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.
