Волноводно-щелевая приемная антенна для системы спутникового непосредственного телевизионного вещания

1) Вибраторные антенны (наиболее просты в изготовлении, вследствие чего наиболее распространены, особенно на частотах метрового и дециметрового диапазонов. Вследствие низкого КНД используются в основном как приемные. Легко может быть реализована как линейная, так и круговая поляризация (турникетные антенны). При использовании специальной конструкции могут быть достаточно широкополосные (диполь Надеенко) тАУ полоса до 50%. Входные сопротивления могут изменятся в большом диапазоне значений в зависимости от конструкции):

а)ВаВаВаВаВа Полуволновой вибратор:

Форма ДН тАУ тороидальная

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ 1,64

Диапазон волн тАУ МВ, ДМВ, СМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,3тАж1,5

Поляризация тАУ линейная, однако, два перпендикулярных вибратора, питаемых со сдвигом фаз могут работать с полем эллиптической поляризации

б)ВаВаВаВаВа Петлевой вибратор Пистолькорса:

Форма ДН тАУ тороидальная

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ 1,64

Диапазон волн тАУ МВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 2тАж2,5

в)ВаВаВаВаВа Волновой вибратор:

Форма ДН тАУ тороидальная

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ 2,5

Диапазон волн тАУ МВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,35

г)ВаВаВаВаВаВа Вибратор с линейным пассивным рефлектором:

Форма ДН тАУ приблизительно кардиоида вращения

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ не менее -15 дБ

Достижимый КНД тАУ 4тАж6

Диапазон волн тАУ МВ, ДМВ, СМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,35

д)ВаВаВаВаВа Вибратор с плоским рефлектором:

Форма ДН тАУ приблизительно кардиоида вращения

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ не менее -16,5тАж-9 дБ

Достижимый КНД тАУ до 7

Диапазон волн тАУ МВ, ДМВ, СМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,3тАж1,5

е)ВаВаВаВаВаВа Директорная антенна:

Форма ДН тАУ игольчатая, без учета влияния Земли

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ -15тАж-10,5 дБ

Достижимый КНД тАУ 40

Диапазон волн тАУ МВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,1тАж1,35

ж)ВаВаВаВаВа Многовибраторная синфазная антенна с пассивным рефлектором:

Форма ДН тАУ игольчатая или веерная

Ширина ДН тАУ до

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ -15тАж-9 дБ

Достижимый КНД тАУ ограничивается лишь конструктивными особенностями

Диапазон волн тАУ МВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,15тАж1,35

2) Щелевые антенны
(ввиду отсутствия выступающих частей излучающая поверхность может быть совмещена с внешними обводами корпуса летательного аппарата; распределение поля в раскрыве может выбираться в широких пределах за счет изменения связи излучателя с волноводом; имеет сравнительно простое возбуждающее устройство; проста в эксплуатации; имеет ограниченный диапазон свойств):

а)ВаВаВаВаВа Одиночная односторонняя щель в плоском экране бесконечных размеров:

Форма ДН тАУ широкий однонаправленный лепесток

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ четко выраженных боковых лепестков нет

Достижимый КНД тАУ 3тАж3,5

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,1

Поляризация тАУ линейная

б)ВаВаВаВаВа Кольцевая щель:

Форма ДН тАУ воронкообразная

Ширина ДН тАУ ненаправленная в плоскости щели

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ четко выраженных боковых лепестков нет

Достижимый КНД тАУ несколько единиц

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,5

Поляризация тАУ линейная

в)ВаВаВаВаВа V-образная щель

Форма ДН тАУ воронкообразная

Ширина ДН тАУ ненаправленная в плоскости щели

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ четко выраженных боковых лепестков нет

Достижимый КНД тАУ несколько единиц

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,4

Поляризация тАУ линейная

г)ВаВаВаВаВаВа Крестообразная щель:

Форма ДН тАУ широкий однонаправленный осесимметричный лепесток

Ширина ДН тАУ по θ-му компоненту и Вапо j-му

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ четко выраженных боковых лепестков нет

Достижимый КНД тАУ 3,5тАж4

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,1

Поляризация тАУ эллиптическая

д)ВаВаВаВаВа Двухщелевой облучатель:

Форма ДН тАУ широкий однонаправленный осесимметричный лепесток

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ четко выраженных боковых лепестков нет

