Задание. Обоснование выбора методики расчета. Расчетная часть. Расчет параметров антенны. Выбор параметров облучателя. Расчет дн облучателя. Расчет амплитудного распределения по раскрыву. Расчет дн зеркальной антенны

параболический антенна амплитудный сигнал
С точки зрения формирования поля излучения и диаграммы направленности антенну с зеркалом в виде параболоида вращения можно рассматривать как синфазно возбужденный круглый раскрыв, амплитудное распределение возбуждающего поля на котором описывается некоторой функцией. Вид этой функции определяет форму и параметры ДН антенны при заданном размере раскрыва.
Облучатели зеркальных антенн
Облучатель является важнейшим элементом параболической антенны, определяющий её характеристики. В качестве облучателей используются слабонаправленные антенны, удовлетворяющие следующим основным требованиям:

1. 
   ДН должна обеспечивать необходимое амплитудное распределение поля на излучающем раскрыве зеркала;
   
2. 
   облучатель должен иметь фазовый центр, совмещенный с фокусом зеркала;
   
3. 
   рабочая полоса частот должна соответствовать заданной;
   
4. 
   поперечные размеры облучателя должны быть минимальны для уменьшения затенения зеркала.
   

Наиболее применимы на практике облучатели следующих типов: вибраторные, волноводно-рупорные, щелевые.
Волноводно-рупорные облучатели находят широкое применение в связи с простотой конструкции, возможностью формирования ДН требуемой ширины в обеих плоскостях и хорошими диапазонными свойствами.
Простейшим облучателем данного типа является открытый конец волновода. Однако такая антенна обладает тем недостатком, что из-за резкого изменения условий распространения при переходе волновода к свободному пространству значительная часть электромагнитной волны отражается от открытого конца. Волновод оказывается плохо согласованным с окружающим пространством. Избежать этого можно плавным увеличением размеров поперечного сечения волновода, т.е. придания ему формы рупора.
Существуют различные типы рупоров. Рупор, образованный плавным увеличением поперечного сечения круглого волновода, называется коническим. При плавном переходе от волновода к рупору структура поля в нем напоминает структуру поля в волноводе. Облучатель в виде конического рупора был выбран в данной курсовой работе.
Диаграмма направленности круглого волновода по форме близка к параболоиду вращения, что позволяет получить достаточно равномерное, относительно оси, облучение зеркала, необходимое для создания «игольчатой» диаграммы направленности. Кроме того, при этом значительно уменьшается перекрестная поляризация, поскольку волна Н11, распространяющаяся в круглом волноводе, сама имеет перекрестную составляющую, но направленную противоположно перекрестной составляющей волны, отраженной от зеркала при облучении его линейно-поляризованным полем.
При расчете конического рупорного облучателя необходимо учитывать, что рупорная антенна имеет примерно квадратичное фазовое распределение. Максимальный сдвиг фаз на краю раскрыва:


, (3)

где - радиус раскрыва рупора, L - длина рупора. Допустимый фазовый сдвиг конического рупора . Параметры рупора необходимо выбирать удовлетворяющими условию.

Диаметр рупорной антенны рассчитывается по формуле:


. (4)

Оптимальная длинна рупора определяется из уравнения:

. (5)

ДН конической рупорной антенны можно рассчитать по формуле [2]:

В плоскости Е:


, (6)

В плоскости Н:

, (7)
где J1(x) - функция Бесселя первого рода, производная функции Бесселя по аргументу.
Расчет ДН зеркальных антенн
Существуют два приближенных метода определения направленных свойств параболической антенны: токовый и апертурный. Токовый метод предлагает расчет ДН параболической антенны по распределению токов на поверхности зеркала. Зная распределение токов на поверхности зеркала можно определить направленные свойства параболической антенны. Для этого необходимо проинтегрировать по всей поверхности зеркала выражение для напряженности поля, создаваемого элементом поверхности зеркала, рассматривая его как элементарный электрический вибратор. Токовый метод обеспечивает достаточно точные результаты в пределах главного бокового лепестка антенны и прилегающих к нему боковых лепестков. Однако недостатком метода является его сложность и громоздкость. В данной работе расчет ведется по апертурному методу.
Рассмотрим в качестве излучающей плоскую поверхность раскрыва. Можно определить напряженность поля в любой точке пространства по распределению поля на поверхности раскрыва. Для приближенного определения распределения поля на поверхности раскрыва можно воспользоваться методом геометрической оптики, согласно которому каждому лучу облучателя, падающему на поверхность зеркала, соответствует луч, отраженный от этой поверхности. Если облучатель расположен в фокусе параболоида, все отраженные от поверхности антенны лучи оказываются параллельными (плоская волна), и поэтому плотность энергии на пути от поверхности параболоида до излучающей поверхности не меняется. На пути от облучателя до поверхности параболоида амплитуда лучей убывает обратно пропорционально расстоянию. Таким образом, если в фокусе параболоида размещен облучатель с диаграммой направленности , то распределение поля в раскрыве антенны по методу геометрической оптики определится равенством [1]:


. (8)

Распределение напряжённости по апертуре антенны можно аппроксимировать при помощи полинома:

, (9)

где , - координата апертуры антенна, R- радиус раскрыва антенны.

ДН параболической антенны найдем по формуле:


(10)