ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ НА КУРСОВУ РОБОТУ



Спроектувати дзеркальну антену за вхідними даними:



Робоча частота, f

12 ГГц



Діаграма направленості в одній з площин, 20,707

0.02



Рівень бокових пелюстків,

-15дБ



Імпульсна потужність, Pi

3кВт



Коефіцієнт виробництва, n

5



Вид випромінювача

Спіральна антена



ВСТУП

Зеркальні параболічні антени, завдяки чисельним перевагам над іншими антенами, на сьогоднішній день є найбільш розповсюдженими в області радіозв'язку, радіолокації, радіонавігації та інших. Теоретичні відомості про параболічні антени розглядаються в курсі “Антени та пристрої НВЧ”. Для закріплення отриманих знань з курсу виконується курсова робота – це комплексна технічна задача, що містить у собі розрахунок і розробку сучасного радіотехнічного пристрою. Основною метою даної курсової роботи є придбання практичних знань і навичок у розробці конструкції параболічної антени і розрахунку всіх основних її параметрів.

1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПАРАБОЛІЧНІ АНТЕНИ

Дзеркальні антени є найбільш розповсюдженими гостроспрямованими антенами. Класичними є параболічні антени, що можуть виконуватися у виді параболоїда обертання, параболічного чи циліндра закритої конструкції, обмеженими рівнобіжними провідними площинами. Види параболічних антен приведені на рисунку 1.1(а, б, в)



а) параболічний циліндр б) параболоїд обертання в) сегментно-параболічна антена

Рис. 1.1 – Види параболічних антен

Кривизна рефлектора описується формулою

(1.1)

Конструкції розподільників апертурних антен звичайно будуються таким чином, що потужність збудження до кожного елементу розкриву в наближенні з геометричною оптикою доставляється незалежними променями, що проходять однакову електричну довжину від входу антени. Тому відповідно до принципу побудови апертурні антени можуть бути віднесені до антен з рівнобіжною схемою живлення елементів випромінюючої системи. Позитивною особливістю рівнобіжної схеми збудження є збереження синфазності елементів розкриву і виду амплітудного розподілу незалежно від довжини хвилі. Тому багато конструкцій апертурних антен, зокрема дзеркальних, є частотно-незалежними і допускають одночасну роботу антени в діапазонах від метрових до міліметрових хвиль. КНД дзеркальних антен може необмежено зростати, а довжена променя рине до нуля при збільшенні відносини S/(2 . Однак у реальних конструкціях, максимально досягнутий КНД антени виявляється обмеженим через вплив випадкових погрішностей при виконанні антени. Досягнутий рівень технології виробництва, дозволяє створювати апертурні антени з КНД 108 і більш. Апертурні антени першенствують по спрямованості серед інших типів антенних пристроїв.

Розрізняють довгофокусні і короткофокусні параболічні антени. У довгофокусній антені фокус знаходиться поза антеною f>Dз/4 і кут розкриву 2(max, під яким краї дзеркала видні з фокуса, задовольняють умові (max(( . У короткофокусній антені фокус знаходиться усередині обсягу між дзеркалом і його розкривом, тобто f
1.1 Принцип роботи параболічної антени

Основні елементи параболічної антени – це металевий відбивач (рефлектор), що має форму параболоїда обертання, випромінювач, що розташовується в фокусі параболічної поверхні та живильний фідер. Структуру антени зорано на рис. 1.2.



Рис. 1.2 – Структура параболічної антени

Параболоїд обертання збуджується слабоспрямованим випромінювачем, поміщеним у фокусі дзеркала, і перетворює сферичний фронт хвилі в плоский. У цьому типі антен використовуються оптичні властивості радіохвиль. Геометричні властивості параболи такі, що промені, що направляються з фокуса і відбивані від параболи, стають рівнобіжними її осі. Довжина шляху від фокуса до параболи і потім до лінії розкриву, що проходить через краї параболи, однакові для будь-якого кута ( рис. 1.3. Таким чином, у розкриві параболічної антени утвориться синфазна поверхня, і випромінювання антени виявляється гостроспрямованим. У результаті додавання відбитих коливань у розкриві антени утвориться і потім поширюється уздовж її осі плоска хвиля, що займає велику в порівнянні з квадратом довжини хвилі площу. Плоска хвиля на значних відстанях перетвориться в сферичну.



Рис. 1.3 – Пояснення до принципу роботи параболічної антени

f – фокусна відстань Dз – діаметр дзеркала

– радіус викривлення дзеркала max – апертура



1.2 Переваги та недоліки параболічних антен

Найважливішою перевагою параболічних антен над іншими є те, що їх профіль не залежить від частоти, тобто вони є зверхширокополосними пристроями. Параболічні антени дозволяють отримати дуже великий КНД, а отже дуже вузьку діаграму направленості. До того ж параболічні антени відзначаються простотою конструкції, можливістю одержання різноманітних видів діаграми спрямованості (ДС), високим коефіцієнтом корисної дії (ККД), малою шумовою температурою, гарними діапазонними властивостями. У радіолокаційних застосуваннях дзеркальні антени дозволяють легко одержати рівносигнальну зону, допускають одночасне формування декількох ДС загальним дзеркалом (у тому числі сумарних і різницевих). Деякі типи дзеркальних антен можуть забезпечувати досить швидке хитання променя в значному кутовому секторі. Дзеркальні антени є найбільш розповсюдженим типом антен у космічному зв'язку і радіоастрономії.

До недоліків параболічних антен можна віднести велику вартість, проблеми пов’язані з розміщенням випромінювача в фокусі та його кріплення, необхідність великої точності виготовлення дзеркала.

2 ПОПЕРЕДНІЙ РОЗРАХУНОК ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕНИ

2.1. Розрахунок діаметра дзеркала

Маємо ширину діаграми спрямованості 2(0.707 =0.02, тобто 2(0.707 10, знайдемо 2(0.5

2(0.5 = 1,37*2(0.707 (2.1)

2(0.5 = 1,37*0,10 = 1,370

Довжина хвилі на якій працює антена визначається

(2.2)

де с – швидкість світла , F – робоча частота.



За приблизною формулою знайдемо радіус дзеркала

(2.3)

.

Отже діаметр дзеркала

D = 2R (2.4)

D = 2*1.43 = 2.46 [м].



2.2. Розрахунок коефіцієнтів направленої дії та посилення

Знайдемо площу антени

(2.5)



Тоді за приблизною формулою знайдемо коефіцієнт направленої дії

(2.6)

де А – діюча площа антени.



10log(D0) = 46 дБ.

За умови, що ККД антени дуже великий можна вважати, що коефіцієнт посилення G = D, отже G = 46 дБ.

Оцінимо максимально можливий коефіцієнт посилення. Виходячи з коефіцієнта виробництва n знайдемо радіус дзеркала, що можливо виготовити.

. (2.7) .

За формулами (2.5) та (2.6) знайдемо

.



Dmax = 102 Дб.



2.3. Розрахунок куту розкриву

Задамося кутом розкриву, рівному 60 градусів, тоді знайдемо фокусну відстань

. .

Знайдемо кількість напівхвиль

(2.8)



Тоді кут розкриву визначиться

(2.9)

.



















РТ 73.000000.003 ПЗ



4



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.000000.003 ПЗ



5



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.000000.003 ПЗ



6



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.000000.003 ПЗ



7



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.000000.003 ПЗ



8



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.000000.003 ПЗ



9



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.000000.003 ПЗ



10



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.



РТ 73.000000.003 ПЗ



11



Арк.



Дата



Підпис



№ докум.



Арк.



Змн.