Антенна с зеркалом в виде параболического цилиндра (5 видео)

Содержание

Приложение 11. Цилиндропараболическая зеркальная антенна
ЦИЛИНДРОПАРАБОЛИЧЕСКАЯ ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА
Методика расчета параметров антенны.
Методика расчета параметров антенны.
Антенна параболический цилиндр. Уголковая антенна
🔍 Видео

Видео:Параболические антенны и облучатели 4GСкачать

Приложение 11. Цилиндропараболическая зеркальная антенна

ЦИЛИНДРОПАРАБОЛИЧЕСКАЯ ЗЕРКАЛЬНАЯ АНТЕННА

Рефлектор в виде параболического цилиндра используется в тех случаях, когда требуется различная ширина диаграммы направленности антенны во взаимно перпендикулярных плоскостях. В качестве облучателя цилиндропараболической антенны применяют линейный облучатель, формирующий цилиндрический фронт волны. Обычно более узкая диаграмма направленности формируется в плоскости, проходящей через ось облучателя (фокальную ось). В этой плоскости ширина диаграммы направленности определяется свойствами облучателя, а во взаимно перпендикулярной плоскости – размером раскрыва (шириной) параболического цилиндра.

Исходными данными для расчета цилиндропараболической антенны являются: ширина диаграммы направленности (,); длина волны ; излучаемая мощность .

Облучатель, состоящий из полуволновых вибраторов

В сантиметровом диапазоне облучатель с вибраторами 1 возбуждают волноводом 2 (рис. П11.1). Короткозамыкатель 3, установленный в конце секции волновода, необходим для настройки облучателя. Штыри 4 являются приемными антеннами и служат для отбора мощности и передачи её на входы вибраторов.

Методика расчета параметров антенны.

1. По заданной длине волны определяются ориентировочные размеры прямоугольного волновода

Подбирается стандартный волновод по найденным размерам и .

Волновод с уточнёнными размерами a и b проверяется на допустимую мощность

где a, b, λ – в см; =30 кВт/см.

2. Рассчитывается количество вибраторов в ряду

Значение n округляется до ближайшего целого числа.

3. Рассчитывается сопротивление излучения облучателя

где , — взаимное активное и реактивное сопротивления между p-м и q-м вибраторами; и — взаимное активное и реактивное сопротивления между p-м вибратором и зеркальным изображением q-го вибратора.

Сопротивления , , и находятся из таблиц (см. Приложение 18) как функции аргументов

4. Вычисляется ток в пучности вибратора

5. По величине критического напряжения у поверхности вибратора Екр=30 кВ/см определяется радиус вибратора

При малом значении допустимого радиуса толщину вибратора выбирают из условия механической прочности.

6. Рассчитывается волновое сопротивление (Ом) вибратора

7. Определяется укорочение вибраторов антенны

8. Рассчитывается диаграмма направленности облучателя в плоскости Н

9. По диаграмме направленности облучателя находится амплитудное распределение тангенциальной составляющей напряженности электрического поля в раскрыве антенны

10. По графику определяется угол раскрыва зеркала , при котором плотность потока мощности составляет 0,1…0,2 от максимума, что соответствует значению 0,316…0,447 по напряженности (от значения Е(0) в направлении максимума излучения).

Читайте также: Форд галакси замена главного цилиндра сцепления

11. Определяется размер зеркала в плоскости Н

12. Рассчитывается фокусное расстояние параболического цилиндра

13. Определяется форма сечения параболического отражателя

и вычерчивается профиль параболического зеркала.

14. Определяется длина параболического цилиндра

15. Рассчитывается коэффициент направленного действия антенны

где ν — КИП антенны, равный 0,5…0,6.

16. Рассчитывается диаграмма направленности антенны в плоскости Е, проходящей через фокальную линию

где , , — угол, отсчитываемый от перпендикуляра к плоскости раскрыва.

В плоскости Н, перпендикулярной фокальной линии, диаграмма направленности определяется по формуле

где угол также отсчитывается от перпендикуляра к плоскости раскрыва.

17. Рассчитывается коэффициент бегущей волны в питающем фидере

где Г — коэффициент отражения, равный , здесь ,

а — фокусное расстояние.

18. Рассчитывается КПД антенно-фидерного тракта.

Волноводно-щелевой облучатель цилиндропараболической антенны изображён на рис. П11.2. Продольные щели прорезаны в широкой стенке волновода. Отрезок волновода с помощью короткозамкнутого поршня настраивается в резонанс, при этом интенсивность возбуждения щелей максимальна.

Методика расчета параметров антенны.

1. Выбираются размеры a и b стандартного волновода в соответствии с указаниями, приведенными в (П11.1) и (П11.2).

2. Определяется длина волны в волноводе

3. Рассчитывается количество щелей в облучателе

4. Определяется смещение щели относительно средней линии в широкой стенке волновода (см. рис. П11.2)

5. Рассчитывается проводимость излучения щели, приведённая к пучности напряжения

6. Определяется напряжение между кромками щели в пучности

7. Определяется ширина щели

8. Рассчитывается укорочение щели

9. Определяется резонансная длина щели

10. Находится амплитудное распределение тангенциальной составляющей напряженности электрического поля в раскрыве антенны

где первый множитель в правой части приближенно описывает диаграмму направленности щели в широкой стенке волновода, а второй — учитывает влияние формы зеркала.

11. Дальнейший расчет ведется в соответствии с (П11.11)…(П11.18). При этом необходимо помнить, что в антенне с волноводно-щелевым облучателем плоскость Е соответствует плоскости Н в антенне с вибраторным облучателем, а плоскость Н соответствует плоскости Е.

