Разработка приемо-передающего радиокомплекса

Облучателями параболических антенн служат слабонаправленные антенны:

• рупоры;
• щелевые антенны;
• спирали;
• диэлектрические антенны и др.

К облучателю предъявляются определенные требования:

• диаграмма направленности должна быть симметричной относительно оси и без боковых лепестков;
• облучатель не должен сильно затенять параболическую антенну, так как это приводит к искажению ее диаграммы направленности и к снижению коэффициента использования поверхности параболоида вращения.

Наиболее простыми являются облучатели в виде открытого конца волновода прямоугольного или круглого сечения (рис. 1.11).

Волновод круглого сечения в большей степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к облучателям антенных систем, – диаграмма направленности симметрична относительно оси, в отличие от пирамидального (прямоугольного).

 

Рис. 1.13.	Облучатель конвертера Ku-диапазона

Существуют головки, принимающие оба диапазона (рис. 1.14). Благодаря оригинальной конструкции совмещенного облучателя C- и Ku-диапазонов появляется возможность установки двух конвертеров С-диапазона (3.4–4.2 ГГц) и двух конвертеров Ku-диапазона.

		
		Рис. 1.15.	Конусообразное окончание облучателя Ku-диапазона в совмещенном конвертере

Обратите внимание на оригинальное исполнение узла совмещенного приема C- и Ku-диапазонов (рис. 1.15.). Кроме типового волновода С-диапазона производитель установил внутрь данного конвертера полую трубку, заканчивающуюся конусообразным окончанием.

Главная особенность данного конуса – усиленное преломление сигналов Ku-диапазона. Благодаря такому инженерному решению улучшается качество приема сигналов Ku-диапазона.

Подобное решение также встречается и в других типах приемных конвертеров (рис. 1.16).

В зависимости от типа антенн принимающие головки делятся на три группы:

• для прямофокусных антенн – конвертеры с интегрированным прямофокусным облучателем;
• для офсетных антенн – конвертеры с интегрированным офсетным облучателем;
• фланцевые конвертеры, к которым присоединяется отдельный облучатель под любой тип антенн).

Соотношение фокусного расстояния к диаметру антенны

Важен не только тип антенны – офсетная или прямофокусная, но и такой параметр, как соотношение фокусного расстояния к диаметру антенны (F/D):

• у офсетных антенн параметр F/D составляет 0.6–0.8, для них выпускаются два типа облучателей с соотношением F/D 0.6–0.7 и 0.7–0.8;
• у прямофокусных антенн параметр F/D составляет 0.3–0.5, для них выпускаются облучатели, подстраиваемые под конкретное соотношение F/D.

Разница между конвертерами «для офсета» и «для прямофокуса» кроется в облучателе. Для офсетной антенны он имеет, как правило, форму ступенчатого рупора (рис. 1.17), а для «прямофокуса», чаще встречается т. н. «блин с кольцами» (рис. 1.18). Могут быть совмещенные облучатели для двух диапазонов (рис. 1.19). Последний предоставляет возможность установки двух конвертеров С-диапазона (3.4–4.2 ГГц) и двух конвертеров Ku-диапазона. Производятся компанией LANS.

Для понимания влияния значений F/D на геометрические размеры приемной антенны необходимо дать следующие расчеты:

• при размере рефлектора антенны 100 см;
• при F/D=1 фокусное расстояние также будет равно 100 см!

Также необходимо учитывать, что максимальное качество приема можно достичь лишь при совпадении фокуса антенны и угла раскрытия облучателя. При несовпадении типов спутниковой антенны и конвертера возможно ухудшение приема сигнала вплоть до полного прекращения (рис. 1.20).

Рис. 1.20.	Влияние отношения F/D на геометрические параметры облучателя

---

Это накладывает определенные требования на монтаж и эксплуатацию всей конструкции в целом. Следовательно, при уменьшении значения F/D фокусное расстояние также уменьшается.

