Електричний і конструктивний розрахунок параболічного циліндра

Харківський університет Кафедра радіоелектроніки Курсова робота Електричний і конструктивний розрахунок параболічного циліндра Харків 2014

Вихідні данні

— Довжина хвилі -=10 см;

— Ширина діаграми спрямованості і рівень бічних пелюсток Fба = -13,3 дБ в площині утворюючого циліндра — =2;

— Ширина діаграми спрямованості і рівень бічних пелюсток Fбу = -23 дБ в площині профілю дзеркала — =3;

— Тип профілю опромінювача — хвилеводно-щілинна решітка ;

Зміст роботи

1. Конструкція, принцип дії параболічного циліндра

2. Конструктивний розрахунок дзеркала

3. Розрахунок діаграми спрямованості антени

4. Пропозиції по конструктивному виготовленню та особливості застосування у військових умовах Висновок Список використаної літератури

1. Конструкція, принцип дії параболічного циліндра Параболоїдний циліндр використовується в тих випадках, коли необхідно створити віялоподібні ДС з різною шириною ДС в головних площинах, а також при необхідності здійснити сканування променем в одній площині в достатньо широкому секторі. Антена складається з дзеркала у вигляді параболоїдного циліндра і лінійного випромінювача з довжиною рівною довжині яка утворює дзеркало. Дзеркало може бути симетричним й несиметричним. Частіше використовуються несиметричні дзеркала, які дозволяють усунути вплив відбитої хвилі на випромінювач та тіньовий ефект випромінювача. Особливо це цілеспрямовано в тих випадках, коли лінійний випромінювач має громіздкий електромеханічний пристрій для скачування променя. Перфорацію в параболоїдному циліндрі, як правило, не роблять, так як отвір, утворюючи в площині лінійну синфазну решітку, утворює помітний задній пелюсток.

Лінійний випромінювач розміщується на фокальній лінії і утворює в «квазедальній» зоні циліндричну хвилю. Циліндрична хвиля перетворюється дзеркалом в плоску.

В якості випромінювача параболоїдного циліндра найбільш частіше використовуються: лінійна система вібраторів чи щілин, яка використовується зазвичай у випадку симетричних дзеркал, а також секторний рупор з фазовирівнюючим пристроєм і сегментний параболоїд. Останній представляє собою параболоїдний циліндр найбільшої висоти, обмежений двома паралельними металевими пластинами. Збуджується він відкритим кінцем прямокутного хвилеводу.

Діаграма спрямованості і коефіцієнт спрямованої дії

Розкрив має прямокутну форму з розділеним амплітудно-фазовим розподілом, поляризація поля в кожній точці розкриву однакова, тобто розкрив уявляє собою систему ідентичних однаково орієнтованих випромінювачів і для розрахунку можна скористатись правилом перемноження.

Амплітудно-фазовий розподіл і поляризація поля в розкриві

Розкрив є синфазний (це фазовий розподіл) внаслідок принципу дії антени.

Амплітудний розподіл має особливості в площині профілю дзеркала амплітудний розподіл залежить від ДС опромінювача в цій площині. Ширина діаграми спрямованості повинна бути такою в цій площині, щоб краї дзеркала опромінювались полем, що складає 0,3, 0,4 за амплітудою; Мала потужність проходить мимо дзеркала і дзеркала опромінюються ефективно.

2. Конструктивний розрахунок дзеркала Використовуючи формулу розрахуємо геометричні розміри дзеркала:

Знаючи ширину ДС в Н — площині розрахуємо геометричні розміри в Н площині:

2 _0.5р =2 — ширина діаграми спрямованості в Н-площині

З формули знайдемо довжину дзеркала образуючу циліндр:

2?_0.5р = 3 — ширина діаграми спрямованості в Е-площині

Знаючи ширину ДС в Е — площині розрахуємо геометричні розміри в Е площині:

З формули знайдемо довжину дзеркала образуючу циліндр:

Використовуючи ДС в Н-площини, по заданому рівню бокових пелюстків знайти приблизне відношення ар:

ар = 0,7

За формулою розрахуємо фокусну відстань антени:

За формулою розрахуємо глибину дзеркала:

За формулою розрахуємо кут розкрива дзеркала:

Геометрія опромінювача Використовуючи додаток 12 знайдемо геометричні розміри хвилевода знаючи частоту:

де

в = 0.029 м. а = 0.058 м. — розміри рекомендовані [2 ст.267]

Використовуючи формулу знайдемо відстань між елементами в нашому випадку між вібраторами:

— розраховується за формулою :

— розраховується за формулою :

Для електричного розрахунку ДС необхідно визначити кількість вібраторів у хвилеводі за формулою :

м.

— ДС опромінювача в площиніЕ, де ДС опромінювача в площині - Н

F_E (?) =

Ш_H =

Враховуючи, що

м.

Розрахунок за формулою:

Апроксимуємо отриманий АР однієї із функцій

с₁с₀ с₀ = а =

3. Розрахунок діаграми спрямованості антени Розрахунок ДС антени вН площині:

F_A(и) =

4. Пропозиції по конструктивному виготовленню та особливості застосування у військових умовах Дзеркальні антени сучасних РЛС являють собою досить складні та часто громіздкі конструкції, які складаються із дзеркала та опромінювача та фідерного пристрою.

