Антенна РЛС – параболоид вращения (стр. 1 из 4)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Воронежский государственный технический университет"

Радиотехнический факультет

Кафедра радиоэлектронных устройств и систем

Специальность 210302 "Радиотехника"

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Устройства СВЧ и антенны"

Антенна РЛС – параболоид вращения

Выполнил студент гр. РТ-041 Д.С. Чёткин

Руководитель доцент кафедры З.Н. Федорова___

Консультанты

Нормоконтроль провел З.Н. Федорова___

Воронеж 2007

ГОУВПО "Воронежский государственный технический университет"

Кафедра радиоэлектронных устройств и систем

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине "Устройства СВЧ и антенны"

Тема работы: Антенна РЛС – параболоид вращения.

Студент группы РТ-041 ФИО Чёткин Дмитрий Сергеевич

Общая формулировка задания. Спроектировать передающую антенну для радиолокационной станции. Антенна выполнена в виде параболоида вращения и работает на частоте fср=1.2ГГц. Она должна обеспечить максимальную дальность действия станции r=200 км. Импульсная мощность передатчика Pи=10кВт. Минимально допустимая мощность на входе приемника Pвх=0.1пВт при эквивалентной отражающей поверхности объекта S0= 10 м2. Диапазон рабочих частот

. Поляризация излучаемого электромагнитного поля – вертикальная. Длина фидера минимальная

Индивидуальный вариант задания 09

Объём работы и вопросы, подлежащие проработке:

эскизноепроектированиеантенныилиустройстваСВЧ;

- ознакомитьсясрекомендованнойлитературой;

- изучитьтехническиетребованиякпроектируемомуустройству;

- произвестисравнительныйанализсуществующихустройств, могущихудовлетворитьпоставленнымтребованиям;

- изучитьсуществующиепринципыпостроенияиметоды теоретическогоисследованияэтихустройств;

- техническиобосноватьвыбортипаантенны"устройстваСВЧ иливыполнитьобоснованиезаданноготипаустройства;

- выбратьиобосноватьсхемноерешениепроектируемогоустройства;

- определитьоткакихпараметровпроектируемогоустройствазависятеговыходныехарактеристикииобосновать, какиеиз нихивкакихпределахтребуетсяварьировать, чтобыудовлетворитьзаданиюнапроектирование;

- сформулироватькритерийоценкиоптимальностиполученного вариантапроектногорешения.

2) электрическийиконструктивныйрасчетпроектируемого устройства;

- рассчитатьосновныеэлектрическиеиконструктивныепараметрыпроектируемогоустройствапровестиихоценкуиопределить вкакоймереэтоустройствоудовлетворяетзаданнымтребованиям;

-выполнить,вслучаенеудовлетворительныхрезультатов оценки, вариациинеобходимыхпараметровиповторитьэскизное проектированиедополученияприемлемогопроектногорешения;

- рассчитатьипостроитьдиаграммынаправленностиантенн вглавныхплоскостях;

- рассчитатьипостроитьчастотнуюхарактеристикуустройстваСВД; I

- разработатьиописатьконструкциюпроектируемогоустройстваивыполнитьвсенеобходимыедляэтогочертежи;

3) технико-экономическойоценкирезультатовпроектирования;

4) оформлениерасчетно-пояснительнойзаписи.

Замечания руководителя

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ

2. ВЫБОР ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПАРАБОЛИЧЕСКОГО ЗЕРКАЛА

3. ВЫБОР ОБЛУЧАТЕЛЯ, И ЕГО РАСЧЕТ

3.1. Полуволновый вибратор с контррефлектором

3.2. Щелевой облучатель

4. РАСЧЕТ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ

5. РАСЧЕТ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Антенной называется радиотехническое устройство, предназначенное для излучения или приема электромагнитных волн. Антенна является одним из важнейших элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К таким системам относят: системы радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиоуправления, радиорелейной связи, радиолокации, радиоастрономии, радионавигации и др. В конструктивном отношении антенна представляет собой провода, металлические поверхности, диэлектрики, магнитодиэлектрики.

Зеркальные антенны являются наиболее распространенным типом направленных антенн в сантиметровом, дециметровом и, отчасти в метровом диапазонах волн. Широкое использование зеркальных антенн объясняется простотой конструкции, возможностью получения почти любого применяемого на практике диаграммы направленности, высоким коэффициентом полезного действия, малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т.д. В радиолокационных применениях зеркальные антенны позволяют легко получить равносигнальную зону, допускают одновременное формирование суммарных и разностных диаграмм направленности общим зеркалом. Некоторые типы зеркальных антенн могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в значительном секторе углов. Зеркальные антенны являются также наиболее распространенным типом антенн в космической связи и радиоастрономии.