 Параболические  антенны

 Апертура — это  часть плоскости, ограниченная кромкой  параболоида вращения.

Выбор параметра параболы определяет глубину параболоида, т. е. расстояние между вершиной и фокусом. При одинаковом диаметре апертуры короткофокусные параболоиды обладают большой глубиной, что делает крайне неудобным установку облучателя в фокусе. Кроме того, в короткофокусных параболоидах расстояние от облучателя до вершины зеркала значительно меньше, чем до его краев, что приводит к неравномерности амплитуд у облучателя для волн, отразившихся от кромки параболоида и от зоны, близкой к вершине.

Длиннофокусные параболоиды имеют меньшую глубину, установка облучателя является более удобной и амплитудное распределение становится более равномерным. Так, при диаметре апертуры 1,2 м и параметре 200 мм глубина параболоида равна 900 мм, а при параметре 750 мм — всего 240 мм. Если параметр превышает радиус апертуры, фокус, в котором должен находиться облучатель, располагается вне объема, ограниченного параболоидом и апертурой. Оптимальным считается вариант, когда параметр несколько больше, чем радиус апертуры.

Антенна — единственный усиливающий элемент приемной системы, который не вносит собственных шумов и не ухудшает сигнал, а следовательно, и изображение. Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два основных класса: симметричный параболический рефлектор и асимметричный (рис. 6.4, 6.5). Первый тип антенн принято называть прямофокусными, второй — офсетными.

Для антенн особое значение имеют характеристики направленности. Благодаря возможности использовать антенны с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием спутникового телевидения. Важнейшими характеристиками антенн являются коэффициент усиления и диаграмма направленности.

Коэффициент усиления параболической антенны зависит от диаметра параболоида: чем больше диаметр зеркала, тем выше коэффициент усиления.

Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от диаметра приведена ниже.

 

Таким образом, антенный параболоид, строго говоря, не является антенной в ее понимании преобразования напряженности электромагнитного поля в напряжение сигнала. Параболоид — это лишь отражатель радиоволн, концентрирующий их в фокусе, куда и должна быть помешена активная антенна (облучатель).

Диаграмма направленности антенны (рис. 6.8) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого в некоторой точке, от направления на эту точку. При этом расстояние от антенны до данной точки остается постоянным.

Увеличение коэффициента усиления антенны влечет за собой сужение главного лепестка диаграммы направленности, а сужение его до величины менее 1° приводит к необходимости снабжать антенну системой слежения, так как геостационарные спутники совершают колебания вокруг своего стационарного положения на орбите. Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к снижению коэффициента усиления, а значит, и к уменьшению мощности сигнала на входе приемника. Исходя из этого, оптимальной шириной главного лепестка диаграммы направленности яв-

ляется ширина в 1...2° при условии, что передающая антенна спутника удерживается на орбите с точностью ±0,1°.

Наличие боковых лепестков в диаграмме направленности также снижает коэффициент усиления антенны и повышает возможность приема помех. Во многом ширина и конфигурация диаграммы направленности зависят от формы и диаметра зеркала принимающей антенны.

 

 

 

 

	l	d	L  в дб
1	0,00633	20	151,972
2	0,00633	21	152,396
3	0,00633	22	152,800
4	0,00633	23	153,186
5	0,00633	24	153,556
6	0,00633	25	153,911
7	0,00633	26	154,251
8	0,00633	27	154,579
9	0,00633	28	154,895
10	0,00633	29	155,200
11	0,00633	30	155,494
12	0,00624	20	152,097
13	0,00624	21	152,520
14	0,00624	22	152,925
15	0,00624	23	153,311
16	0,00624	24	153,680
17	0,00624	25	154,035
18	0,00624	26	154,376
19	0,00624	27	154,703
20	0,00624	28	155,019
21	0,00624	29	155,324
22	0,00624	30	155,619
	Lfs = 20 log [(4000 π D) / λ] , дБ          (6)

