




Параболический цилиндр (рисунок 1.2) представляет собой поверхность,
описываемую уравнением:




Расстояние от фокальной линии FF до оси OY называется фокусным расстоянием и
обозначается f. Если разместить вдоль линии FF синфазный линейный источник, то
волновой фронт волны после отражения от параболического цилиндра становится
плоским [1].




1.2 Схема и принцип действия параболической
антенны




Схема параболической антенны приведена на рисунке (1.3). Антенна состоит
из металлического зеркала в виде параболоида вращения и облучателя, помещенного
в фокусе.




Остановимся сначала на принципе действия оптических параболических зеркал
(прожекторов), которые так же, как и оптические линзы, служат для
преобразования сферического фронта волны источника в плоский фронт. Принцип
действия параболического зеркала описан в [6] и заключается в том, что
расходящиеся лучи, идущие от источника находящегося в фокусе зеркала, после
отражения от его поверхности становятся параллельными.


Рассмотрим два произвольных луча - 1 и 2, излученных источником,
находящимся в фокусе, и падающих на параболическое зеркало (рисунок 1.3). Луч
1, падающий в точку а, образует угол с осью, а луч 2, падающий в точку b, образует угол с осью параболоида. Согласно
описанным выше свойствам параболоида, лучи 1 и 2 образуют с нормалью к
поверхности параболоида в точках а и b углы и соответственно. Так как угол отражения равен углу падения,
то угол отражения луча 1 равен , а угол отражения луча 2 равен . Таким образом, отраженный луч 1
образует угол с падающим лучом 1 и, следовательно, параллелен оси
параболоида. Отраженный луч 2 образует угол с падающим лучом 2 и также
параллелен оси параболоида. Аналогично этому любой луч, исходящий из источника,
помещенного в фокусе, после отражения от параболоида становится параллельным
оси параболоида.


Параллельным лучам соответствует плоский фронт волны. В качестве
отражающих поверхностей применяются металлические зеркала, дающие практически
полное отражение падающих на них лучей без заметных потерь.


Концепция геометрической оптики, подробно описанная в [6], согласно которой
каждый луч облучателя, падающий на какую-либо точку параболоида, создает
определенный отраженный луч, для радиотехнических параболических зеркал
неточна, так как она справедлива, если длина волны бесконечно мала по сравнению
с размерами зеркала и радиусами его кривизны.


Работу параболической антенны можно описать следующим образом. Энергия,
направляемая облучателем на зеркало, возбуждает его, т. е. возбуждает токи на
его поверхности. Каждый элемент поверхности параболоида, обтекаемый током,
может рассматриваться как элементарный источник, излучающий энергию по весьма
широкой диаграмме.


Для получения узкой диаграммы направленности необходимо распределить
энергию между большим числом элементарных вибраторов, расположенных и
возбужденных таким образом, что в нужном направлении их поля оказываются
синфазными [4]. В данном случае распределение энергии осуществляется
облучателем, а роль элементарных вибраторов играют элементы возбужденной
поверхности параболоида, причем распределение токов в пространстве таково, что
в направлении оси Z все элементы
поверхности параболоида создают поля одинаковой фазы.




1.3 Направленные свойства параболической антенны




Расчет диаграммы направленности параболической антенны может быть
произведен по распределению токов на поверхности зеркала - токовый метод. Зная
распределение тока на поверхности зеркала, можно определить направленные
свойства параболической антенны. Для этого необходимо проинтегрировать по всей
поверхности зеркала выражение для напряженности поля, создаваемого элементом
поверхности зеркала, рассматривая его как элементарный электрический вибратор.


Расчет ДН антенны этим способом обеспечивает достаточно точные результаты
в пределах главного лепестка и прилегающих к нему боковых лепестков.
Существенный недостаток этого метода - относительная сложность и громоздкость
выкладок [4].


Рассмотрим в качестве излучающей плоскую поверхность раскрыва. Если
пренебречь токами, затекающими на наружную поверхность параболоида, то можно
определить напряженность поля в любой точке пространства по распределению поля
на поверхности раскрыва S. Для
приближенного определения распределения поля на поверхности раскрыва можно
воспользоваться методом геометрической оптики, согласно которому каждому лучу
облучателя, падающему на поверхность зеркала, соответствует луч, отраженный от
этой поверхности. Если облучатель расположен в фокусе параболоида, все
отраженные от поверхности антенны лучи оказываются параллельными (плоская
волна), и поэтому плотность энергии на пути от излучающей поверхности параболоида
до излучающей поверхности не меняется. На пути от облучателя до поверхности
параболоида амплитуда лучей убывает обратно пропорционально расстоянию.


