Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
Министерство образования Российской Федерации. ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
(ТУСУР).
Кафедра сверхвысоких частот и квантовой радиотехники по дисциплине Антенны и устройства СВЧ. Приемная антенна для СТВ
Студент гр.: _____ “__”______. Преподаватель: _____. “__”______. Пояснительная записка содержит стр. 16., рисунков 11, таблицы 2. АНТЕННА, РУПОР, ПОЛЯРИЗАТОР, СТВ, ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ, ОБЛУЧАТЕЛЬ, ЗЕРКАЛО В курсовом проекте была рассчитана зеркальная антенна для приема СТВ. Курсовой проект выполнен с использованием текстового редактора Microsoft World 2000 для Windows 2000 и MathCAD 11а Enterprise. 2. Расчет параболической антенны. 5
2.1.1. Определение угла раскрыва параболоида. 6
2.2.1 Определение диаметра параболоида 2Rп
и фокусного расстояния f 7
2.3 Расчет диаграммы направленности. 8
3. Расчет принятой мощности. 11
3.1 Затухания в свободном пространстве. 11
3.1.1 Затухания в тропосфере. 11
3.2.2 Затухания в ионосфере. 13
4. Принцип действия ферритового поляризатора. 15
Список использованных источников. 16
Широкое распространение в диапазоне СВЧ получили остронаправленные широкодиапазонные антенные устройства, аналогичные оптическим рефлекторам или прожекторам. С помощью них оказалось возможным радиорелейная связь, межконтинентальные телевизионные передачи (спутниковая связь), связь с космическими объектами, радиоастрономия, радиолокация и некоторые другие практические приложения радиотехники СВЧ. Зеркальные антенны характерны тем, что их геометрические размеры намного превосходят длину волны. Они подобны оптическим приборам и электромагнитные процессы в таких антеннах приближенно могут быть описаны с помощь законов геометрической оптики. Поэтому внешний вид некоторых антенн напоминают оптические линзы и зеркала, которые в радиотехнике преобразуют сферические и цилиндрические волны в плоские. Зеркальные антенны составлены из облучателя и зеркальной поверхности. В качестве облучателя используется любая слабонаправленная антенна, в данном случае открытый конец прямоугольного волновода. 2. Расчет параболической антенны.
Так как облучатель является важнейшим элементов зеркальной антенны, в значительной степени определяющим ее параметры, то расчет обычно начинается с выбора облучателя. Основными критериями для его выбора являются рабочая длина волны, требования к диапазонности, тип фидера, величина подводимой мощности, близкий к сферическому фронт волны в пределах угла раскрыва зеркала (с допуском порядка ±λ/16), диаграмма направленности с концентрацией энергии в пределах одной полусферы, хорошее согласование с фидером, малое затенение и ряд специфических требований, обусловленных особенностями радиотехнического устройства, где используется антенна. Облучатели в виде открытого конца волновода или рупора удобно использовать при больших мощностях излучения. Они обладают также хорошими диапазонными свойствами. Однако открытый конец прямоугольного волновода обладает разными диаграммами направленности в плоскостях E и Н. От этого недостатка свободны рупорные облучатели, где имеется возможность почти независимой регулировки диаграмм направленности в плоскостях Е и Н путем подбора размеров раскрыва рупора (2.1.1) где
(2.1.2) Диаграмму направленности небольшого рупора можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений ((2.1.3) где После выбора излучателя следует найти соотношение между радиусом параболоида (2.1.4) Рис. 2.1
Чтобы определить угол раскрыва С помощью выражений (2.1.2),(2.1.3) получим следующие уравнения (2.1.5)
Рис. 2.2 Графики функций откуда Из приближенной формулы для КНД найдем радиус параболоида Rп
где Следовательно, Фокусное расстояние можно определить пользуясь формулой (2.2.3) Диаметр парабалоида Тогда Используя формулы (2.1.3) построим нормированную диаграмму направленности облучателя. Рис. 2.3.1. Диаграмма направленности облучателя в полярной системе координат Найдем распределение поля в раскрыве параболоида, для этого воспользуемся следующей формулой (2.3.1) где Полученные данные занесем в таблицу 2.3.1. Таблица 2.3.1 j sin(j) cos(j) F(R) F1(R) F2(R) 0 5,3 10,6 15,9 21,2 26,5 31,8 37,1 42,4 47,7 0 0.092 0.184 0.274 0.362 0.446 0.527 0.603 0.674 0.74 0.799 1 0.996 0.983 0.962 0.932 0.895 0.85 0.798 0.738 0.673 0.602 0.54 0.541 0.545 0.551 0.559 0.57 0.584 0.601 0.621 0.646 0.674 1 0.998 0.991 