Введение

1. Анализ технических  требований

1.1.Выбор структурной схемы  приемника

1.2 Структура зондирующего сигнала

1.3 Пассивные помехи

1.4 Расчет чувствительности  приемного устройства

1.5 Выбор средств обеспечения  избирательности приемника

1.6 Расчет коэффициента  усиления приемного устройства

1.7 Выбор функциональной  схемы приемного устройства

2.   Расчет преселектора

2.1 Выбор схемы малошумящего  усилителя

2.2 Выбор элементной базы

2.3 Расчет схемы малошумящего  усилителя

2.4 Расчет микрополосковой  линий

3.   Расчет смесителя

3.1 Выбор схемы смесителя

3.2 Выбор элементной базы

3.3 Расчет смесителя

4.   Результаты экспериментального исследования

4.1 Результаты исследования  малошумящего усилителя

4.2 Результаты исследования  смесителя

4.3 Результаты исследования  приемника

5.   Организационно-экономическая часть

5.1 Технико-экономическое  обоснование работы

5.2 Планирование работ

5.3 Расчет стоимости разработки  ВЧ тракта

6.   Охрана труда

6.1 Обеспечение безопасности  работающих

6.1.1   Характеристика условий труда

6.1.2   Обеспечение безопасности труда

6.2 Экологичность проекта

6.3 Чрезвычайные ситуации

7.   Заключение

Список используемых источников

Приложение А

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ  СХЕМЫ И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ

2.1 Выбор типа схемы  передатчика. Расчет параметров  структурной схемы 

2.2 Составление структурной  схемы передатчика 

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ

3.1 Расчет генератора СВЧ 

3.2 Расчет импульсного  модулятора

3.3 Расчет блокинг-генератора

Исходные данные:

- С-диапазон принимаемых  частот;

- ширина полосы частот  потока данных: МГц;

- диаметр приёмной антенны  земной станции  м;

Необходимо:

а) определить величину мощности сигнала на входе приёмника земной станции;

б) определить коэффициент шума приёмника;

в) определить чувствительность приёмника.

Определим значений плотности потока мощности ЭМВ, создаваемой у поверхности Земли:

     

где   – ЭИИМ, выраженная в Вт;

 Вт

– расстояние между земной станцией и ИСЗ, м.

Плотность энергии ЭМВ у поверхности Земли составит:

 или 

Мощность сигнала на входе приёмного тракта (выходе антенны) составляет:

                           

где   – эффективная площадь приёмной антенны, м2 ;

– геометрическая площадь раскрыва антенны, м2;

– коэффициент использования поверхности. Обычно = 0,5…0,75. Зададим =0,7.

Геометрическая площадь раскрыва антенны диаметром м составит:

;   м2

Эффективная площадь приёмной антенны земной станции будет равна:

 м2

Таким образом, мощность сигнала на входе приёмного тракта составит:

 пВт или дБВт.

Задача 1. Расчет нисходяшего канала

Задано:

Чувствительность приемника на земле     - 94 дБВт  

Площадь антенны  -  10 см2 = 1*10-3 м 2

Расстояние - 20-30км = 2*104 - 3* 104 м.

 

              W= 3,98*10-11 Вт /0,0006 =6,6355*10-8Вт/м*м

 

 

       =0,001*0,6=0,0006

 

=6,6355*10-8*12,56*400000000*1,5=500  Вт

=3,325*10-9*12,56*900000000*1,5=1125 Вт

Задача 2.  Расчет восходящего канала

1. Мощность передатчика  -  2 Вт.

2. Чувствительность приемника  дирижабля - 104 дБВт   = 3,98*10-11  Вт

 3. Расстояние - 20-30км = 2*104 - 3* 104  м.

 

            =2/(12,56*400000000*1,5)=2,65*10-10 Вт/м*м

 

      =2,65*10-10*60=1,6*10-8 Вт=  - 155,96 дБ

           = 3,98*10-11  Вт/2,65*10-10 Вт/м*м=

 

 

 

         

 

 

 

 

 

Литература

1.

2.

3.