Достижимый КНД тАУ 7тАж8

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,1

Поляризация тАУ линейная

е)ВаВаВаВаВаВа Одиночная многощелевая антенна:

Форма ДН тАУ веерная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ более -25 дБ

Достижимый КНД тАУ 400

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,1

Поляризация тАУ линейная или эллиптическая

ж)ВаВаВаВаВа Плоская решетка:

Форма ДН тАУ игольчатая

Ширина ДН тАУ до

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ более -25 дБ

Достижимый КНД тАУ 3500тАж4500

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,1

Поляризация тАУ линейная или эллиптическая

3) Волноводно-рупорные антенны
(наиболее простые антенны, являющиеся частью питающего волновода. Имеют высокий КПД порядка 100%, являются широкополосными устройствами, однако для достижения высокого КНД необходимо увеличивать ширину раскрыва рупора. При этом ухудшается его согласование с волноводом, так что нужно увеличивать длину рупора пропорционально квадрату увеличения его поперечных размеров. Для обеспечения круговой поляризации необходимо вводить дополнительные элементы в раствор рупора, либо применять пару рупоров с взаимным смещением фаз 90⁰):

а)ВаВаВаВаВа Открытый конец волновода:

Форма ДН тАУ однонаправленный широкий лепесток

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ четко выраженных боковых лепестков нет

Достижимый КНД тАУ 2тАж5

Диапазон волн тАУ СМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 2,6тАж2,9

Поляризация тАУ линейная (нетрудно получить круговую)

б)ВаВаВаВаВа Секториальные плоскостные оптимальные рупоры:

Форма ДН тАУ веерная

Ширина ДН тАУ в плоскости расширения

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ -14тАж-9 дБ (уровень бокового излучения взят для направления, соответствующего первому боковому лепестку)

Достижимый КНД тАУ 6тАж50

Диапазон волн тАУ СМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 2,6тАж2,9

Поляризация тАУ линейная

в)ВаВаВаВаВа Коробчатый рупор:

Форма ДН тАУ веерная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ

Достижимый КНД тАУ 2тАж40

Диапазон волн тАУ СМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 2,6тАж2,9

Поляризация тАУ линейная

г)ВаВаВаВаВаВа Пирамидальный и конический оптимальные рупоры:

Форма ДН тАУ однонаправленный узкий лепесток

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ Ва(уровень бокового излучения взят для направления, соответствующего первому боковому лепестку)

Достижимый КНД тАУ 10тАж400

Диапазон волн тАУ СМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 2,6тАж2,9

Поляризация тАУ линейная (нетрудно получить круговую)

4) Антенны поверхностных волн
(обладают малыми поперечными размерами, хорошими диапазонными свойствами по диаграмме направленности и входному сопротивлению. Технология их изготовления достаточно проста. Однако у данного типа антенн уровень боковых лепестков по сравнению с другими типами антенн большой, КПД тАУ низкий (за счет поглощения в диэлектрике или переотражения от металлических рёбер)):

а)ВаВаВаВаВа Стержневые диэлектрические антенны:

Форма ДН тАУ осесимметричная коническая

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ -3тАж-4 дБ при постоянном замедлении вдоль структуры, до -17 дБ при специально выбранном замедлении вдоль структуры

Достижимый КНД тАУ 20тАж120

Диапазон волн тАУ (0,5тАж30) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 2

Поляризация тАУ линейная или эллиптическая

б)ВаВаВаВаВа Стержневые ребристые антенны:

Форма ДН тАУ осесимметричная коническая

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ 20тАж120

Диапазон волн тАУ (3тАж300) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,3тАж1,5

Поляризация тАУ линейная или эллиптическая

в)ВаВаВаВаВа Стержневые модулированные антенны:

Форма ДН тАУ коническая

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ 20тАж30

Диапазон волн тАУ (3тАж30) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 1,5

Поляризация тАУ линейная вертикальная

г)ВаВаВаВаВаВа Плоские диэлектрические антенны:

Форма ДН тАУ осесимметричная веерная

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ до 150

Диапазон волн тАУ (0,5тАж30) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 2

Поляризация тАУ линейная или эллиптическая

д)ВаВаВаВаВа Плоские ребристые антенны:

Форма ДН тАУ осесимметричная веерная

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ до 150

Диапазон волн тАУ (3тАж30) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,3тАж1,5