Классическими представителями зеркальных антенн являются параболические антенны, которые могут выполняться в виде параболоида вращения, параболического цилиндра или параболического цилиндра, ограниченного параллельными проводящими плоскостями.

Параболическая антенна работает по принципу оптической системы. Для получения параллельного пучка лучей в фокус зеркала помещается источник излучения, который посылает на зеркало сферическую волну, возбуждающую на его поверхности систему токов, излучающих затем почти плоскую волну в пространство. Если бы зеркало было бесконечного размера и излучатель был точечный, то антенной излучалась бы идеально плоская волна. В этом случае диаграмма направленности зеркала представляла бы игольчатый луч. Однако для реальных антенн, имеющих конечные размеры и неточечный источник излучения вследствие явления дифракции и нарушения закона постоянства фазы поля в раскрыве из-за конечных размеров реальных облучателей, диаграмма направленности состоит из основного и ряда боковых лепестков.

Чтобы найти поле излучения параболической антенны, необходимо определить векторы электрического и магнитного полей Е и Н, удовлетворяющие уравнениям Максвелла во всем неограниченном пространстве. Точное решение задачи, т.е. получение общих решений уравнений Максвелла, представляет собой большие затруднения. Приближенное решение задачи можно получить двумя способами. По первому способу, впервые примененному Узковым А. И, к исследованию параболических зеркал, первоначально вычисляют токи и заряды, наведенные электромагнитным полем облучателя на поверхности зеркала. При определении закона распределения тока по поверхности зеркала можно использовать характеристику облучателя в свободном пространстве и пренебречь реакцией отраженного поля от зеркала на облучатель, если размеры зеркала и его фокусное расстояние значительно больше длины волны (5 - 10 λ). Зная токи и заряды на поверхности зеркала, можно вычислить поле излучения путем решения уравнений электродинамики (уравнений Максвелла). По второму способу, примененному Б.А. Введенским и Е.И. Майзельсом, первоначально методами геометрической оптики, т.е. на основе представлений о падающем луче и луче, отраженном по закону равенства угла падения углу отражения, вычисляется поле в раскрыве зеркала. Затем, применив метод волновой оптики, базирующийся на принципе Гюйгенса, математическим выражением которого является формула Кирхгофа, вычисляют поле излучения по полученному полю в раскрыве зеркала. При этом явление дифракции на краях зеркала и векторный характер электромагнитного поля излучения не учитывают.

1. Принцип действия параболической антенны

Параболическая антенна используется для создания остронаправленного излучения в диапазоне СВЧ, когда размеры антенны во много раз превышают рабочую длину волны. Антенна состоит из металлического зеркала (рефлектора) параболической формы и облучателя, расположенного в ее фокусе. В работе исследуется антенна с зеркалом в виде параболоида вращения (рисунок 1) с раскрывом, имеющим форму круга диаметром 2R. Прямая, перпендикулярная плоскости раскрыва и проходящая через его центр, является осью зеркала, точка О пересечения оси с поверхностью зеркала – его вершиной. Расстояние f от вершины зеркала до фокуса F называется фокусным расстоянием. На следующем рисунке показан ход лучей в параболической антенне.

Рисунок 1 – Схема параболической антенны.

Рисунок 2 – Ход лучей в параболической антенне.

2. Выбор геометрических размеров параболического зеркала

Для расчета диаметра раскрыва зеркала воспользуемся формулой из радиолокации:

(1)

Все значения нам известны, тогда выражаем из формулы G – коэффициент усиления антенны:

(2)

Зная, что G=Д∙ηa, где Д – коэффициент направленного действия антенны (положив ηa=1 – КПД), G=Д.

В результате Д=7127.

(3)

Где S – геометрический размер раскрыва зеркала (S=πr2); ν – коэффициент использования зеркала, который показывает насколько эффективно используется вся поверхность зеркала, обычно составляет 0.64÷0.65 (0.7).

Диаметр раскрыва зеркала является функцией требующейся ширины диаграммы направленности, а также несколько зависит от амплитудной и фазовой характеристики в раскрыве зеркала. Закон распределения амплитуд поля вдоль поверхности раскрыва зеркала определяется диаграммой излучения облучателя, если пренебречь потерями при отражении от зеркала. Для большинства применяющихся облучателей распределение амплитуд в одной из плоскостей (горизонтальной или вертикальной) вдоль раскрыва зеркала можно с достаточной точностью апроксимировать законом (1-x2) p, где х - координата, откладываемая от оси антенны; р = 0,1,2,3 - некоторое целое число.