Електричний та конструктивний розрахунок параболічного циліндра

Размещено на http://www.allbest.ru/

параболічний циліндр геометрія хвилевод

"Електричний та конструктивний розрахунок параболічного циліндра"



1.Конструкція, принцип дії параболічного циліндра

Вхідні данні

1.л = 3 см

2.2ц 0.5р = 1°

3.2?0.5р = 2°

4.FбА = -13,3дБ

5.FбУ = -23дБ

Облучатель - Е - секторіальній рупор

Рис.

Параболічний циліндр використовується в тих випадках, коли необхідно створити вірну ДС з різко розлучною шириною ДС в головних площинах, а також при необхідності відтворити сканування луча в одній площині в досить широкому секторі. Антена складається із дзеркала у вигляді параболічного циліндра та лінійного опромінювача з довжиною, яка дорівнює довжині відтворюючій дзеркала. Дзеркало може бути симетричним та несиметричним. Частіше використовуються несиметричні дзеркала, дозволяючи усунути вплив відображонної хвилі на опромінювач та тіньовий ефект опромінювача. Особливо це ціле направлено у тих випадках,коли лінійний опромінювач має громіздке електромеханічний пристрій для качання луча. Перфорацію в параболічному циліндрі, як правило,не роблять, так як відтвори, відтворю я в площині YOZ лінійну синфазну решітку, створюють помітний задній пелюсток.

Лінійний опромінювач міститься на фокальній лінії та створює в «квазідальній» зоні циліндричну хвилю. Циліндрична хвиля перетворюється дзеркалом в плоску.

В якості опромінювача параболічного циліндра найбільш частіше використовується: лінійна система вібраторів або щілин, застосуєма звичайно у випадку симетричних дзеркал, а також секторіальний рупор з фазо дорівнюючим пристроєм та сигментальний параболоїд. Останній представляє собою параболічний циліндр невеликої висоти, обмежений двома паралельними металічними пластинами. Збуджується він відкритим кінцем прямокутного хвилевода.

Секторіальний рупор та сигментальний параболоїд використовуються звичайно для несиметричних дзеркал.

Розрахунок параболічного циліндра виробляється апертурним методом при звичайних допущеннях, приймаємих для несиметричних дзеркалах.



2. Конструктивний розрахунок параболічного циліндра

2.1 Вибір лінії передачі

Волновод МЕК - 100.

а = 2,3 см ; в = 1 см.

2.2 Розрахунок геометрїї дзеркала

По заданій ширині ДС, використовується вирази:

51? л/ L1 = 1° ; L1 = 51?3/1 = 1,53 м

58? л/L2 = 2° ; L1 = 58?3/2 = 1,00 м

За коефіцієнтом ефективності ( [2] стр.9) вибираємо:

а1 /р = 0,7 ;

а1 = L1/2 = 1,53/2 = 0,765 м ;

а2 = L2/2 = 1,00/2 = 0,5м, тоді

р = 0,50/0,7 = 0,72 м ;

f = р/2 = 0, 36 см

Глубина зеркала:

Z0 = а2І /2р ; ([2] 1.3в) (1)

Z0 = 0,5І/1,44 = 0,171 м ;

Знаходимо кут розкриву ?0 та ?0 :

?0 ?0 = (arctg(a1,2/2f)·2) ;

?0 = 70°

?0 = 90°



3. Опромінювач

LE = 1,53 м ;

LH = 0,023 м ;

Рис.



4. Електричний розрахунок параболічного циліндра

4.1 Розрахуємо ДС в Е - площині

Будемо враховувати, що АР в розкриві дзеркала - такий, як і в площині Е - рівномірний, але з'являється більша фазова помилка. Через неї спотворюється ДС F ?(?), провал в головних пелюстках, звідси треба спроектувати фазову помилку. Для цього приймають рупори спеціальної форми:

Рис.

ДС в Е - площині:

ДС - при рівномірному амплітудному розподілі розраховується за формулою:



F_E () =

;

Оскільки ДС джерела Гюгенса набагато ширше ніж ДС опромінювача, дивись (Мал.4.4. )

Рис.

тоді .

Використовуючи формулу , будемо вважати, що ДС опромінювача Е- площині розраховується наступним чином:

F_E () = , де Ш_E = [2] (3)

Змінюючи кут від 0⁰ до 70⁰ знаходимо значення Ш_E , та будуємо ДС.



Рис.

Таблиця. При цьому зручно вести розрахунки

?,град	0	0,5	1	1,5	2	2,5
шE	0	1,394	2,724	4,166	5,448	6,89
F	1	0,71	0,16	-0,2	-0,13	0,09

4.2 Графік ДС в Е - площині

Рис.



4.3 ДС опромінювача у Н - площині

За формулами (4) та (5) розрахуємо ДС опромінювача у Н - площині.

LH = 0,023 м ;

FH° = р/4[sin(ш - р/2)/ш - р/2 +( sin(ш + р/2)/ш + р/2)] [2] (4)

де шн = (р? LH/л)?sin? [2] (5)

? = 0,10,…,70; ?0 = 70

Рис.