Поляризация тАУ линейная вертикальная

е)ВаВаВаВаВаВа Плоские модулированные антенны:

Форма ДН тАУ осесимметричная веерная

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ до 300

Диапазон волн тАУ (3тАж30) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 1,5

Поляризация тАУ линейная вертикальная

ж)ВаВаВаВаВа Дисковые диэлектрические антенны:

Форма ДН тАУ коническая

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ 25тАж30

Диапазон волн тАУ (0,5тАж30) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 2

Поляризация тАУ линейная или эллиптическая

з)ВаВаВаВаВаВа Дисковые ребристые антенны:

Форма ДН тАУ коническая

Ширина ДН тАУ

Достижимый КНД тАУ 20тАж30

Диапазон волн тАУ (3тАж30) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,3тАж1,5

Поляризация тАУ линейная вертикальная

5) Спиральные и логопериодические антенны
(основное преимущество тАУ легкость обеспечения поляризации ЭМВ, близкой к круговой без введения дополнительных элементов, простота конструкции. Однако для получения высоконаправленной антенны её длина должна быть недопустимо большой (не выполняется условие механической прочности)):

а)ВаВаВаВаВа Цилиндрические спиральные антенны:

Форма ДН тАУ с увеличением частоты, ДН сужается

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ Вадо 30%

Достижимый КНД тАУ 5тАж25

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 10тАж20

Поляризация тАУ эллиптическая или управляемая

б)ВаВаВаВаВа Частотно-независимые эквиугольные спиральные антенны:

Форма ДН тАУ ДН является периодической функцией логарифма рабочей частоты

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ Вадо 20%

Достижимый КНД тАУ 2тАж10

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 10тАж20

Поляризация тАУ эллиптическая или управляемая

в)ВаВаВаВаВа Частотно-независимые логопериодические антенны:

Форма ДН тАУ ДН является периодической функцией логарифма рабочей частоты

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ Вадо 10%

Достижимый КНД тАУ 4тАж15

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 10тАж20

Поляризация тАУ линейная (может быть получена эллиптическая и управляемая с помощью двух крестообразно расположенных логопериодических антенн)

г)ВаВаВаВаВаВа Квазичастотно-независимые плоские архимедовы спиральные антенны:

Форма ДН тАУ зависит от закона изменения угла намотки по длине антенны

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ почти отсутствует

Достижимый КНД тАУ 3тАж6

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 5

Поляризация тАУ эллиптическая или управляемая

д)ВаВаВаВаВа Квазичастотно-независимые спиральные антенны на телах вращения:

Форма ДН тАУ зависит от закона изменения угла намотки по длине антенны

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ Вадо 30%

Достижимый КНД тАУ 2тАж15

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 2,5тАж5

Поляризация тАУ эллиптическая или управляемая

6) Линзовые антенны
(обеспечивают высокую направленность излучения/приема, однако по сравнению с зеркальными менее требовательны к точности изготовления поверхности, имеют 3 степени свободы (2 поверхности преломления и закон распределения коэффициента преломления) для придания антенне дополнительных свойств (широкоугольное качание диаграммы направленности, требуемое распределения амплитуды и фазы поля по раскрыву). Также отсутствует затенение раскрыва облучателем. Существенными недостатками являются большая масса, узкополосность и потери в веществе линзы):

а)ВаВаВаВаВа Замедляющие линзы тАУ сплошной диэлектрик:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ -20 дБ

Достижимый КНД тАУ 100тАж1000

Диапазон волн тАУ (0,1тАж10) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,8

Поляризация тАУ линейная и круговая

б)ВаВаВаВаВа Замедляющие линзы тАУ искусственный диэлектрик:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ -20 дБ

Достижимый КНД тАУ 1000тАж10000

Диапазон волн тАУ (3тАж20) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,8

Поляризация тАУ линейная и круговая

в)ВаВаВаВаВа Ускоряющие линзы:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ -20 дБ

Достижимый КНД тАУ 100тАж1000

Диапазон волн тАУ (1тАж10) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,8

Поляризация тАУ линейная

г)ВаВаВаВаВаВа Геодезические линзы:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ -20 дБ

Достижимый КНД тАУ 1000тАж10000

Диапазон волн тАУ (1тАж10) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,8

Поляризация тАУ линейная

д)ВаВаВаВаВа Линзы с переменным коэффициентом преломления:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ -20 дБ