0.981 0.966 0.947 0.925 0.899 0.869 0.837 0.801 1 0.99 0.961 0.914 0.853 0.782 0.705 0.625 0.547 0.473 0.405 0 0.05 0.1 0.151 0.202 0.254 0.308 0.362 0.419 0.477 0.538 0 0.093 0.186 0.279 0.374 0.471 0.57 0.671 0.776 0.884 0.997 1 0.988 0.953 0.897 0.825 0.741 0.652 0.562 0.475 0.396 0.325 1 0.994 0.977 0.947 0.905 0.85 0.781 0.696 0.594 0.472 0.329 1 0.988 0.954 0.899 0.824 0.734 0.633 0.529 0.432 0.357 0.325 Рис. 2.3.2 Распределение поля на раскрыве рупора По найденному распределению поля на раскрыве вычисляется диаграмма направленности зеркальной антенны где n=1,2,3 Полученные значения (при n=1 и n=2) внесены в таблицу 2.3.1. Как видно из таблицы 2.3.1, более точная аппроксимация распределения поля на раскрыве зеркала при n=2. Выражение для нормированной диаграммы направленности антенны будет иметь вид: где n – показатель степени выражения, аппроксимирующего поле на раскрыве. (n=2) Результаты расчета диаграммы направленности представим в виде таблицы 2.3.2 Таблица 2.3.2 , град sin( L1(u) 3aL1(u) L3(u) bL3(u) 0 0.17 0.34 0.51 0.68 0.85 1.02 1.19 1.36 1.53 1.7 0 0.003 0.006 0.009 0.012 0.015 0.018 0.021 0.024 0.027 0.03 0 0.419 0.839 1.258 1.678 2.097 2.517 2.936 3.355 3.775 4.194 1 0.978 0.915 0.815 0.687 0.542 0.392 0.247 0.118 0.012 0.065 0.975 0.954 0.892 0.794 0.67 0.529 0.382 0.241 0.115 0.012 -0.064 1 0.985 0.93 0.9 0.837 0.81 0.74 0.627 0.498 0.392 0.316 0.675 0.665 0.628 0.608 0.565 0.547 0.5 0.423 0.336 0.265 0.213 1 0.981 0.921 0.85 0.748 0.652 0.535 0.402 0.273 0.168 0.09 Построим диаграмму направленности в декартовой системе координат Рисунок 2.3.3 Диаграмма направленности антенны в декартовой системе координат Расчёт G антенны будем вести по следующей формул где S – геометрическая площадь раскрыва; Коэффициент направленного действия (усиления), определенный по формуле (2.4.1) не учитывает потерь энергии на рассеивание, т.е. потерь энергии, проходящей от облучателя мимо зеркала. Распространение УКВ на линии Земля-Космос осуществляется через тропосферу и ионосферу Земли и сопровождается ослаблением радиоволн. Ослабление обусловлено тремя причинами: поглощением радиоволн водяными парами и газами, поглощением и рассеянием различными гидрометеообразованиями (дождь, снег, облака, туман и т.п.) и поглощением радиоволн в ионосфере. Сначала рассчитаем принятую мощность без учета влияния атмосферы, а затем найдем затухания в атмосфере. Определим принятую мощность по формуле (3.1.1) где Множитель ослабления в общем виде может быть записан следующим образом: где Ослабление в “чистой” атмосфере и атмосферных образованиях происходит в результате поглощения энергии радиоволн и их рассеяния молекулами газов или взвешенными частицами вещества. Полные показатели ослабления можно записать в виде: где Рис. 3.1.1 Коэффициент ослабления в тумане и облаках для водности, равной 1 Результаты расчетов Рис. 3.1.3 Пользуясь графиками 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, определим суммарные показатели ослабления радиоволны в тропосфере Поглощение радиоволн в ионосфере обусловлено столкновениями электронов с нейтральными молекулами и ионами. В результате энергия радиоволны уменьшается вследствие частичного ее перехода в тепловую энергию. где где где Пользуясь графиками 3.2.1, 3.2.2, а также формулами 3.2.1-3.2.4 найдем коэффициент ослабления в ионосфере. На данной частоте (12,5 ГГц) ослабление радиоволн в ионосфере отсутствует (очень мало по сравнению с ослаблением в тропосфере) Итак множитель ослабления радиоволн на трассе Земля-Космос можно найти из формулы (3.2.4) (3.2.4) Принятая мощность с учетом влияния атмосферы Действие поляризационного циркулятора основано на использовании поворота плоскости поляризации электромагнитной волны в волноводе с продольно намагниченным ферритовым стержнем. Ферритовый поляризатор представлен на рисунке 4.1. Рис. 4.1 Чертеж ферритового поляризатора Вдоль оси круглого волновода установлен ферритовый стержень круглого сечения, находящийся под воздействием постоянного магнитного поля Длина ферритового стержня и напряженность постоянного магнитного поля Список использованных источников.
1.Жук М.С., Молочкон Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. –М.1966 2.Зузенко В.А., Кислов А.Г., Цыган Н.Я. Расчет и проектирование антенн.-Л.1969 3.Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства.-М1974. 4.Красюк Н.П., Дымович Н.Д.Электродинамика и распространение радиоволн.-М1974
|