Расчет спутниковой передающей антенны

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Задание

Требуется спроектировать и рассчитать антенну, в соответствии с приведёнными ниже техническими данными.

Назначение:

Бортовая спутниковая передающая антенна системы ретрансляции телевизионных сигналов на участке линии ИСЗ-Земля (ИСЗ-З).

Схема:

Однозеркальная антенна с отражателем в виде вырезки из параболоида вращения (параболическая антенна). В качестве облучатели используется конический рупорный облучатель (КР).

Исходные данные:

Средняя рабочая частота: 4 ГГц

Коэффициент усиления приёмной антенны: 48 дБ

Тип фидера: круглый волновод

Мощность передатчика: 50 Вт

Мощность на входе приёмника: -108 дБВт

Длина трассы ИСЗ-З: 39 900 км

Проектирование и расчёт. Параметры передающей антенны

Коэффициент усиления передающей антенны рассчитывается в соответствии с выражением для баланса мощностей на линии ИСЗ-З:

То же выражение в логарифмических единицах — децибелах:

(в этом выражении:)

Величина учитывает дополнительные потери в атмосфере за счёт множителя ослабления и потери в фидерных трактах передатчика и приёмника.

дБ.

— рабочая длина волны, равная при заданной средней рабочей частоте:

м

Мощность передатчика в дБВт:

дБВт

дБ

Коэффициент усиления антенны в относительных единицах (в разах) составляет 398.

Параметры облучателя

В разрабатываемой антенне используется конический рупорный облучатель. Для К Р характерны простая конструкция и достаточно широкий диапазон рабочих частот, определяемый условиями одноволнового режима питающего волновод (используется круглый волновод), а также лучшая симметрия диаграммы направленности, чем у пирамидального рупора.

Коэффициент направленного действия облучателя выбирают, как правило, в пределах относительных единиц.

Пусть, тогда диаметр раскрыва (апертура) рупора:

м

Радиус раскрыва рупора:.

Длина рупора:

м

Половина угла раскрыва рупора:

Диаграммы направленности излучения облучателя в плоскостях E и H строятся по номограммам ([1], стр. 8, рис. 4) по значению отношения диаметра раскрыва рупора к длине волны.

Определённые по номограммам нормированные значения функций направленности:

Значение

ф-циии

1

0, 9

0, 8

0, 7

0, 6

0, 5

0, 4

0, 3

0, 2

0, 1

0, 05

0

12

19

25

29

34

38

44

54

68

80

0

12

17

20

24

29

34

44

68

72

Построенные по полученным значениям диаграммы направленности облучателя:

Углы по уровню 0, 3:

Положение фазового центра конического облучателя зависит от величины максимальной фазовой ошибки в раскрыве, равной:

Т. к, то расстояние от центра раскрыва рупора до фазового центра в сторону его вершины:

Защита облучателя от внешних воздействий и попадания влаги в его раскрыв помещается пластина из диэлектрика.

При потерях толщина пластины:

м

Радиус волновода выбирается из условия:

По справочной таблице выбирается волновод типа С40 диаметром 52 мм.

Параметры профиля зеркала

бортовой спутниковый передающий антенна

Радиус апертуры зеркала антенны рассчитывается с учётом усиления антенны:

Величина — произведение результирующего коэффициента использования апертуры и КПД антенны.

м

Фокусное расстояние параболического отражателя:

— половина оптимального угла раскрыва, определяемого по диаграмме направленности по уровню 0, 3.

м

Для рупорного облучателя фокусное расстояние уточняется округлением до целого числа полуволн:.

Для данного случая: f=0, 189 м (n=5).

Профиль параболического зеркала, рассчитанный с помощью выражения:

Таблица для построения профиля:

x

y2

+y

-y

0

0

0

0

0, 02

0, 02

0, 123

-0, 123

0, 04

0, 03

0, 174

-0, 174

0, 06

0, 05

0, 213

-0, 213

0, 08

0, 06

0, 246

-0, 246

0, 1

0, 08

0, 275

-0, 275

0, 12

0, 09

0, 301

-0, 301

0, 14

0, 11

0, 325

-0, 325

0, 16

0, 12

0, 348

-0, 348

0, 18

0, 14

0, 369

-0, 369

0, 2

0, 15

0, 389

-0, 389

0, 22

0, 17

0, 408

-0, 408

0, 24

0, 18

0, 426

-0, 426

0, 26

0, 2

0, 443

-0, 443

0, 28

0, 21

0, 460

-0, 460

0, 3

0, 23

0, 476

-0, 476

0, 32

0, 24

0, 492

-0, 492

0, 34

0, 26

0, 507

-0, 507

0, 36

0, 27

0, 522

-0, 522

Распределение амплитуды поля в апертуре антенны

Расчёт распределения амплитуды поля в апертуре антенны выполняется с применением аппроксимирующей функции вида:

(в этом выражении — нормированное расстояние точки в раскрыве антенны от её центра)

Расчёт коэффициентов и.