Для зменшення ваги та парусності антени дзеркала часто роблять перфорованими (дірчатими), сітчастими або з паралельних проводів.

У військах дзеркальні антени використовуються як РЛС виявлення. До РЛС виявлення вимагаються визначенні тактико-технічні вимоги по зоні огляду, дальності дії, точності визначення координат, перешкодозахисту. Антена повинна забезпечувати круговий огляд простору. Для досягнення потрібної дозволяючої можливості по азимуту ширина ДС в азимутальній площинні повинна бути вузькою (0,5 — 2). Для збільшення перешкодозахисту рівень бокових пелюстків повинен бути по можливості меншим.

В процесі експлуатації та бойової роботи РЛС можливі різні види пошкоджень дзеркала та опромінювача.

До пошкоджень дзеркала відносяться перекоси поверхні з порушенням форми пробоїни та вигини. Основними параметрами пошкоджень дзеркала являються: площа пошкодженої ділянки ?_п, координати пошкодженого ділянки (б, ш). Глибина вм’ятини h, діаметр вм’ятини d.

При будь-якому пошкодженні дзеркала відбувається зміна АФР в його розкриві що призводить до викривлення ДС, зниження КНД, розширення головних пелюстків, зміщенню максимуму головного пелюстка, збільшення заднього випромінювання.

Найбільший вплив здійснюють пошкодження в центрі антени. Для тимчасового відновлення антени на позиції при пошкодженні дзеркала використовують спеціальні накладки. Які за формою співпадають з профілем дзеркала, які наклеюються на пошкодженні частини антени.

В ході експлуатації на поверхні антени можуть збиратися шари льоду, інію або снігу. Теплові втрати в цих шарах невеликі, та їх можна не враховувати, але фазові зміни, які виникають за рахунок опадів, можуть призвести до зміни характеристик антени.

Для захисту антени від зовнішніх чинників в останні роки використовують радіо прозорі антенні укриття (РПУ) або обтеклі. Вони змінюють характеристики антени, ці зміни необхідно враховувати при оцінці роботи радіотехнічної системи.

Таким чином, при експлуатації дзеркальних антен необхідно не допускати механічні пошкодження, накопичення опадів на дзеркалі та РПУ, попадання води у фідерні тракти та опромінювач. Фарбування поверхні дзеркала та РПУ повинна відбуватися спеціальними красками та лаками.

Висновок В результаті виконання курсової роботи була розрахована дзеркальна антена у вигляді параболічного циліндра. Розрахунки показали, що при відносно невеликих розмірах антена забезпечує вузько спрямовану ДС. Нажаль, ефективна поверхня випромінювання дзеркала менша за її геометричні розміри. Це пов’язано з нерівномірністю розподілення амплітуди поля в розкриві параболи, яке для дзеркальних антен послаблюється від центру до його країв. В результаті елементи дзеркала більш близькі до країв створюватимуть меншу напруженість поля, ніж елементи поля, що розташовані в середині. Тому послаблення поля до країв параболи еквівалентно зменшенню її розмірів, якщо площадку розглядати як збуджувану рівномірно. Параметром, що характеризує розподілення поля в розкриві є КВП, який повністю визначається розміщенням і ДС опромінювача. При швидкому спаді амплітуди поля до країв дзеркала КВП різко падає.

Параболічний циліндр трансформує сферичний фронт хвилі (паралельний пучок променів) опромінювача в плоский фронт в розкриві дзеркала. Для цього фазовий центр опромінювача встановлюють в фокусі параболоїда.

ДС антени, КСД, рівень головних пелюстків, положення максимуму головного пелюстка, заднє випромінювання, залежить основним чином від АФР в розкриві дзеркала.

Таким чином, при експлуатації дзеркальних антен необхідно не допускати механічні пошкодження, накопичення опадів на дзеркалі та РПУ, попадання води у фідерні тракти та опромінювач. Фарбування поверхні дзеркала та РПУ повинна відбуватися спеціальними красками та лаками.

Дзеркальні антени характеризуються високим рівнем ККД. ККД сильно залежить від геометричних розмірів дзеркала, тобто чим глибше дзеркало тим більша частина енергії попадає на дзеркало і тому більше ККД. Характер зміни ККД протилежний характеру зміни КВП. КСД дзеркальних антен не є параметром який в достатній мірі характеризує направлені властивості, оскільки не враховує втрат енергії на розсіювання. Для більш повної характеристики використовують коефіцієнт підсилення антени.

параболічний циліндр дзеркало антена Список використаної літератури

1. Л. Г. Корниенко. Теория и техника излучающих и направляющих систем. Учебник — Харьков: ХВУ 1994 г

2. Я. С. Шифрин, Ю.Г., Гукасов, Л.Г., Корниенко, П. А. Базарнов. Расчет и проектирование антенн сверхвысоких частот. Пособие по курсовому и дипломному проектированию