Материал: Схема и принцип действия параболической антенны

Рисунок 3.1

Поскольку возбуждение осуществляется лишь электрическим током, запишем формулу для коэффициентов возбуждения волны типа H₁₀ [4] в виде:

Свободное поле волны типа H₁₀ запишем в виде:

 (3.1)

 (3.2)

Норма волны типа H₁₀:

Используя выражения (3.1) (3.2), получим:

Элементарный облучатель, расположенный в точке с координатами x=x₁ и z=z₁ характеризуется объемной плотностью тока [4]:

Воспользовавшись свойствами δ-функций, получим:

 (3.3)

Используя (3.1) (3.2) (3.3), запишем выражения для комплексных амплитуд вынужденного ЭМП волны типа H₁₀. В данном случае нас будет интересовать только поле в переднем полупространстве волновода, т.е. при z>z₁

Далее рассмотрим решение этой же задачи при условии, что волновод с одной стороны закорочен проводящей плоскостью (полубесконечный волновод) [16]. В соответствии с принципом зеркальных изображений, исходная система эквивалентна изображенной на рисунке (3.2б).

Рисунок 3.2 (а)

Рисунок 3.2 (б)

ЭМП в волноводе при z>0 находят как сумму полей реального и фиктивного источников. Коэффициент возбуждения волны реального источника определяется из выражения:

Коэффициент возбуждения волны от фиктивного источника:

Коэффициент результирующей волны типа H₁₀ находится как сумма коэффициентов реального и фиктивного источников. В результате сделанных предположений найдем комплексные амплитуды составляющих вынужденного ЭМП волны H₁₀:

Далее, определим мощность и сопротивление излучения ЭЭИ, возбуждающего волну H₁₀ в волноводе, рассмотренном выше. Определим, при каких значениях x₁ и z₁ мощность, отдаваемая источником в волновод максимальна.

Мощность излучения равна среднему потоку мощности волны H₁₀ через поперечное сечение волновода [18]:

Комплексные амплитуды составляющих вынужденного поля для данной системы определяются выражением:

Подставляя сюда найденные значения комплексных амплитуд вынужденного ЭМП, получим:

Так как , то

Величина  максимальна при x₁=a/2 и z₁ = (2к+1)λ_H10/4 (к=0,1,2,....). Поэтому, при расчетах параметров конструкции волновода положение КВП выбирается на расстоянии 0,25 м от короткозамыкающей стенки волновода и на расстоянии 0,5а=21 см от узкой стенки волновода.

Сопротивление излучения можно найти из условия

Откуда

Следуя полученной выше формуле, составим графики следующих зависимостей.

Рисунок 3.3. Зависимость сопротивления излучения в заданном диапазоне при рассчитанных размерах волновода от длины волны в свободном пространстве. (Полагается, что l_д равно половине b).

Рисунок 3.4. Зависимость сопротивления на средней частоте от длины проводника, возбуждающего резонатор.

4. Разработка конструкции основных узлов антенны

Предложим конструкцию волновода как результат произведенных выше расчетов. На рисунках (4.1) и (4.2) предложен вариант конструктивного исполнения волновода.

Рисунок 4.1. Поперечное сечение волновода.

Рисунок 4.2. Внешний вид волновода.

Установка волновода в фокус обеспечивается за счет держателя, изображенного на рисунках (4.3) и (4.4). Для обеспечения первоначальной калибровки антенны и возможности ее дальнейшей работы волновод должен иметь возможность передвигаться вдоль оси излучения в небольших пределах (это необходимо для максимально точной установки волновода в фокус, а так же дает возможность управления ДН антенны). Для этого в конструкции волновода предусмотрены направляющие, имеющие отверстия соответствующих диаметров, а в конструкции держателя соответственно - направляющие пазы с прорезанными в их широких стенках щелями. Фиксация волновода осуществляется с помощью крепежных болтов [16].

Рисунок 4.3. Поперечное сечение держателя волновода.

Рисунок 4.4. Конструкция держателя волновода.

Для обеспечения первоначальной калибровки облучателя отдельно
выполняется коротко замыкающий поршень, изображенный на рисунке (4.5). После выполнения калибровки поршень фиксируется.

Рисунок 4.5. Короткозамыкающий поршень волновода.