Результаты расчёта зависимости:

0

0, 1

0, 2

0, 3

0, 4

0, 5

0, 6

0, 7

0, 8

0, 9

1

, рад

0

0, 2

0, 39

0, 57

0, 75

0, 91

1, 06

1, 2

1, 33

1, 44

1, 55

1

0, 9

0, 65

0, 4

0, 3

0, 27

0, 24

0, 09

0, 1

0, 05

0, 01

1

0, 89

0, 63

0, 37

0, 22

0, 15

0, 09

0, 06

0, 04

0, 028

0, 01

Составляется система уравнений (для и), которая решается относительно переменных и:

В результате решения системы получены значения:

Аппроксимирующая функция:

Графики истинного (сплошная линия) и аппроксимированного (пунктирная линия) распределения амплитуды поля в апертуре антенны:

Расчетные значения:

0

0, 1

0, 2

0, 3

0, 4

0, 5

0, 6

0, 7

0, 8

0, 9

1

1

0, 97

0, 88

0, 74

0, 57

0, 37

0, 18

0, 02

-0, 07

-0, 06

0, 1

Расчёт диаграммы направленности антенны

Функция направленности для амплитудного распределения поля в раскрыве антенны, аппроксимированного в виде степенного трёхчлена:

(в этом выражении, , — лямбда-функция i-го порядка)

, °

0

0

1

1

0, 5

2, 6

1

0, 5

0, 23

0, 99

1

0, 5

2, 59

1

1

0, 47

0, 97

0, 98

0, 49

2, 55

0, 98

1, 5

0, 7

0, 94

0, 96

0, 48

2, 49

0, 96

2

0, 93

0, 9

0, 93

0, 47

2, 41

0, 93

2, 5

1, 17

0, 84

0, 89

0, 46

2, 31

0, 89

3

1, 4

0, 78

0, 85

0, 44

2, 2

0, 84

3, 5

1, 63

0, 7

0, 8

0, 42

2, 06

0, 79

4

1, 87

0, 63

0, 74

0, 4

1, 92

0, 74

4, 5

2, 1

0, 54

0, 68

0, 38

1, 76

0, 68

5

2, 33

0, 46

0, 62

0, 35

1, 59

0, 61

5, 5

2, 57

0, 38

0, 56

0, 33

1, 43

0, 55

6

2, 8

0, 3

0, 49

0, 3

1, 26

0, 48

6, 5

3, 03

0, 22

0, 43

0, 27

1, 09

0, 42

7

3, 26

0, 15

0, 37

0, 25

0, 92

0, 36

7, 5

3, 49

0, 08

0, 31

0, 22

0, 77

0, 29

8

3, 72

0, 03

0, 25

0, 19

0, 62

0, 24

8, 5

3, 96

-0, 02

0, 2

0, 17

0, 48

0, 18

9

4, 19

-0, 06

0, 15

0, 14

0, 35

0, 14

9, 5

4, 42

-0, 09

0, 1

0, 12

0, 24

0, 09

10

4, 65

-0, 11

0, 07

0, 1

0, 14

0, 05

10, 5

4, 88

-0, 13

0, 03

0, 08

0, 05

0, 02

11

5, 11

-0, 13

0, 01

0, 06

0, 02

0, 01

11, 5

5, 34

-0, 13

-0, 02

0, 05

0, 07

0, 03

12

5, 56

-0, 12

-0, 03

0, 03

0, 11

0, 04

12, 5

5, 79

-0, 11

-0, 05

0, 02

0, 14

0, 06

13

6, 02

-0, 09

-0, 05

0, 01

0, 16

0, 06

13, 5

6, 25

-0, 07

-0, 06

0

0, 17

0, 07

14

6, 47

-0, 05

-0, 06

0

0, 17

0, 07

Диаграмма направленности антенны:

Ширина главного лепестка по уровню 0, 7 составляет 4°.

Защита облучателя от отражённой волны

Для устранения влияния отражённой от зеркала волны на облучатель можно применить различные способы:

— вынос облучателя из фокуса;

— поворот отражённой волны на 90° (изменение угла поляризации);

— покрытие центральной части отражателя поглощающим материалом.

При использовании последнего способа в центральной части зеркала помещают металлический диск.

Диаметр диска для данного случая:

м

В результате в точке размещения облучателя противофазные и равноамплитудные волны взаимно компенсируют друг друга.

Литература

1. Брауде В. Б., Казанцева Т. П., Чинакаев Н. Р. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: методические указания к курсовому проектированию. СПб.: СПбГУТ, — 2001 г.

2. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 1989. — 432 с.

3. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: учебник для вузов / Г. А. Ерохин, О. В. Чернышев, Н. Д. Козырев, В. Г. Кочержевский; Под ред. Г. А. Ерохина. — М.: Горячая линия — Телеком, 2007. — 491 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой