Широкое распространение в диапазоне СВЧ получили остронаправленные широкодиапазонные антенные устройства, аналогичные оптическим рефлекторам или прожекторам. С помощью них оказалось возможным радиорелейная связь, межконтинентальные телевизионные передачи (спутниковая связь), связь с космическими объектами, радиоастрономия, радиолокация и некоторые другие практические приложения радиотехники СВЧ.

Зеркальные антенны характерны тем, что их геометрические размеры намного превосходят длину волны. Они подобны оптическим приборам и электромагнитные процессы в таких антеннах приближенно могут быть описаны с помощь законов геометрической оптики. Поэтому внешний вид некоторых антенн напоминают оптические линзы и зеркала, которые в радиотехнике преобразуют сферические и цилиндрические волны в плоские.

Зеркальные антенны составлены из облучателя и зеркальной поверхности. В качестве облучателя используется любая слабонаправленная антенна, в данном случае открытый конец прямоугольного волновода.

2. Расчет параболической антенны.

2.1. Расчет облучателя.

Так как облучатель является важнейшим элементов зеркальной антенны, в значительной степени определяющим ее параметры, то расчет обычно начинается с выбора облучателя. Основными критериями для его выбора являются рабочая длина волны, требования к диапазонности, тип фидера, величина подводимой мощности, близкий к сферическому фронт волны в пределах угла раскрыва зеркала (с допуском порядка ±λ/16), диаграмма направленности с концентрацией энергии в пределах одной полусферы, хорошее согласование с фидером, малое затенение и ряд специфических требований, обусловленных особенностями радиотехнического устройства, где используется антенна.

Облучатели в виде открытого конца волновода или рупора удобно использовать при больших мощностях излучения. Они обладают также хорошими диапазонными свойствами. Однако открытый конец прямоугольного волновода обладает разными диаграммами направленности в плоскостях E и Н. От этого недостатка свободны рупорные облучатели, где имеется возможность почти независимой регулировки диаграмм направленности в плоскостях Е и Н путем подбора размеров раскрыва рупора и , таким образом получения диаграммы в виде тела вращения.

(2.1.1)

Так как для большинства облучателей антенна получается оптимальной, когда уровень облучения края зеркала на 10 дБ ниже уровня его центра (0,316 по напряженности поля), то диаграмма направленности облучателя должна удовлетворять соотношению

где – угол раскрыва параболоида.

Как известно, нормированное распределение поля на раскрыве зеркала связано с диаграммой направленности облучателя м параметрами парабалоида соотношением

(2.1.2)

где f – фокусное расстояние, – расстояние от фокуса до точки на поверхности зеркала.

Диаграмму направленности небольшого рупора можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений

((2.1.3)

где – нормированные диаграммы направленности по напряженности поля в плоскостях Е и Н соответственно;

– угол, отсчитываемый от направления максимума диаграммы направленности;

– размер раскрыва рупора в плоскости Н;

– размер раскрыва рупора в плоскости E;

, где

2.1.1. Определение угла раскрыва параболоида

После выбора излучателя следует найти соотношение между радиусом параболоида

определим из следующего соотношения и фокусным расстоянием (рис. 2.1) при помощи выражения

(2.1.4)

Рис. 2.1

Чтобы определить угол раскрыва выбирается в пределах , выберем его равным 0.5, тогда

С помощью выражений (2.1.2),(2.1.3) получим следующие уравнения

(2.1.5)

Решим уравнения (2.1.5) с помощью графиков функций (рис. 2.2)

Рис. 2.2 Графики функций

откуда

2.2 Расчет параболоида.

2.2.1 Определение диаметра параболоида 2Rп и фокусного расстояния f

Из приближенной формулы для КНД найдем радиус параболоида Rп

(2.2.1)

где - площадь раскрывa парабалоида.

(2.2.2)

Следовательно,

Фокусное расстояние можно определить пользуясь формулой

(2.2.3)

Диаметр парабалоида связан с заданной длиной волны и требуемым углом раствора диаграммы направленности на уровне половинной мощности (2q0.5) приближенной зависимостью

(2.2.4)

Тогда

2.3 Расчет диаграммы направленности.

Используя формулы (2.1.3) построим нормированную диаграмму направленности облучателя.

Рис. 2.3.1. Диаграмма направленности облучателя в полярной системе координат

Найдем распределение поля в раскрыве параболоида, для этого воспользуемся следующей формулой

(2.3.1)

Страницы: 1, 2