Таким
образом, если в фокусе параболоида размещен облучатель с диаграммой
направленности (φ,ψ),
то распределение поля Е(φ,ψ) в раскрыве антенны по методу геометрической оптики [6]
определится равенством:




В
равенстве (1.8) постоянные множители, не представляющие интереса для настоящего
рассмотрения, опущены. Диаграмма направленности раскрыва с распределением (1.8)
определяется формулой:




Апертурный
метод позволяет достаточно просто определить направленные свойства антенны с
любым сколь угодно сложным раскрывом. Этот метод основан на тех же нестрогих
предположениях, на которых основан токовый метод. Предположение о лучевом
распространении поля от зеркала антенны до раскрыва, свойственное только
апертурному методу, приводит к дополнительным погрешностям, увеличивающимся с
ростом угла раствора зеркала. Следует отметить также, что апертурный метод не
позволяет определить поляризационные характеристики поля антенны [4].




1.4
Эффективность параболической антенны. Оптимальный облучатель




Рассмотрим раскрыв параболоида как излучающую поверхность. Если
распределение поля на поверхности синфазно и равномерно, то коэффициент
направленного действия возбужденной поверхности в направлении оси OZ может быть определен формулой [24]:




где S - площадь возбужденной поверхности.


Пусть теперь в раскрыве антенны распределение поля задано функцией Е(М),
где М - текущая точка поверхности. Определим коэффициент направленного действия
этой антенны в направлении оси Z.
Поле, излученное антенной в этом в этом направлении, определяется равенством:




где С - константа, в которую включены все, не представляющие интереса для
настоящего рассмотрения, величины; dS - элемент поверхности. Для первой антенны, у которой распределение поля
в раскрыве синфазно и равномерно, т.е. Е(М)=Ео, имеем:




Излученная антенной с распределением поля в раскрыве Е(М) мощность:




Для синфазного и равномерного распределений излученная мощность:




Отсюда коэффициент направленного действия антенны 2 определяется
выражением:




Формулу (1.15) можно привести к следующему виду (индекс «2» опускаем):




называется апертурным коэффициентом использования антенны.


Во многих практических случаях распределение поля в раскрыве антенны
может считаться синфазным и осесимметричным. Достаточно часто амплитуду поля
можно аппроксимировать параболическим распределением с пьедесталом:




На краю раскрыва E(R 0 ) = 1 - Δ. Эта величина обычно называется
пьедесталом распределения.


Подставляя (1.18) в (1.17), после очевидных преобразований получим для
апертурного коэффициента использования антенны с параболическим распределением
выражение:




На рисунке (1.4) приведена зависимость коэффициента k а рассчитанного по формуле (1.19), от относительного
уровня поля на краю антенны 1 - Δ. В частности, если уменьшение уровня
поля на краю антенны составляет 10дБ, апертурный коэффициент k а - около 92%.




1.5 Факторы, вызывающие уменьшение коэффициента
направленного действия антенны




Анализ эффективности параболической антенны, проведенный в предыдущем
пункте, базировался на ряде упрощающих предположений. В частности,
предполагалась абсолютная точность выполнения отражающей поверхности, не
учитывалось затенение части раскрыва облучателем и т.д. Впоследствии нами будет
рассматриваться влияние некоторых из этих факторов на свойства проектируемой
антенны.


2.1 Расчет геометрических
размеров антенны




Апертура исследуемой антенны представляет собой две накладывающиеся друг
на друга плоскости, имеющие общий центр. Следовательно, антенна имеет два
различных фокусных расстояния и угла раскрыва, для расчета которых необходимо
измерить диаметр (D) и глубину (Н)
апертуры в каждой плоскости.




Для расчета фокусных расстояний введем декартову систему координат как
это показано на рисунке (2.1) и воспользуемся уравнением поверхности
параболоида (1.1):




В этом случае диаметр D
соответствует координате X , а глубина раскрыва Н соответствует координате Z. Подставив в формулу измеренные
размеры получим:


Для расчета углов раскрыва воспользуемся формулой (1.5):




Далее, используя номограмму из [5], изображенную на рисунке (2.2),
проверим полученные ранее значения фокусных расстояний и углов раскрыва
антенны:







Рисунок 2.2. Номограмма для нахождения фокусного расстояния и угла
раскрыва антенны.