Достижимый КНД тАУ 100тАж10000

Диапазон волн тАУ (1тАж10) см

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ 1,8

Поляризация тАУ линейная и круговая

7) Зеркальные антенны
(легко обеспечивают высокую направленность, широкополосны, имеют сравнительно простую конструкцию. При высоких частотах требования к точности изготовления очень жесткие (отклонения порядка ). Круговая поляризация обеспечивается конструкцией облучателя или введением дополнительных элементов, что усложнит и утяжелит конструкцию.):

А) Однозеркальные антенны
:

а)ВаВаВаВаВа Парабола тАУ параболоид вращения осесимметрический:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ

Достижимый КНД тАУ до 1000000

Диапазон волн тАУ ММВ, СМВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 7,8

Поляризация тАУ определяется облучателем (может быть любой в широком диапазоне частот)

б)ВаВаВаВаВа Парабола тАУ параболоид вращения усеченный:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ

Достижимый КНД тАУ до 1000000

Диапазон волн тАУ ММВ, СМВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 7,8

Поляризация тАУ определяется облучателем (может быть любой в широком диапазоне частот)

в)ВаВаВаВаВа Парабола тАУ круглая или квадратная внеосевая несимметричная вырезка из параболоида вращения:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ

Достижимый КНД тАУ до 1000000

Диапазон волн тАУ ММВ, СМВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 7,8

Поляризация тАУ определяется облучателем (может быть любой в широком диапазоне частот)

г)ВаВаВаВаВаВа Парабола тАУ параболический симметричный цилиндр:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ Ва(в плоскости профиля)

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ Ва(в плоскости профиля)

Достижимый КНД тАУ до 1000000

Диапазон волн тАУ ММВ, СМВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 7,8

Поляризация тАУ определяется облучателем (может быть любой в широком диапазоне частот)

д)ВаВаВаВаВа Профиль тАУ окружность, зеркало тАУ сферическое:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ

Достижимый КНД тАУ до 1000000

Диапазон волн тАУ ММВ, СМВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 7,8

Поляризация тАУ определяется облучателем (может быть любой в широком диапазоне частот)

е)ВаВаВаВаВаВа Профиль тАУ окружность, зеркало тАУ круглоцилиндрическое:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ Ва(в плоскости профиля)

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ Ва(в плоскости профиля)

Достижимый КНД тАУ до 1000000

Диапазон волн тАУ ММВ, СМВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 7,8

Поляризация тАУ определяется облучателем (может быть любой в широком диапазоне частот)

Б) Двухзеркальные антенны
:

а)ВаВаВаВаВа Большое зеркало тАУ параболоид, малое зеркало тАУ гиперболоид:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ

Достижимый КНД тАУ до 100000000

Диапазон волн тАУ ММВ, СМВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 7,8

Поляризация тАУ определяется облучателем (может быть любой в широком диапазоне частот)

б)ВаВаВаВаВа Двухзеркальная апланатическая система:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ

Достижимый КНД тАУ до 100000000

Диапазон волн тАУ ММВ, СМВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 7,8

Поляризация тАУ определяется облучателем (может быть любой в широком диапазоне частот)

в)ВаВаВаВаВа Большое зеркало тАУ сферическое, малое зеркало тАУ специального профиля:

Форма ДН тАУ различная

Ширина ДН тАУ

Уровень боковых (задних) лепестков тАУ

Достижимый КНД тАУ до 100000000

Диапазон волн тАУ ММВ, СМВ, ДМВ

Коэффициент перекрытия диапазона тАУ до 7,8

Поляризация тАУ определяется облучателем (может быть любой в широком диапазоне частот)

Выбор типа антенны

Нужно спроектировать антенну для системы спутникового непосредственного телевизионного вещания. Вследствие этого к ней должны предъявляться такие требования:

В· Надежность

В· Устойчивость к агрессивному влиянию внешней среды

В· Дешевизна

В· Простота эксплуатации

В· Возможно меньшие габариты и масса

Перечисленному списку хорошо удовлетворяет волноводно-щелевая антенна.

Т.к. эта антенна состоит из металлических волноводов, то чтобы ее повредить требуется большое усилие. В свою очередь ее конструкция проста, что означает маловероятную поломку. Отсюда следует вывод о большой надежности антенны.

