Зеркальная параболическая антенна со спиральным облучателем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаграмма направленности зеркальной параболической антенны

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт  вращающегося сочленения

Выберем бесконтактное дроссельное  коаксиальное вращающееся сочленение. Оно применяется на всех уровнях  мощности главным образом в сантиметровом  диапазоне волн.

Дроссельное вращающееся сочленение показано на рис. 3.

рис. 3

В таких сочленениях трущийся контакт  между подвижной и неподвижной  частями линии заменяется электрическим  коротким замыканием по высокой частоте  в сечении АА (рис. 3). Короткое замыкание получается за счёт последовательного включения с внутренним и наружным проводниками коаксиала в месте зазора короткозамкнутых  полуволновых линий, входные сопротивления которых равны нулю. Полуволновая секция разбивается на два участка по четверти длины волны, чтобы трущееся соединение линий находилось в том месте, где амплитуда тока близка к нулю. В этом случае потери на нагревание в месте соединения будут малы. Незначительным будет и влияние срабатывания трущихся соединений на входное сопротивление в зазоре.

Расчёт основных размеров коаксиального  вращающегося сочленения

1. Волновое сопротивление основной коаксиальной линии вращающегося сочленения выбираем равным 50 Ом, что существенно упростит конструкцию всей системы (не надо ставить согласующее устройство). Для выполнения дроссельного соединения диаметр внутреннего проводника коаксиала должен быть не менее 6 мм.

 

Диаметр наружного проводника коаксиала  определяется из выражения для волнового сопротивления основной коаксиальной линии вращающегося сочленения

 

 

 

 

Коаксиальную линию, имеющую параметры  и , проверим на невозможность распространения высших типов волн, которые ухудшают в сочленении условия передачи энергии. Что бы в линии распространялась только основная волна и не распространялись волны высших типов как Е, так и Н, необходимо выполнить условие

 

где – наименьшая длина волны рабочего диапазона

 

 

Верно

2. В задании дана величина КБВ = 0.85, которая должна быть обеспечена в заданной полосе частот. Зная КБВ и , можно определить волновое сопротивление дроссельных линий. Для этого по заданному КБВ сначала рассчитаем величину реактивного сопротивления , представляющего сумму входных сопротивлений дросселей внешнего и внутреннего проводников (рис. 4)

рис.  4

 

 

Далее, пользуясь практическими  соотношениями для выбора волновых сопротивлений дроссельных линий, определим сопротивление  из уравнения

 

Где – средняя частота волны диапазона

 – отклонение крайней длины волны от средней

 

 

 

 

 

 

 

 Ом

 Ом

Ом

 Ом

3. Произведём проверку, может ли  сочленение, имеющее выбранные размеры,  пропустить заданную мощность (300 Вт). Максимальная мощность, которую  может передать жёсткая коаксиальная  линия, рассчитывается по формуле

 

где    – допустимая напряжённость поля

 

Видно, что рассчитанное сочленение может пропустить заданную мощность (300 Вт).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор линии питания

При выборе питающей линии будем  учитывать следующие параметры:

• требуемая полоса частот  ± 20%
• средняя мощность в непрерывном режиме 300 Вт
• волновое сопротивление 50 Ом
• спиральный облучатель

Выберем РК50 – 1 – 12 (радиочастотный кабель со сплошной изоляцией из полиэтилена)

Приведём  его основные параметры

Волновое  сопротивление  50 ± 5.0 Ом

Диаметр внутреннего  проводника 0.32 мм

Диаметр по изоляции 1.0 ± 0.1 мм

Диаметр по оболочке 1.9 ± 0.2 мм

Затухание не более 2.2 дБ/м при 3 ГГц

Ёмкость не более 100 пФ/м

Напряжение  начала короны 0.6 кВ

Масса 5.8 кг/км

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрическая схема антенны

1 – спиральная антенна

2 – согласующее устройство

3 – коаксиальная линия передачи  с диэлектриком

4 – коаксиальный разъём

5 – зеркальная антенна

6 – вращающееся сочленение

7 – волноводное соединение с  дросселем

8 – приёмо-передатчик

 

