ПРОЕКТИРОВАНИЕ РУПОРНО-ПАРАБАЛИЧСКОЙ АНТЕННЫ

DESIGN OF THE HORNO-PARABALIC ANTENNA

Для определения размеров aантенны необходимо задать  величину коэффициента полезного действия () и коэффициента использования поверхности (): =0.85÷ 0.9, =0.65÷0.75.

Следовательно площадь раскрыва S можно определить по формуле:

.                                                  (1)

Апертурой в данной антенне выступает сегмент кольца с радиусами  и  (Рисунок 1). Рекомендуется выбирать .

          Для примерно одинаковых  размеров раскрыва антенны в вертикальной и горизонтальной плоскости величины , , L1, L2  и  определяются соотношениями:

,                           (2)

 ; L1=2R1sin(α/2); L2=2R2sin(α/2);

Профиль зеркала в плоскости ХОZ (рисунок 1) рассчитывается по уравнению:  .

          При учёте этих фактoров формулы для расчёта диаграмм направленности приобретают весьма сложный вид [1,21].

Рисунок 1 – Рупорно-параболическая антенна

На (Рисунке 1) видно, что . Тогда диаграмма направленности в случае горизонтальной поляризации поля в вертикальной плоскости имеет вид:

,                                         (3)

в горизонтальной плоскости:

.                                                              (4)

          Для каждой рассчитанной диаграммы определить ширину на уровне 0.707 и на нулевом уровне, а также уровень боковых лепестков, дБ.

          Размеры и электрические параметры стандартных волноводов приведены в (Таблица 1), а размеры стандартных фланцев (контактных и дроссельных) в (Таблица 2). [2,38 c.] Так как рупор в данной антенне не является оптимальным, нужно посчитать коэффициент отражения от горловины рупора и КБВ в фидере [3,26 с.]. Если значение КБВ меньше 0.9 – 0.95, нужно рассчитать плавный, в большинстве случаев экспоненциальный переход от рупора к питающему волноводу.

         Волновое сопротивление волновода Zф и перехода в месте стыковки с рупором Z (0) рассчитываются по формуле [4, 14с.]:

.                                         (5)

Если обозначить через R=Zф/Z (0) – перепад волновых сопротивлений, то волновое сопротивление в любом сечении x (Рисунок 2) запишется:

                                        (6)

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2- Экспоненциальный переход

 

         Рассчитав по (6) для нескольких значений x волновое сопротивление перехода, по формуле (5) определяем профиль широкой стенки экспоненциального перехода. [5, 32]

Далее проектируем антенну по заданным параметрам

Исходные данные:

 

 

         Для нахождения конструктивных размеров антенны определяемся с величиной КПД   и коэффициента использования поверхности (v):  v = 0,7. Угла раствора рупора а = 30.

 

Рабочая частот:

Площадь раскрыва рупора:

Радиус внутреннего кольца:

Радиус внешнего кольца:

   =  + = 2,59

Фокусное расстояние большого зеркала:

= 0,96 м

Малая хорда кольца:

         = 0,79

 Большая хорда:

          =  = 1,34

 

Найдем внутренние размеры а и b:

        

        

Волновое число:

        

 

Диаграмма направленности в вертикальной плоскости:

Рисунок 3 ­­­­­– ДН в вертикальной плоскости

ШДН при нулевом уровне 0,055. ШДН при уровне 0,707

Отсюда КНД  -22.9 дБ.

Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости:

Рисунок 4 ­­­­­– ДН в горизонтальной плоскости

ШДН при нулевом уровне 0,025. ШДН при уровне 0,707  Отсюда КНД  -29.1 дБ

Рисунок 5 – ДН рупорно-параболической антенный

Рисунок 6 – Дн в логарифмическом масштабе

Профиль зеркала в плоскости XOZ рассчитывается по уравнению:

Рисунок 7 – Профиль зеркала в плоскости XOZ

Выбор волновода. По уровню рабочей частоты из таблицы, подходит волновод МЭК -100.

 

Таблица 1

Параметры волновода МЭК ­-100.

Тип волновода

Внутренние размеры, мм

Толщина стенок, мм

Диапазон частот, ГГц

Затухание медных стенок

Мощность пробоя, кВТ

 

a

b

от

до

Частота, ГГц

Дб/м

 

МЭК -100

22,86

10,16

1,27

8,20

12,5

9,84

0,11

990

 

Фланец выбирается в соответствии с выбранным волноводом.

Таблица 2

Параметры стандартного фланца.

Тип волновода

a

в

h

A

B

A’

B

S

C

D

t

d

МЭК - 100

22,86

10,16

1,27

42

42

31

32

5

25,78

31,11

0,29

6,73

4,5

 

Рисунок 8 – Дроссельный фланец: 1 - волновод; 2 - фланец; 3 - дроссельная канавка; 4 - радиальный зазор

 

         Найдем коэффициент отражения от горловины рупора и КБВ в фидере. Если наше значение КБВ будет меньше 0,9-0,95, то необходимо будет рассчитать этот переход.

 

         Эквивалентное сопротивление равно:

Тогда коэффициент отражения от горловины рупора найдем по формуле:

Коэффициент бегущей волны определим по формуле:

Коэффициент направленного действия:

Волновое сопротивление стандартного волновода  и перехода в месте стыковки с рупором Z(0) вычислим по формуле:

Так как, полученное значение КБВ больше, чем 0,9-0,95, то необходимости рассчитывать экспоненциальный переход нет.

         Приведенные диаграммы направленности, а также другие расчеты и измерения показывают, что характерным для антенны является наличие в ее диаграмме незначительных боковых лепестков и узкость самой диаграммы направленности, так же она обладает широкополосным согласованием. По этим преимуществам данные антенны находят широкое применение в радиорелейных линиях.

 

 

 

Использованные источники

1.                 Метрикин А.А. Антенны и волноводы РРЛ - М: Связь 1977 г. – 21 с.

2.             Ямпольский В.Г., Петрова В.Г. Антенны - М: Связь 1973 – 38 с.

3.             «Средства Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ - М: Связь 1977 – 26 с.

4.            Долуханов М.П. Распространение радиоволн. - М: Связь, 1965 – 14 с.

5.            Микроэлектронные устройства СВЧ/Под ред. Г.И. Веселова - М:1988 – 32 с.