Некоммерческое  акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра Радиотехники 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

на тему: «Малошумящие однозеркальные параболические антенны» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

           Специальность  РЭТ

           Выполнил                   

           Руководитель  доцент Хорош А.Х.

            _____________ «_______»____________________№ зач. кн. 55 
 

Алматы 2011

      Содержание

 

Техническое задание……………………………………………………………...3

Введение…………………………………………………………………………...4

Выполнение  задания……………………………………………………………...5

1. Расчет  геометрических и электродинамических  параметров облучателя и параболоида…………………………...…………………………………………..5

     1.1 Выбор фидера. Определение шумовой  температуры фидерного тракта  Тафу и КПД…………………..…………………………………………...5

     1.2 Определение диаметра раскрыва………….………………………….6

     1.3 Определение угла раскрыва и  фокусного расстояния зеркальной  антенны……………………………………………………………………………8

2. Расчет  геометрических и электродинамических  характеристик поля…………………………………………………………………...……….….12

     2.1 Диаграммы направленности облучателя…………………..………..12

     2.2  Распределение поля в апертуре  зеркала……………………….…...13

3. Расчет  пространственной диаграммы направленности  и определение параметров параболической  антенны…………………………………………..14

4. Конструктивный  расчет антенны…………………………………………….19

     4.1 Расчет профиля зеркала………………………………………..……..19

     4.2 Выбор конструкции зеркала…………………………….……….…...20

     4.3 Определение допусков на точность  изготовления……………….....20

Заключение……………………………………………………………………….23

Список  литературы………………………………………………………………24

Приложение  А

Приложение  Б

Приложение  В 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Техническое задание 

     Рассчитать  малошумящую параболическую антенну.  

     Исходные  данные: 

     Частота сигнала генератора, подводимого  к антенне, f = 1.9 ГГц;

     Ширина  главного лепестка ДН на уровне половинной мощности 2Q_0.5

     2Q^Н_0.5 = 62 мрад;

     2Q^Е_0.5 = 67мрад;

     Уровень боковых лепестков (-23) дБ;

     Тип облучателя: полуволновой вибратор с дисковым контррефлектором;

     Средняя яркостная температура неба Т_нср = 10 К;

     Температура шумов приемника Т_пр = 1900К;

     Длина фидерной линии l_ф=7 м. 
 
 

 

 Введение 

     Параболические  антенны в последнее время  находят все более широкое  применение в космических и радиорелейных  линиях связи. В 1888 году известный немецкий физик Г. Герц в своих опытах по СВЧ оптике впервые применил в качестве фокусирующего устройства параболический цилиндр. Интерес к зеркальным антеннам не ослабевает и  в наши дни в связи со стремительным развитием космических радиотехнических систем и комплексов.

       Достаточная простота и легкость конструкции, возможность формирования самых разнообразных диаграмм направленности, высокий КПД, малая шумовая температура – вот основные достоинства, зеркальных антенн, обуславливающих их широкое применение в современных радиосистемах.

       Целью данной курсовой является  освоение методики проектирования  зеркальных параболических антенн: определение их основных электродинамических  параметров и конструктивный  расчет.

       В курсовой работе определение  поля излучения параболической  антенны производится апертурным методом, который широко применяем при проектировании зеркальных антенн. 
 

 

     1 Расчет геометрических  и электродинамических  параметров облучателя  и параболоида

     1.1 Выбор фидера. Определение  шумовой температуры  фидерного тракта

     В качестве фидера будет использован коаксиальный кабель РК-50-3-13 с коэффициентом затухания на ГГц равным дБ/м.

     Затухание на f=1.9 ГГц

       дБ/м.

     Шумовая температура фидерного тракта Т_ф:

     

,

     где α – коэффициент затухания линии передачи [дБ/м],

          l_ф – длина фидерной линии [м].

          В целях увеличения КПД  l_ф примем как 1.5 м

     

.