При покрытии волноводов антикоррозийными материалами или их изготовлении из коррозостойких металлов предотвращает разрушение антенны из-за атмосферных осадков. Ветер, падение деревьев и т.п. должны иметь большую разрушительную силу, чтобы повредить антенну. Т.е второй пункт также выполняется.

Простота конструкции и деталей, дешевизна материалов, простота изготовления тАУ все это приводит к небольшой стоимости антенны по сравнению, например, с зеркальными.

Обслуживание антенны не требует значительных усилий.

Т.к. антенна, в основном, состоит из металлических частей, то она имеет довольно большую массу при сравнительно небольших габаритах.

Как видим, выбранный тип антенны удовлетворяет большинству требований, предъявленных выше.

В свою очередь она реализовывает оптимальную ДН, что приводит к хорошим усилительным свойствам антенны.

По условию проектируемая антенна узкополосная тАУ это исключает такой недостаток волноводно-щелевой антенны как отклонение луча в пространстве от заданного направления при изменении частоты.

Исходя из приведенных доводов, волноводно-щелевую антенну можно применять для систем спутникового телевидения и использовать при предложенных исходных данных.

Выбор конструкции антенны

волноводная антенна щелевая спутниковое вещание

Принцип антенны вращающейся поляризации в виде комбинации двух антенн линейной поляризации используется во многих типах антенн, таких как: турникетные антенны, рупорные антенны, диэлектрические стержневые антенны и другие.

Наиболее распространенными являются рупорные антенны. Они представляют собой совмещенную комбинацию двух антенн с перпендикулярными линейными поляризациями. При этом амплитуды полей в раскрыве одинаковы, а фазы сдвинуты между собой на . Это обеспечивается поляризатором, что усложняет конструкцию и расчет антенны. Эти антенны широкополосные, имеют малые потери, большую пропускную мощность (из недостатков тАУ большие габариты). Применяются, в основном, в СМ диапазоне и части ММ диапазона. Используются как в качестве одиночного излучателя, так и в качестве решетки рупоров. Могут выступать в качестве облучателей других антенн (например, зеркальных или линзовых). Применяются и для наземной, и для спутниковой связи, но в основном для наземной связи.

В данной курсовой работе необходимо рассчитать волноводно-щелевую антенну для частоты ГГц.

Для проектирования необходимой антенны рассчитаем сначала некоторые параметры, которые будут влиять на размеры и конструкцию антенны.

Определим общую длину трассы луча и длину трассы в пределах слоя тропосферы.

Расположение спутника и Земли:

По теореме косинусов запишем:

Для расчета затухания в атмосфере воспользуемся той же формулой, но вместо h подставим высоты расположения дождя, водяных паров и кислорода.

Известно, что дождевые облака не поднимаются выше 6 тАУ 8 км, водяные пары и кислород находятся в тропосфере не выше 15 км. Примем:

Тогда:

Решив эти уравнения, получим:

Множитель ослабления определим по формуле:

Ва(дБ),

где , , - погонные поглощения в парах воды, кислороде и осадках.

На частоте 16,4 ГГц эти параметры имеют следующие значения:

ВатАУ для умеренного дождя.

Выберем

Получаем:

Переведя в разы, получим:

раза

Определим вектор Пойнтинга тАУ плотность потока мощности, которую создает в точке приема спутниковый ретранслятор:

где ВатАУ эквивалентная изотропно-излучаемая мощность СР.

С помощью вектора Пойнтинга рассчитаем коэффициент усиления антенны:

, где ВатАУ коэффициент направленного действия антенны

ВатАУ коэффициент полезного действия антенны

, где эффективная площадь антенны

, где тАУ длина волны

Тогда:

Подставив численные значения величин, получим:

Определим КНД антенны:

где G_А тАУ коэффициент усиления антенны

h_А тАУ коэффициент полезного действия антенны

Коэффициент полезного действия волноводно-щелевых антенн с поглощающей нагрузкой на конце при большом количестве щелей довольно высок и имеет значение близкое к единице. Возьмем . Тогда:

Из того, что мы знаем Ванайдем количество щелей, которые смогут обеспечить прием заданной мощности:

, где n тАУ количество щелей

Необходимо, чтобы габариты антенны были минимальными тАУ это ведет к снижению массы антенны. Поэтому оптимальным вариантом будет плоскостная решетка, состоящая из волноводов с прорезанными в них щелями, где количество щелей по длине и ширине будет удовлетворять:

Следовательно: мы рассчитываем плоскостную решетку волноводно-щелевых антенн.

