Волноводно-щелевая приемная антенна для системы спутникового непосредственного телевизионного вещания (стр. 4 из 5)

Множитель ослабления определим по формуле:

(дБ),

где

, , - погонные поглощения в парах воды, кислороде и осадках.

На частоте 16,4 ГГц эти параметры имеют следующие значения:

– для умеренного дождя.

Выберем

Получаем:

Переведя в разы, получим:

раза

Определим вектор Пойнтинга – плотность потока мощности, которую создает в точке приема спутниковый ретранслятор:

где

– эквивалентная изотропно-излучаемая мощность СР.

С помощью вектора Пойнтинга рассчитаем коэффициент усиления антенны:

, где – коэффициент направленного действия антенны

– коэффициент полезного действия антенны

, где эффективная площадь антенны

, где – длина волны

Тогда:

Подставив численные значения величин, получим:

Определим КНД антенны:

,

где G_А – коэффициентусиления антенны

h_А – коэффициентполезного действия антенны

Коэффициентполезного действия волноводно-щелевых антенн с поглощающей нагрузкой на конце при большом количестве щелей довольно высок и имеет значение близкое к единице. Возьмем

. Тогда:

Из того, что мы знаем

найдем количество щелей, которые смогут обеспечить прием заданной мощности:

, где n – количество щелей

Необходимо, чтобы габариты антенны были минимальными – это ведет к снижению массы антенны. Поэтому оптимальным вариантом будет плоскостная решетка, состоящая из волноводов с прорезанными в них щелями, где количество щелей по длине и ширине будет удовлетворять:

Следовательно: мы рассчитываем плоскостную решетку волноводно-щелевых антенн.

Расчет конструкции антенны

Расчет конструкции антенны ведется по следующему алгоритму:

1. Расчет волновода

2. Расчет элемента антенной решетки

1) Расчет волновода

Для расчета данного вида волноводно-щелевой антенны используется прямоугольный волновод с воздушным заполнением. Требуется, чтобы по волноводу распространялся только основной тип волны –

.

Так как рассчитывается резонансная антенна

,

то все вычисления будем проводить для средней частоты: отклонения для минимальной и максимальной частоты будут незначительны.

Критическая длина волны для любого типа волны равна:

,

где

– тип волны, распространяющейся по волноводу

а – ширина волновода

b – длина волновода

В частности для волны

:

Оптимальным для волны считается волновод, если

Тогда:

Исходя из полученного a выбираем ближайший стандартный волновод с внутренними размерами: a =15,8 мм b = 7,9 мм

Затухание в волноводе обусловлено в основном электрическими потерями в металле. Значит необходимо выбрать металл с хорошей удельной проводимостью. Возьмем алюминий – относительно дешевый и легкий материал с хорошей проводимостью. Тогда:

– удельная проводимость алюминия.

Вычислим длину волны в волноводе:

2) Расчет элемента антенной решетки

Рассчитываемая антенна является резонансной. Поэтому, согласно [1, стр.119] ее длина равна

. В свою очередь ширина щели зависит от ее длины и может быть определена так:

,

где P – подводимая к антенне мощность

N – количество излучателей

– внешняя проводимость щели

Исходя из этого выражения предельная ширина щели очень мала и мы можем брать нужную конструктивных соображений. Возьмем ширину щели равную

.

Следующим этапом расчета элемента есть определение его смещения относительно продольной оси волновода. Максимальное возбуждение продольных щелей волновода имеет место при смещении

.

Согласно [1, рис 5.2], чтобы продольная щель имела резонансную длину близкую к

смещение х не должно превышать . Тогда:

Расстояние между центрами двух щелей равно

, причем расположены они в шахматном порядке:

Таким образом, мы получаем плоскую решетку из щелевых излучателей размерами 43 щели

43 щели. Длина волновода вычисляется с учетом количества щелей и короткозамкнутого четвертьволнового отрезка волновода:

где n – количество щелей плоскостной решетки

Ширина антенной решетки:

Здесь а – внешняя стенка волновода (а = 16,3 мм)

Толщина антенной решетки определяется внешней толщиной волновода:

b = 8,4 мм

Расчет параметров и характеристик антенны

Определим добротность антенны:

,

где G_А – коэффициентусиления антенны

Т_А – шумовая температура антенны

В рассчитываемом диапазоне

влияние внешних источников (внешних шумов) пренебрежимо мало. Поэтому Т_А определяется тепловым движением электронов в самой антенне:

Также учитывается шумовая температура, обусловленная атмосферой и тепловым излучением Земли:

Тогда: