Материал: Схема и принцип действия параболической антенны

Нормированные парциальные ДН выражаются через функции Бесселя первого рода первых порядков J_n(u) и комбинацию функций Бесселя и Струве нулевого и первого порядков H_n(u). Обобщенный аргумент u равен половине электрического размера антенны, умноженного на синус угла наблюдения:

 (2.11)

Представленные в таблице парциальные АР дают возможность достаточно точной аппроксимации реально существующего в антенне амплитудного распределения.

Указанная в задании антенна, как уже было сказано в пункте (2.1), имеет в своем раскрыве две накладывающиеся друг на друга плоскости, имеющие различные диаметры и одинаковую глубину раскрыва. Поэтому методика расчета выбирается следующей:

)     Проведем с помощью программы KRUG расчеты ДН на средней частоте (602МГц) для каждой плоскости отдельно, полагая распределение осесимметричным.

)     Рассчитав среднее фокусное расстояние и соответствующий ему диаметр плоскости раскрыва, проведем расчет усредненной диаграммы направленности на этой же частоте.

)     Проведем расчет ДН с учетом тени, создаваемой облучателем.

)     Оценим уровень погрешности, обусловленной выносом облучателя из фокуса.

2.6 Расчет диаграмм направленности на средней частоте

Исходными данными для программы будут являться: выбранная длинна волны, полученное в пункте (2.4) нормированное амплитудное распределение (G1) и диаметр плоскости раскрыва (D).

Рассчитаем по формуле (2.4) среднюю длину волны λ_ср:

λ_ср = С/f_ср

λ_ср = 0.498 м

Нормирование АР (GI) осуществляется относительно диаметра плоскости (в программу вводятся величины GI при R=0.1D, 0.2D, 0.3D, 0.4D, 0.5D).

В следующей таблице запишем рассчитанные с помощью графиков пункта (2.4) исходные данные.

Таблица 2.4.

Наша задача сводится к вводу полученных данных и подбору весов (p_i) пяти парциальных АР, аппроксимирующих рассчитанное нами в пункте (2.4) амплитудное распределение. Для составления сводных таблиц рассчитанных значений, проведем сразу расчет и для D_cp.

Расчет усредненной ДН проводится для среднего фокусного расстояния, которому соответствует некая средняя плоскость раскрыва с диаметром D_cp:

f_cp= 85,58 см,

Следуя формуле (2.1):       D_cp = 197,9 см.

Таблица 2.5.

Представим рассчитанные программно результаты в виде сводной таблицы значений.

Таблица 2.6.

Составим также таблицу программно полученных значений, необходимую для построения графиков диаграмм направленности антенны в трех рассмотренных нами случаях.

Таблица 2.7.

Построим графики полученных распределений.

Рисунок 2.8. Диаграмма направленности антенны для случая D=1.974 м.

Рисунок 2.9. Диаграмма направленности антенны для случая D=1.983 м.

Рисунок 2.10. Диаграмма направленности антенны для случая D=1.979 м.

.7  
Расчет диаграмм направленности с учетом тени, создаваемой облучателем

Программа KRUG дает также возможность расчета ДН антенны с учетом круглой тени, создаваемой облучателем. В нашем случае тень прямоугольного облучателя необходимо аппроксимировать описанной вокруг его поперечного сечения окружностью, как это показано на рисунке (2.11).

Рисунок 2.11

Рассчитанные значения:

Таблица 2.8.

Таблица 2.9.

Построим графики полученных функций:

Рисунок 2.12. Усредненные диаграммы направленности антенны в плоскости E без учета и с учетом тени.

Рисунок 2.13. Усредненные диаграммы направленности антенны в плоскости H без учета и с учетом тени.

2.8 Оценка погрешностей

Как мы видим из предыдущих пунктов, из-за небольшого различия фокусных расстояний погрешности выноса облучателя из фокуса в обоих плоскостях оказываются незначительными. Поэтому построенные нами усредненные ДН и рассчитанные с помощью программы KRUG параметры антенны для D_cp, можно с удовлетворительной степенью приближенности на данном этапе считать верными.

2.9 Расчет просачивания энергии

Плоскость зеркала антенны, указанной в задании, в целях облегчения
конструкции, а так же уменьшения давления ветра на нее (парусности) выполнена не из сплошного металлического листа, а из сетки полых трубок диаметром 16 мм. Для характеристики работы такого зеркала применяют коэффициент прохождения T [24], определяемый как отношение энергии волны, прошедшей за зеркало, к энергии падающей волны.

(в некоторых источниках эту величину называют просачиванием энергии и обозначают буквой δ).

Зеркало можно считать хорошим, если T не превышает 1%.

Следует отметить, что интенсивность поля прошедшей за зеркало волны для параболоида вращения обратно пропорциональна первой степени отношения (диаметр зеркала/длинна волны), а параболического цилиндра - второй его степени. Поэтому при тех же размерах раскрыва параболический цилиндр имеет значительно больший коэффициент прохождения, чем параболоид вращения. У параболоидов вращения излучение в заднем полупространстве слабонаправленное, а у параболических цилиндров - направленное.

Для определения δ необходимо произвести измерения диаметров (d) труб и расстояния между ними (t). Измерив эти величины, мы можем определить величину δ с помощью номограммы из [5], изображенной на рисунке (2.14). Измеренные значения и номограмма приведены ниже.

d=1.6 см

t=5.15 см

δ=0.004

δ=-24дБ

Рисунок 2.14. Номограмма «расчет просачивания энергии».

3. Расчет параметров коаксиально-волноводного перехода

Для расчета КВП рассмотрим сначала несколько теоретических задач возбуждения поля в волноводе.

Для простоты расчетов положим, что внутренний проводник коаксиального кабеля, возбуждающий электромагнитное поле в резонаторе является элементарным электрическим излучателем (ЭЭИ).

Выведем формулы для коэффициентов возбуждения и запишем выражения для комплексных амплитуд вынужденного электромагнитного поля волны типа H₁₀, возбуждаемой в прямоугольном волноводе элементарным электрическим излучателем с током I₀. Излучатель имеет длину l_д и направлен вдоль оси у (рисунок 3.1). Волновод заполнен воздухом.