Реферат: Принцип действия зеркальной антенны

3.  Оценка полосы пропускания

4.  Принцип действия зеркальной антенны

Заключение

Список используемой литературы

1. Постановка задачи

По техническому заданию необходимо разработать зеркальную антенну-параболоид вращения: рассчитать ее основные параметры, диаграмму направленности и сравнить ее с реальной ДН, а в заключении нарисовать эскиз антенны, включая все коммутационные узлы и возможный крепеж.

В качестве облучателя буду использовать пирамидальный рупор, так как рупорные облучатели одни из наиболее простых облучателей, дающих хорошие характеристики и несложных в расчетах.

Зная ДН рупора и функцию перераспределения поля зеркалом, аппроксимируется реальный закон распределения удобным для дальнейшего расчета функциями , то есть получим

Коэффициенты сj находим методом интерполирования, приравнивая левую и правую части равенства в N точках и решая систему N линейных уравнений.

Если точность аппроксимации достаточная, то далее рассчитывается ДН в главных плоскостях. (В данном случае достаточно рассчитать ДН в одной из плоскостей, так как ДН пирамидального рупора в обеих плоскостях несильно отличаются).

Тогда

Fj-парциальные множители системы, соответствующие распределению поля  ;

Fэг=(1+cos ө)/2 - ДН элементарной площадки.

Затем строим график и по нему определяем ширину ДН, уровень боковых лепестков. Они должны соответствовать расчетным данным.

2.  Общие сведения

Зеркальные антенны являются наиболее широко распространенным типом антенн в дециметровом и особенно в сантиметровом диапазонах волн. Такое широкое применение зеркальных антенн объясняется относительной простотой их конструкции, возможностью получения ДН почти любого типа из применяемых на практике, высоким КПД, малой шумовой температурой и т.д. Зеркальные антенны позволяют легко получить равносигнальную зону, а некоторые их типы могут применяться для быстрого перемещения (качания) ДН в пространстве без заметных искажений ее формы в значительном секторе углов.

Зеркальные антенны являются наиболее распространенным типом антенн, используемых для радиотелескопов, и антенн с очень большой направленностью, применяемых для целей космических связей.

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 какая-нибудь небольшая элементарная антенна, называемая в этом случае облучателем зеркала или просто облучателем. Зеркало и облучатель являются основными элементами зеркальной антенны.

Зеркало обычно изготовляется из алюминиевых сплавов. Иногда для уменьшения парусности зеркало делается не сплошным, а решетчатым. 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. Наряду с однозеркальными антеннами применяются и многозеркальные.

Полоса пропускания (рабочий диапазон волн) – это тот диапазон, в пределах которого антенна сохраняет свои основные параметры (направленное действие, поляризационную характеристику, согласование с фидером) с заданной точностью. При больших вариациях значений характеристик в общем случае целесообразно задавать их максимальные и минимальные значения, между которыми и будут заключаться фактические величины. При незначительных вариациях достаточно указать только средние их значения. Полосу пропускания антенны нельзя определять (как это принято в технике усилителей или теории колебательных контуров) с помощью понятия спада характеристики до уровня 3 дБ.

В общем случае зеркальные антенны имеют широкую полосу пропускания. Конструкции зеркальных антенн создаются в диапазонах от десятков метров до миллиметров. В нашем случае антенна рассчитана на длину волны 3 см, и основные её параметры: размеры, глубина фокус, коэффициент усиления зависят от длины волны, поэтому близкие к полученным характеристикам она будет иметь в окрестности данной длины волны.

В раскрыве антенны отражённая от зеркала волна обычно имеет плоский фронт для получения острой диаграммы направленности либо фронт, обеспечивающий получение диаграммы специальной формы (например, типа cosec Θ). На больших (по сравнению с длиной волны и диаметром зеркала) расстояниях от антенны эта волна в соответствии с законами излучения становится сферической.

Таким образом, точечный облучатель (например, маленький рупор), расположенный в фокусе параболоида, создаёт у поверхности зеркала сферическую волну. Зеркало преобразует её в плоскую, т.е. расходящийся пучок лучей преобразуется в параллельный, чем и достигается формирование острой диаграммы направленности.

Заключение

По результатам работы изученная антенна полностью соответствует заданным характеристикам: длина волны 3 см, Коэффициент усиления 3000, поляризация горизонтальная. Горизонтальную поляризацию получаем поворотом рупора так, чтобы широкая стенка заняла вертикальное положение (то есть вектор Е располагался в горизонтальной плоскости).

В конструкции антенны предусмотрен внешний приемник СВЧ, в котором сигнал преобразуется на более низкую промежуточную частоту и далее передается на ПЧ по коаксиальному кабелю в НЧ приемник.

Недостатком однозеркальных антенн является то, что облучатель должен располагаться в фокусе зеркала, следовательно, на значительном удалении от зеркала, что увеличивает габариты антенны в глубину и вместе с системой крепления вес антенны. Особенно серьезным становится этот недостаток при работе таких антенн с малошумящими усилителями. Длинный фидерный тракт, идущий от облучателя к приемнику, является источником значительного шума и может существенно снизить эффект, даваемый малошумящими усилителями.

1.  Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа. 1988.

2.  Антенны и устройства СВЧ / под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Сов. радио, 1981.

3.  Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. радио, 1974.

4.  Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. М.: Энергия. Ленингр. отд-ие, 1966.

5.  Шпиндлер Э. Практические конструкции антенн. М.: Мир, 1989.

6.  Устройства СВЧ и антенны: Методические указания к курсовому проектированию / РГРТА. Сост.: В.И. Елумеев, А.Д. Касаткин, В.Я. Рендакова. Рязань, 1998.