Видео:Параболическая антеннаСкачать

Антенна параболический цилиндр. Уголковая антенна

В ряде случаев необходимо в двух главных плоскостях иметь ДН, значительно отличающиеся по ширине. При этом пространственная ДН будет в форме веера. Для получения веерной ДН размеры раскрыва антенны в двух взаимно перпендикулярных плоскостях должны быть различны. Такую диаграмму легко получить с помощью антенны, состоящей из металлического зеркала, поверхность которого имеет форму параболического цилиндра, и линейного облучателя, расположенного вдоль фокальной оси этого цилиндра (рис. 30).

Читайте также: Время наполнения тормозных цилиндров при экстренном торможении

Рисунок 30. Антенна – параболический цилиндр

Элементы линейного излучателя возбуждаются синфазно. Сечение цилиндра плоскостью y0z представляет параболу, а плоскостью x0z — прямую линию. Длина облучателя равна примерно длине (высоте) цилиндра h.

Если на поверхность цилиндра падает волна, то благодаря геометрическим свойствам параболы эта волна, отражаясь по законам геометрической оптики, трансформируется в плоскости y0z в плоскую. В плоскости x0z цилиндр не обладает трансформирующими свойствами. Поверхность раскрыва цилиндра АВСD имеет форму прямоугольника со сторонами 2R₀ = АВ и h и возбуждается синфазно. Синфазность возбуждения вдоль оси у обеспечивается трансформирующими свойствами параболического цилиндра в плоскости y0z, а вдоль оси х — тем, что все элементы линейного облучателя возбуждаются синфазно и создают вдоль оси облучателя синфазное поле.

В плоскости x0z ДН параболического цилиндра (см. рис. 30) копирует ДН синфазного облучателя. Ее ширина определяется линейным размером облучателя и амплитудным распределением поля вдоль оси х. В плоскости y0z ДН антенны может быть рассчитана методом, изложенным [5]. Обычно результирующий КИП параболического цилиндра не превышает 0,5. 0,6.

Параболический цилиндр может облучаться с помощью синфазной многощелевой волноводной антенны, волноводной многовибраторной антенны, рупорной линейной решетки, сегментной параболической антенны, уголковой антенны.

Уголковая антенна (рис. 31) состоит из зеркала (рефлектора 1), образованного двумя плоскими металлическими пластинами, и вибратора (2) или системы коллинеарных вибраторов, расположенных в плоскости биссектрисы угла зеркала γ. Поле, излученное антенной, является суммой поля, излучаемого непосредственно вибратором (облучателем), и поля, создаваемого вторичными токами, текущими по поверхности зеркала.

Рисунок 31. Уголковая антенна

Подбором угла γ и расстояния d от оси облучателя до вершины зеркала максимальное излучение получается в направлении биссектрисы угла γ. Угол γ обычно берется равным 180°/n, где n — целое число (1, 2, 3. ).

Уголковая антенна отличается конструктивной простотой. Крепление вибраторов можно осуществлять с помощью как диэлектрических, так и «металлических» изоляторов, что предпочтительнее.

Такая антенна при ее приемлемых размерах позволяет получать ДН шириной примерно до 20° (по половинной мощности). По своим направленным свойствам антенна близка к параболическому цилиндру с такими же размерами.

Читайте также: Зависимость давления в тормозных цилиндрах

В качестве слабонаправленных антенн УКВ широко используются антенны в виде открытого конца волноводов прямоугольного или круглого сечений. Электромагнитная волна, распространяющаяся по волноводу, дойдя до его открытого конца, частично излучается, а частично отражается. Физическими источниками излучения являются электрические токи, возбуждаемые главным образом на внутренних стенках волновода. Расчет излучения методом, использующим распределение тока вблизи раскрыва волновода, очень сложен, поэтому используется метод, основанный на применении принципа эквивалентности.

Зеркальная осесимметричная параболическая антенна состоит из отражающей поверхности, выполненной в виде параболоида вращения, и небольшой слабонаправленной антенны-облучателя, установленный в фокусе параболоида и облучающей внутреннюю поверхность последнего. На базе такой классической зеркальной антенны разработаны различные модификации.

Рассмотренные зеркальные параболические антенны по сравнению с другими типами антенн обладают хорошими электрическими характеристиками, технологичны в изготовлении и имеют сравнительно простую конструкцию. Наряду с этими достоинствами они обладают недостатками, которые в ряде случаев не позволяют удовлетворить комплексу требований, предъявляемых к современным антеннам. Такими недостатками являются большая длина тракта от антенны до приемопередающей аппаратуры и его размещение в поле излучения антенны; сложность обеспечения амплитудного распределения поля в раскрыве, близкого к равномерному, с сохранением высокого значения результирующего КИП (v_рез); неприемлемые в ряде случаев продольные габаритные размеры антенны и др. Поэтому наряду с однозеркальными схемами антенн были разработаны так называемые двухзеркалъные антенны, в которых перечисленные недостатки проявляются в меньшей степени либо полностью устраняются.

В ряде случаев необходимо в двух главных плоскостях иметь ДН, значительно отличающиеся по ширине. При этом пространственная ДН будет в форме веера. Для получения веерной ДН размеры раскрыва антенны в двух взаимно перпендикулярных плоскостях должны быть различны. Такую диаграмму легко получить с помощью антенны, состоящей из металлического зеркала, поверхность которого имеет форму параболического цилиндра, и линейного облучателя, расположенного вдоль фокальной оси этого цилиндра.

Уголковая антенна состоит из зеркала (рефлектора), образованного двумя плоскими металлическими пластинами, и вибратораили системы коллинеарных вибраторов, расположенных в плоскости биссектрисы угла зеркала. Поле, излученное антенной, является суммой поля, излучаемого непосредственно вибратором (облучателем), и поля, создаваемого вторичными токами, текущими по поверхности зеркала.