Таблиця. Розрахунки даних з формул заносимо

?,град	0	10	20	30	40	50	60	70
шн	0	0,42	0,82	1,2	1,54	1,84	2,08	2,26
F°( ? )	1	0,98	0,93	0,87	0,79	0,70	0,64	0,59



Графік ДС опромінювача у Н - площину:

4.4 Амплітудний розподіл в Н - площині розрахуємо за формулами

За формулою (1.5) розраховуємо половину діаметра дзеркала.

Ан(с) = Fн(?)·cosІ ?/2 ; ( [2] 1.5) (6)

с = 2·f·tg?/2 ; ([2] 1.3а) (7)

Таблиця. Данні розрахунків заносимо

?	tg?/2	с = 2·f/а· tg?/2	cos?	cosІ ?/2	Fн(?)	Ан(с)
0	0	0	0	0	1	1
10	0,08	0,062	0,98	0,98	0,98	0,96
20	0,176	0,126	0,94	0,96	0,93	0,89
30	0,267	0,192	0,87	0,92	0,87	0,80
40	0,363	0,261	0,77	0,88	0,79	0,69
50	0,466	0,335	0,64	0,81	0,70	0,56
60	0,577	0,415	0,5	0,76	0,64	0,48
70	0,674	0,485	0,34	0,67	0,59	0,39

Аналогічно згідно данних таблиці, будуємо графік амплітудного розподілу в Н - площині:



Рис.

За формулою (1.5) розраховуємо кут розкрива дзеркала.

Ан(?) = Fн(?)·cosІ ?/2 ; ([2] 1.5) (8)

Таблиця. Данні розрахунків заносимо

?	0	10	20	30	40	50	60	70
Ан (?)	1	0,96	0,89	0,80	0,69	0,56	0,48	0,39

Графік амплітудного розподілу в Н - площині:

Рис.



4.5 Апроксимація амплітудного розподілу

За допомогою формули (9) розрахуємо апроксимацію.

А(с1) = 1 - (1 - Д)·с1І ; ([2] стр.261) (9) с1 = с/ с0 ; с0 = а = 0,5

Таблиця

с1	0	0,124	0,252	0,384	0,522	0,67	0,83	1
А(с1)	1	0,99	0,96	0,91	0,83	0,73	0,58	0,39

Рис.

4.6 ДС - антени в Н - площині

За формулами (10) та (11), розрахуємо ДС - антени в Н - площині.

FA?(Ш A?) = Д·л1(Ш A?) + (1 - Д)· л2(Ш A?) ; ([2] 261) (10)

Ш A? = р· L2/л·sin?; ([2] 261) (11)



Таблиця

?	Ш A?	л1	л2	Д	FA?(?)
0	0	1	1	0,39	1
0,5	1,28	0,82	0,88	0,39	0,88
1	2,72	0,3	0,52	0,39	0,76
1,5	4,166	-0,05	0,18	0,39	0,09
2	5,608	-0,15	-0,05	0,39	-0,09
2,5	7,05	0	-0,1	0,39	-0,06
3	8,33	0,1	0,03	0,39	0,06
3,5	9,61	0,07	0,02	0,39	0,04

Графік ДС - антени в Н - площині

Вибір стандартного хвилеводу

Для визначення розмірів фідерного тракту необхідно знати частоту хвилі. Визначивши частоту хвилі можна визначити за простою формулою (11):

ГГц (11)

Таблиця. Знаючи частоту хвилі визначимо геометричні розміри фідерного тракту

Позначення	Диапазон частот для основного типау хвиль Ггц	Внутренние розміри, мм	Товщина стен	Затухание дБ/м
		ширина	висота		На частоті Ггц	Теоритичнавеличина	Максим. величина
	от	до
МЭК-100	8,20	12,5	22,860	10,160	1,270	9,84	0,110	0,143

Висновок

параболічний циліндр геометрїя хвилевод

В результаті виконання курсової роботи була розрахована дзеркальна параболо - циліндрична антена. 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 опромінювана встановлюють в фокусі параболічного циліндра.

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

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

Параболо - циліндричні антени характеризуються високим рівнем ККД. ККД сильно залежить від геометричних розмірів параболічного циліндра, тобто чим глибше дзеркало тим більша частина енергії попадає на дзеркало і тому більше ККД. Характер зміни ККД протилежний характеру зміни КВП. КСД параболо - циліндричних 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.

Основними недоліками параболічного циліндра є:

Громіздкість конструкції; більша, ніж у параболоїда обертання, вплив опромінювача на ДС антени та вплив дзеркала на опромінювач (при симетричному дзеркалі) та зв'язана з цим менша по зрівнянню з параболоїдом обертання диапазонність антени.

Але в свою чергу є і позитивні переваги,такі як:

Можливість отримання різко вразливих вірних ДС; можливість незалежного управління ДС в головних пелюстках; можливість качання луча в площині утворюючій в широких межах; відсутність поля крос - поляризації.



Література

1. Шифрин Я.С. Расчет и проектирование антен сверхвысоких частот. Х., 1971.

2. Шифрин Я.С. Антени. Издание академии. Х., 1976.

3. Усин В.А. Присторї НВЧ та антени . Х., 1984.

4. Белоусов В.В. Авивционные антенно-фидарные устройства. Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию ч. І.Х., 1989.

5. Размещено на Allbest.ru

...