5.   Корректировка расчетов диаграммы направленности

В связи с предложенной конструкцией держателя волновода, имеющего размеры, большие, чем раскрыв волновода (крепление держателя в фокус обеспечивается за счет квадратной металлической пластины со стороной 52см (рисунок 5.1)), необходимо произвести пересчет ДН антенны с учетом круглой тени, создаваемой пластиной. Все расчеты ведутся по методике, предложенной в пункте (2.7).

Рисунок 5.1

Рассчитанные значения:

Таблица 5.1

Построим графики полученных функций:

Рисунок 5.2. ДН антенны с учетом тени, создаваемой облучателем и держателем в плоскости E.

Рисунок 5.3. ДН антенны с учетом тени, создаваемой облучателем и держателем в плоскости H.

6.   Экономический раздел

.1   Основные понятия

Производя расчет экономической эффективности, необходимо четко представлять, в первую очередь, суть таких категорий, как “экономический эффект” и “экономическая эффективность”.

Экономический эффект - это полученный (или предполагаемый) результат использования определенных ресурсов (основных фондов, трудовых ресурсов и т.п.), рассчитанный в денежном выражении.

Экономическая эффективность - это соотношение экономического эффекта и затрат, связанных с его получением.

Исходя из сути экономической эффективности, для ее расчета необходимо определить (рассчитать), во-первых, величину затрат, которые следует осуществить для реализации поставленной цели, а во-вторых, величину экономического эффекта, который будет получен на практике от внедрения полученных результатов.

Общая сумма затрат слагается из нескольких частей: текущих, единовременных, эксплуатационных и сопряженных затрат.

Текущие затраты - это затраты, связанные непосредственно с изготовлением продукции, производимой с помощью разрабатываемых средств труда или их аналогов.

Единовременные затраты - это капитальные затраты, связанные с приобретением средств труда (приборов, оборудования, инструментов и т.п.), увеличением оборотных средств.

Эксплуатационные затраты - это затраты, которые складываются в процессе эксплуатации разрабатываемого объекта новой техники (затраты на электроэнергию, заработную плату и т.п.).

Сопряженные расходы - это средства, которые необходимо вложить в другие предприятия, чтобы была возможность внедрить разрабатываемый объект новой техники.

Экономический эффект рассчитывается как сумма всех положительных факторов в стоимостном выражении, обусловленных новой разработкой (снижение трудоемкости, численности, затрат материалов, электроэнергии, повышение качества продукции и т.п.).

Классическая схема процесса разработки антенных устройств изображена на рисунке 6.1. Разработка начинается с анализа технических требований и выбора первоначальной конфигурации цепи.

Рисунок 6.1. Схема процесса исследования антенны.

Первоначальная конфигурация выбирается на основании имеющихся исходных данных и предшествующего опыта. Для определения различных параметров этой цепи используются процедуры анализа и синтеза. Затем разрабатывается предварительный лабораторный макет и измеряются его характеристики. Измеренные характеристики сравниваются с заданными техническими требованиями; если заданные требования не выполняются, то макет дорабатывается. Доработка может включать регулировку и настройку макета. Затем вновь проводятся измерения, результаты которых сравниваются с заданными требованиями. Последовательный процесс доработки, измерений и сравнений результатов с заданными требованиями повторяется до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые результаты. Окончательная конфигурация воспроизводится при изготовлении опытного образца.

6.2 Расчет себестоимости зеркальной антенны

Для всесторонней оценки создаваемого устройства необходимо учитывать не только техническую, но и экономическую сторону проводимой разработки. Экономический анализ дает возможность выбрать наиболее эффективный вариант из нескольких разрабатываемых конструкций, так как предполагает в дополнении к оценке технических характеристик устройства, оценить и его рентабельность, что является, пожалуй, определяющим фактором целесообразности создания нового продукта или разработки новой методики.

Одним из экономических показателей изделия является его оптовая цена, которая находится после составления плановой калькуляции себестоимости.

Первая статья калькуляции - затраты на сырье и основные материалы, определяется прямым счетом по рабочим чертежам, с учетом технологического процесса. Результаты расчета применительно к нашему устройству приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Вторая статья - затраты на вспомогательные материалы рассчитывается аналогично первой, результаты расчета приведены в таблице 6.2.

Таблица 6.2