2.2 Расчет геометрических размеров облучателя




В соответствии с заданием, облучатель должен быть выполнен в виде
открытого конца прямоугольного волновода. Расчет размеров произведем, исходя из
условия существования волны основного типа в прямоугольном волноводе Н 10
на протяжении всего частотного диапазона, указанного в задании (484-750МГц).


Целесообразно в качестве критической взять частоту f кр = 400 Мгц и, в соответствии с этим,
произвести необходимые расчеты.




Известно, что для прямоугольного волновода (рисунок 2.3) с основным типом
волны размеры широкой стенки (a)
должны удовлетворять условию:




Пусть 1.8а = λ кр , что удовлетворяет условию (2.3).
Получим:


Размеры узкой стенки волновода (b) обычно выбираются из условия:


Длинна волновода - L
определяется таким образом, чтобы на минимальной частоте диапазона вдоль
волновода укладывалась одна λ в . Произведем необходимые расчеты:


Длина волны в волноводе определяется по известной формуле




В нашем случае нет необходимости в строгом равенстве λ в max = L;


Для выбора L воспользуемся
приближенной формулой




С учетом необходимых конструктивных допусков, окончательный результат:


2.3 Расчет диаграммы направленности облучателя




В области сантиметровых волн в качестве слабонаправленной антенны часто
применяются волноводы с открытым концом. Такие антенны используются в качестве
облучателей зеркальных или линзовых антенн и как самостоятельные излучатели.


На практике используются волноводные излучатели круглого, прямоугольного
и эллиптического сечений. Обычно сечение волновода выбирается таким образом,
чтобы избежать возникновения высших типов волн. Размеры сечения прямоугольного
волновода выбираются в пределах 0,5λz 1


Далее рассмотрим решение этой же задачи при условии, что волновод с одной
стороны закорочен проводящей плоскостью (полубесконечный волновод) [16]. В
соответствии с принципом зеркальных изображений, исходная система эквивалентна
изображенной на рисунке (3.2б).




ЭМП в волноводе при z>0
находят как сумму полей реального и фиктивного источников. Коэффициент
возбуждения волны реального источника определяется из выражения:




Коэффициент возбуждения волны от фиктивного источника:


Коэффициент результирующей волны типа H 10 находится как сумма коэффициентов реального и фиктивного
источников. В результате сделанных предположений найдем комплексные амплитуды
составляющих вынужденного ЭМП волны H 10 :




Далее, определим мощность и сопротивлени
7.2
Окраска и коэффициенты отражения Дипломная (ВКР). Информатика, ВТ, телекоммуникации.

Контрольная работа: Правовые основы государственного регулирования экономических отношений
Курсовая работа по теме Оценка экономико-географического положения Смоленской области
Реферат: Усадьба Архангельское
Реферат: Кредитоспособность
Реферат На Тему Медицинские Учреждения Стационарного Типа
Курсовая работа по теме Проектирование ЛЭП. Механическая часть
Курсовая Работа Титульный Лист Спбгу
Контрольная работа: Роль руководителя в управлении конфликтами внутри организации
Реферат: Разработка и реализация стратегии с позиции системы контроллинга
Эссе На Тему Современного Искусства
Доклад по теме Ворон
Дипломная работа по теме Обучение произносительной стороне говорения: фонетические особенности индийского варианта английского языка
Дипломная работа по теме Финансовый анализ как инструмент оценки и контроля банковской деятельности
Курсовая работа по теме Мультисервисная телекоммуникационная сеть общего пользования
Нотариальное Делопроизводство Реферат
Контрольная работа по теме Российская буржуазия
Краткое Сочинение Пластова Летом
Реферат по теме Розгляд спорів з виконанням господарських договорів
Темы Магистерских Диссертаций Конституционное Право
Дипломная работа по теме Повышение эффективности использования заемного капитала (на материалах ТОО "Сельпром")
Похожие работы на - Большой террор
Курсовая работа: Экономическая безопасность Ставропольского края
Похожие работы на - Методы решения уравнений в странах древнего мира

Report Page