     Выразим КПД из  формулы:

     Т_ф=T₀·(1-КПД),

     где Т₀=290⁰ К.

     Тогда КПД равен:

     

.

     Шумовая температура антенной системы:

     a₁ = 1 - cosⁿ⁺¹Y₀ = 0.929  

 К;

К.

 

      1.2 Определение  диаметра раскрыва

 

     Зеркальная  антенна – направленная антенна, содержащая первичный излучатель и отражатель антенны в виде металлической поверхности. Параболическая зеркальная антенна представлена на рисунке 1.1.

     

     Рисунок 1.1 – Зеркальная параболическая антенна 

     В случае равномерно возбуждённого раскрыва параболического зеркала ширина ДН приближённо определяется:

     

,

     где  2Q_0.5 – ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности, рад.;

     l - длина волны излучаемого (принимаемого) антенной радиосигнала;

     R₀ – радиус раскрыва зеркала (рисунок 1).

     Длина волны определяется по формуле:

      

м. 

     Неравномерное возбуждение раскрыва зеркала приводит к некоторому расширению главного лепестка ДН, так как уменьшается эффективная  площадь раскрыва. Чаще всего диаграммы  направленности зеркальных антенн не обладают осевой симметрией, т.е. ширина главного лепестка в плоскостях Е и Н различна. В большинстве практических случаев это влечёт за собой следующее изменение:

     

       где  2Q^Н_0.5 , 2Q^Е_0.5  ширина ДН соответственно в плоскостях H и E.

     Для Е и Н плоскостей соответственно найдем радиусы раскрыва:

     

 м;

     

  м.

     Исходя  из исходных данных о ширине диаграммы направленности в обеих плоскостях, можно определить диаметр раскрыва d_p = 2 × R₀, причем, из полученных двух значений диаметра следует выбрать наибольшее. Следовательно,

     R₀ = 1.532 м,

     d_p = 2×R₀ = 2×1.532 = 3.064 м.

 

     1.3 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны 

     В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении R_o/f_o КНД наибольший. Это объясняется тем, что количество теряемой энергии зависит от формы диаграммы направленности облучателя и от отношения R_o/f_o. При уменьшении отношения R_o/f_o от оптимального КНД уменьшается, так как увеличивается часть энергии, проходящей мимо зеркала. С другой стороны, увеличение этого отношения также приводит к уменьшению КНД в связи с более сильным отклонением закона распределения возбуждения от равномерного. Оптимальное значение  R_o/f_o определяется по аппроксимированной нормированной ДН облучателя (аппроксимация функцией вида F(Q)=cos^n/2(Q), где n определяет степень вытянутости ДН облучателя).

 

Рисунок 1.2 - Варианты размещения облучателя 

       Для полуволнового вибратора с контррефлектором в виде стержня ([3], таблица 4.1):

     n=4;  R₀/f₀=1.0...1.25;  ν=0.82

     

     Аппроксимированная нормированная ДН представлена на рисунке 1.3.

 

     Рисунок 1.3 – Аппроксимированная нормированная ДН облучателя 

     С точки зрения оптимизации геометрии  антенны по максимальному отношению  сигнал/шум необходимо произвести следующий расчет.

     Чувствительность g определяется по формуле:

     

,

     где первые четыре коэффициента не зависят от y_о, а g^' вычисляется:

     

,

     где Т₁ = Т_пр+Т₀×(1 - η) +η×Т_нср = 2300 + 290×(1 – 0.89) + 0.89×6 =

           =2004 К;

     u = (0.02 – 0.03) – коэффициент, учитывающий «переливание» части мощности облучателя через края зеркала:

     u = 0.02;

     S – площадь апертуры зеркала

     S= π×R² = 3.14×1.532²  = 7.373 м²;

     n = 4 – определяется типом облучателя;

     a₁ = 1 - cosⁿ⁺¹Y₀;

       

       

     Построим  график функции γ(Y₀), по максимуму которого определим угол раскрыва зеркала: