Выбор и расчет параметров облучателя

 

Облучатель антенны существенно влияет на характеристики антенной системы в целом. Выбор и проектирование облучателей зеркальных антенн в общем случае определяется следующими соображениями:

1. ДН облучателя должна обеспечивать соответствующее распределение поля по апертуре с необходимым уменьшением поля на краю зеркала и иметь небольшой уровень боковых лепестков.

2. Облучатель должен создавать минимальное затенение апертуры, так как затенение апертуры увеличивает уровень боковых лепестков и уменьшает КНД.

3. Облучатель должен иметь фазовый центр.

4. Облучатель должен иметь требуемую диапазонность.

5. Облучатель должен обеспечивать работу при заданной величине мощности.

6. Облучатель позволяет одной антенной одновременно осуществлять две функции: передачу и прием, двойную передачу, прием и передачу сигналов ортогональных поляризаций.

7. Облучатель должен иметь минимальный вес, достаточную механическую прочность, обеспечивать необходимую надежность работы при ожидаемых метеоусловиях, возможность герметизации волноводного тракта.

В качестве двухзеркальных антенн в подавляющем большинстве случаев используются рупоры и их модификации. Широкое распространение рупорных облучателей объясняется простотой их конструкции, хорошими характеристиками по входному сопротивлению, поляризации и допустимой мощности, осесимметричная диаграмма направленности. Ему присущи и недостатки: отсутствие фазового центра, большое затенение раскрыва.

В качестве облучателя возьмем пирамидальный рупор. Задавшись размерами раскрыва,  и , а также значением фазовой ошибки на краю рупора, и в плоскости Е и Н соответственно, рассчитаем геометрические характеристики рупора.

, , , .

, волновое число.

, длина рупора в плоскости Е. м.

, длина рупора в плоскости Н. м.

, координата фазового центра отсчитываемая от центра раскрыва в плоскости Е. м.

, координата фазового центра отсчитываемая от центра раскрыва в плоскости Н. м.

 

Соотношения необходимые для расчета параметров рупора , .

Установлено, что конструкция получается оптимальной с точки зрения затенения (минимальное затенение), если равны размеры теней, отбрасываемых раскрывом облучателя и вспомогательным зеркалом. Условие минимального затенения записывается в виде . Проверим выполняется ли условие затенения.

 

, .

 

Зная геометрические размеры облучателя рассчитаем его электрические характеристики. Рассчитаем КНД.

 

 

 и  – интегралы Френеля.

Зная КНД можно рассчитать КИП.

 

 

Рассчитаем диаграмму направленности рупора. При этом необходимо чтобы главный лепесток ДН рупора точно влез в угол . Значение ДН при угле  дает облучение краев большого зеркала, а это определяет УБЛ. Поэтому при угле  необходимо добиваться меньшего значения ДН. В плоскости Е равномерное амплитудное распределение и квадратичное фазовое. Для поля создаваемого антенной, при квадратичном изменении фазы в общем случае напряженность:

 

В результате интегрирования получаем для плоскости Е следующие формулы.

 

 

Рисунок 1.Диаграмма направленности рупора в плоскости Е рассчитанная в программе MathCAD 7.

 

Значение ДН рупора при угле равно 0.079.

В плоскости Н косинусоидальное амплитудное распределение и квадратичное фазовое. Взяв интеграл предполагая такие распределения получим формулы для расчета в плоскости Н.

 

 

Рисунок 2. Диаграмма направленности рупора в плоскости Н рассчитанная в программе MathCAD 7

 

Значение ДН рупора при угле  равно 0.103.

Для обеспечения заданного вида поляризации поля (линейная горизонтальная) расположим рупор так, чтобы вектор  был направлен горизонтально. АФТ возбуждается волной поэтому такое положение вектора обеспечивается, если рупор расположить так, чтобы широкие стенки рупора располагались вертикально. На рисунке 3 изображена структура волны  в раскрыве рупора.

 

Рисунок 3