 

 

 

Расчёт  КПД 

Важным параметром линии с потерями является её коэффициент полезного  действия (КПД). КПД определяется как  отношение мощности , выделившейся в нагрузке, к мощности , подведённой к линии: 

 – общая длина тракта (1.8 м от генератора до вращающегося сочленения и ≈1.2 м от вращающегося сочленения до облучателя)

 

 – суммарный коэффициент отражения в тракте

 – погонное затухание

Для коаксиальной линии 

В конструкции питающей линии присутствуют неоднородности, вызывающие отражение  электромагнитной волны: вращающийся  переход, изгиб фидера, согласующий  трансформатор и разъёмы.

Приведём значения этих коэффициентов  отражения:

• вращающийся переход  0.05
• изгиб фидера    0.015
• согласующий трансформатор 0.009
• разъём (4 шт.)   0.001

Найдём суммарный коэффициент  отражения в тракте

 

Таким образом, можно вычислить  КПД линии

0.546

 

Определим КБВ в линии

 

Данное значение полностью удовлетворяет поставленному  условию, так как полученный КБВ превышает минимально допустимое значение (0.85).

Описание  конструкции 

Зеркальную параболическую антенну  со спиральным облучателем можно  разделить на несколько основных частей: параболическое зеркало, спиральный облучатель с согласующим устройством, питающий фидер и вращающееся  сочленение.

Материалом  для изготовления зеркала могут послужить алюминиевые сплавы (АМГ, АМГ2М, АМГ3М,1105) или оцинкованная сталь. Все компоненты подвески, базы и зеркала подвергаются антикоррозионной обработке методом гальванического цинкования, методом горячего цинкования, с дальнейшей покраской методом порошкового напыления в электростатическом поле. В конструкции крепления облучателя предусмотрена возможность перемещения облучателя при настройке (фазовый центр облучателя должен располагаться в фокусе параболоида). В качестве каркаса спиральной антенны можно применить твёрдый пенопласт, так как диэлектрическая проницаемость   пенопласта практически равна диэлектрической проницаемости воздуха. В качестве экрана можно применить алюминий. В питающей линии применены стандартные узлы – фидер и разъёмы для унификации конструкции и упрощения ремонта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы

1. Антенны и устройства СВЧ. Расчёт и проектирование антенных решёток и их излучающих элементов. Под редакцией профессора Воскресенского Д.И. –               М.: Изд-во «Советское радио», 1972, стр. 320
2. Пособие к курсовому проектированию по антенно-фидерным устройствам. Часть II.  редакцией профессора Воскресенского Д.И. – М.: Изд-во «МАИ», 1973, стр. 126
3. Антенны и устройства СВЧ. Д.И. Воскресенский, В.Л. Гостюхин, В.М. Максимов, Л.И. Пономарёв; под редакцией Воскресенского Д.И. – М.: Изд-во «МАИ», 1999, стр. 528
4. Антенны и устройства СВЧ. Для радиотехнич. спец. вузов. Сазонов Д.М. – М.: Изд-во «Высшая школа», 1988, стр. 432
5. Антенны УКВ. Под редакцией Г.З. Айзенберга. В 2–х частях. Часть 2. – М.: Изд-во «Связь», 1977, стр. 288
6. Конструирование и конструкции устройств СВЧ: учебное пособие. Попов В.В.  –  М.: Изд-во «МАИ», 1992, стр. 56

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт КНД и КУ

 

Коэффициент направленного действия круглого, синфазного возбуждённого излучающего раскрыва определяется по формуле:

 

 

 

где - коэффициент использования площади (КИП) раскрыва, определяемый только амплитудным распределением по раскрыву (апертурный КИП).

 

Коэффициент усиления (КУ) антенны равен произведению коэффициента направленного действия антенны на её коэффициент полезного  действия: