4 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ОПРОМІНЮВАЧА

4.1 Вимоги до опромінювача і його конструкція.

До опромінювача висуваються наступні вимоги:

- опромінювач повинний випромінювати в напрямку на рефлектор хви- лю зі сферичним фронтом;

- діаграма спрямованості опромінювача повинна бути спрямована головним максимумом у центр параболоїда. Інтенсивність потоку випромінювання повинна плавно зменшуватися від центра до країв, досягаючи в напрямках на краї параболічного відбивача рівня 0,1 максимальної;

- тіньовий ефект опромінювача повинний бути мінімальним;

- поляризація електромагнітної хвилі опромінювача повинна бути такою, щоб поперечна складова відбитих від рефлектора коливань була мінімальною.

Крім перерахованих основних вимог до опромінювача пред'являються також наступні вимоги: відсутність перенапруг при випромінюванні заданої потужності; широкосмуговість; узгодження з живильним фідером; стійкість опромінювача і живильного фідера до впливу метеоумов; міцність конструкції.

Згідно до технічного завдання у якості опромінювача використано спіральну антену.

Антена складається з дротяної спіралі довжиною у декілька довжин хвиль і діаметром витка порядку однієї третини довжини хвилі. Один кінець спіралі лишається вільним, а інший кінець з’єднаний з внутрішнім провідником коаксіальної лінії. Зовнішній провідник коаксіальної лінії приєднується до металічного диску, що грає роль противаги та перешкоди на шляху проникнення електричного струму на зовнішню поверхню зовнішнього провідника коаксіальної лінії.

Характерною особливістю спіральних антен є те, що вони випромінюють поле з круговою поляризацією у напрямку своєї осі. Такі антени широко використовуються у радіолокації для отримання більш контрастного зображення цілі на фоні завад, а також при роботі з літальними та космічними апаратами, розташування антен яких у просторі змінюється у часі.

Найбільш часто використовують циліндричну та конічну спіральні антени з одностороннім випромінюванням.

На рисунку 4.1 представлено циліндричну спіральну антену, яку використано для опромінення параболічної дзеркальної антени.





Рис. 4.1 – Циліндрична спіральна антенна



На рисунку 4.1: - кут підйому витку, - радіус намотування, - відстань між сусідніми витками, BED Equation.3 HYPER14HYPER15- осьова довжина. Крім того антена характеризується параметрами: - довжина одного витка, - кількість витків, - діаметр спіралі, - коефіцієнт уповільнення хвилі.



4.2. Розрахунок геометричних розмірів та основних параметрів опромінювача.



З технічного завдання маємо, що робоча частота антени становить , або довжина хвилі становить . Коефіцієнт сповільнення фазової швидкості хвилі зазвичай лежить у межах , оберемо . Задамося також кутом підйому витку та кількістю витків , що необхідно при розрахунку геометричних розмірів опромінювача.

Зауважимо, що рухома хвиля струму у антені існує при виконанні умови (4.1), тому знайдемо діаметр антени з цієї умови

(4.1)





Таким чином діаметр антени становитиме , а радіус, відповідно, . Між параметрами: кутом підйому витку b, радіусом антени r та відстанню між сусідніми витками s існує зв’язок у вигляді формули (4.2), звідки знайдемо параметр s

(4.2)



Аналогічно, з геометричних міркувань випливають формули (4.3) та (4.4) для визначення довжини одного витка та осьової довжини

(4.3)

(4.4)



З формули Крауса (4.5) знайдемо КНД



(4.5)





Вхідний опір знайдемо з формули (4.6)

(4.6)



Знайдемо ширину променю по рівню по потужності за виразом (4.7)



(4.7)



Якщо перевести у градуси, ширина діаграми направленості становить .

4.3 Визначення типу, параметрів лінії передачі і типу хвилі у ній.

Лінією передачі є прямокутний хвилевід, показаний на рис. 4.2.







Рис. 4.2 – Прямокутний хвилевід

Знаючи робочу довжину хвилі, максимальну потужність, обираємо тип хвилеводу: МЭК-140. Його основні характеристики зведені в таблицю 4.1.



Тип

хвилеводу

Смуга

пропущення,

см.

Внутрішні

розміри ,

мм.

Товщина

стінок,

мм.

Гранична

потужність,

МВт.



МЭК-140

1,67 - 2,52

15,7997,899

1,07

0,99



Таблиця 4.1 – Основні параметри хвилеводу МЭК-140



Основним типом хвилі в прямокутному хвилеводі є хвиля типу Н10.

На рисунку 4.3 зображені лінії напруженості електричних та магнітних полів хвилі типу Н10



Рис. 4.3 – Структура поля у прямокутному хвилеводі

Визначимо критичну довжину хвилі у хвилеводі за формулою (4.8)

(4.8)

де - довжина найбільшої стінки хвилеводу.



Обчислимо хвильовий опір у хвилеводі за наступним виразом:



(4.9)



Визначимо коефіцієнт відбиття

(4.10)



Знайдемо коефіцієнт стоячої хвилі



(4.11)



Визначимо коефіцієнт бігучої хвилі



(4.12)





5 ДІАГРАМА НАПРАВЛЕНОСТІ З УРАХУВАННЯМ ВИПРОМІНЮВАЧА

Побудуємо діаграму направленості, зауваживши, що діаграма направленості дзеркала симетрична відносно осі параболоїда і визначається формулою (5.1), а також, що діаграму направленості випромінювача було розраховано раніше. Отримані вирази визначають діаграму направленості випромінювача у горизонтальній та вертикальній площинах.

(5.1)

У виразі 5.1:

- функція Бесселя першого порядку,

- розмір розкриву дзеркала у тій площині, у якій розраховується діаграма направленості, у даному випадку

Результуюча діаграма направленості визначається з формули

(5.2)



Після побудови графіків діаграм направленості необхідно перевірити виконання умов технічного завдання. Якщо умови не виконуються, необхідно провести перерозрахунок, прийнявши за основу результати виконання розділу 3. І з результуючої діаграми направленості антени знайти діаграму направленості випромінювача та провести перерозрахунок усіх параметрів випромінювача.

Тому визначимо діаграму направленості антени, усі параметри якої було розглянуто у вищезазначених розділах.





(5.3)

Побудуємо графік діаграми направленості антени з урахуванням випромінювача (рис. 5.1)

Рис. 5.1 – Діаграма направленості антени з урахуванням випромінювача

З графіку (рис. 5.1) визначаємо, що рівень бічних пелюстків , а ширина діаграми направленості

6 ЕФЕКТИВНІСТЬ ДЗЕРКАЛЬНОЇ АНТЕНИ

Раніше було вже знайдено

.

Знайдемо загальна площу антени де - діюча площа антени

(6.1)



При цьому з формули (6.2) знайдемо коефіцієнт використання поверхні антени:

(6.2)



При цьому коефіцієнт спрямованої дії антени буде дорівнювати

(6.3)



Рис. 6.1 – Графік КСД в залежності від площі поверхні антени

Коефіцієнт корисної дії антени розрахуємо по наступній формулі , тут - кут між віссю параболічної поверхні та напрямком із фокуса на краї параболоїду

(6.5)



Графік залежності ККД антени від кута розкриву показаний на рис.6.2



Рис. 6.2 – Графік залежності ККД від

Розрахуємо коефіцієнт ефективності використання площі розкриву ( по формулі (6.6)

(6.6)

Графік залежності коефіцієнт ефективності використання площі розкриву ( антени від кута показаний рис.6.3



Рис. 6.3 – Коефіцієнт ефективності використання площі розкриву антени від кута

Розрахуємо коефіцієнт ефективності дзеркальної антени g по формулі (6.7)

(6.7)

Графік залежності коефіцієнту антени від кута показаний на рис.6.4



Рис. 6.4 – Графік залежності коефіцієнта ефективності антени від кута

















РТ 73.000000.003 ПЗ



0



F()



Змн.



19



Арк.



Дата



№ д