Расчет конструкции антенны

Расчет конструкции антенны ведется по следующему алгоритму:

1. Расчет волновода

2. Расчет элемента антенной решетки

1) Расчет волновода

Для расчета данного вида волноводно-щелевой антенны используется прямоугольный волновод с воздушным заполнением. Требуется, чтобы по волноводу распространялся только основной тип волны тАУ .

Так как рассчитывается резонансная антенна

то все вычисления будем проводить для средней частоты: отклонения для минимальной и максимальной частоты будут незначительны.

Критическая длина волны для любого типа волны равна:

где тАУ тип волны, распространяющейся по волноводу

а тАУ ширина волновода

b тАУ длина волновода

В частности для волны :

Оптимальным для волны считается волновод, если

Тогда:

Исходя из полученного a выбираем ближайший стандартный волновод с внутренними размерами: a =15,8 мм b = 7,9 мм

Затухание в волноводе обусловлено в основном электрическими потерями в металле. Значит необходимо выбрать металл с хорошей удельной проводимостью. Возьмем алюминий тАУ относительно дешевый и легкий материал с хорошей проводимостью. Тогда:

ВатАУ удельная проводимость алюминия.

Вычислим длину волны в волноводе:

2) Расчет элемента антенной решетки

Рассчитываемая антенна является резонансной. Поэтому, согласно [1, стр.119] ее длина равна . В свою очередь ширина щели зависит от ее длины и может быть определена так:

гдеВаВаВа P тАУ подводимая к антенне мощность

N тАУ количество излучателей

ВатАУ внешняя проводимость щели

Исходя из этого выражения предельная ширина щели очень мала и мы можем брать нужную конструктивных соображений. Возьмем ширину щели равную .

Следующим этапом расчета элемента есть определение его смещения относительно продольной оси волновода. Максимальное возбуждение продольных щелей волновода имеет место при смещении .

Согласно [1, рис 5.2], чтобы продольная щель имела резонансную длину близкую к Васмещение х не должно превышать . Тогда:

Расстояние между центрами двух щелей равно , причем расположены они в шахматном порядке:

Таким образом, мы получаем плоскую решетку из щелевых излучателей размерами 43 щели 43 щели. Длина волновода вычисляется с учетом количества щелей и короткозамкнутого четвертьволнового отрезка волновода:

где n тАУ количество щелей плоскостной решетки

Ширина антенной решетки:

Здесь а тАУ внешняя стенка волновода (а = 16,3 мм)

Толщина антенной решетки определяется внешней толщиной волновода:

b = 8,4 мм

Расчет параметров и характеристик антенны

Определим добротность антенны:

где G_А тАУ коэффициент усиления антенны

Т_А тАУ шумовая температура антенны

В рассчитываемом диапазоне

влияние внешних источников (внешних шумов) пренебрежимо мало. Поэтому Т_А определяется тепловым движением электронов в самой антенне:

Также учитывается шумовая температура, обусловленная атмосферой и тепловым излучением Земли:

Тогда:

Подставляя численные значения в формулу для определения добротности, получаем:

Рассчитаем теперь общее затухание спроектированной антенны:

где ВатАУ количество щелей плоскостной решетки

ВатАУ длина одного волновода

ВатАУ затухание в одном волноводе

Подставляя численные значения, получаем:

Рассчитаем теперь диаграмму направленности плоскостной антенной решетки, т.е. рассмотрим эквидистантную дискретную систему излучателей, образующих плоскостную антенную решетку.

Диаграмму направленности в продольной плоскости для продольной щели можно определить с помощью выражения:

Распределение по раскрыву дискретной линейной решетки излучателей экспоненциальное. Тогда:

Здесь тАУ величина, характеризующая неравномерность амплитудного распределения по раскрыву

d тАУ постоянная затухания

ВатАУ длина волновода

тАУ обобщенная координата

ВатАУ отклонение главного максимума ДН от нормали к линии расположения излучателей

Тогда:

Нормированная ДН линейной

Вместе с этим смотрят:

IP-телефония. Особенности цифровой офисной связи

РЖсторiя звтАЩязку та його розвиток

Анализ режимов автоматического управления

Аргоновый лазер

Архитектуры реализации корпоративных информационных систем