Курсовая работа: Антенна РЛС – параболоид вращения

Рисунок 12 – Геометрическое представление параболического зеркала.

Для других типов облучателей при достаточно больших размерах зеркала по сравнению с длиной волны (>5λ) фокусное расстояние можно приближенно рассчитывать по той же формуле 2f=1.4r. Более точный расчет оптимальных размеров антенны (фокусного расстояния и угла раскрыва) можно получить другим способом по известной диаграмме направленности облучателя.

Оптимальный угол раскрыва зеркала в этом случае определяется из выражения для коэффициента направленного действия антенны:

(17)

где G - коэффициент направленного действия антенны; D - диаметр раскрыва антенны; ψ0 - искомый угол раскрыва антенны; Gf(ψ) – диаграмма направленности облучателя.

В этом выражении – коэффициент направленного действия антенны при полном использовании площади раскрыва, то есть при постоянстве фаз и амплитуд в раскрыве; остальная часть выражения представляет собой коэффициент использования площади или эффективность g:

(18)

Если диаграмма направленности облучателя в пределах главного лепестка апроксимируется функцией:

, где n – целое число.

Ψ – угол между осью антенны и направлением от фокуса к точке на поверхности зеркала, то зависимость коэффициента использования площади от угла раскрыва зеркала можно представить при помощи графика 13.

g=7127/10960=0.65.

В результате строится график зависимости g(ψ0) и по нему определяется ψ0 соответствующий оптимальному, представленный на рисунке 13. На следующем графике представлена зависимость эффективности от угла раскрыва.

Рисунок 13 – Выбор оптимального угла раскрыва антенны.

Как видно из рисунка 13 для каждого облучателя существует оптимальный угол раскрыва зеркала 2Ψ0=90ْ, при котором достигается максимальный коэффициент использования площади. Чем острее диаграмма облучателя, тем меньше оптимальный угол Ψ0 и, если диаметр раскрыва остается постоянным, то тем больше оптимальное фокусное расстояние.

Фокусное расстояние антенны в этом случае определяется из геометрических соображений, а именно:

=5.029 м (20)

После нахождения оптимальных размеров зеркала проверяют правильность первоначального выбора значения р при определении диаметра раскрыва. Для этого вдоль диаметра зеркала в горизонтальной или вертикальной плоскости строят распределение амплитуд, рисунок 11. Затем на том же диаметре строят апроксимирующую функцию от угла раскрыва зеркала ψ.

F(x) =(1-x2) p для принятого значения р построение на рисунке 14. В случае, если аппроксимация получается неточной, то вновь задаются другим значением р и повторяют расчет в указанном порядке.

Рисунок 14 – Амплитудная характеристика поля в раскрыве линзы и аппроксимирующей функции.

Далее, по формуле 19, рассчитывают коэффициент направленного действия антенны. Для параболических антенн можно приближенно принять, что мощность потерь значительно меньше мощности излучения, а следовательно, к. п. д. антенны приблизительно равен единице; тогда коэффициент усиления антенны и коэффициент направленного действия по одному и тому же направлению будут численно равны. Обычно рассчитывают коэффициент направленного действия в направлении максимального излучения.

На коэффициент направленного действия параболической антенны оказывают влияние следующие факторы:

1) величина угла раскрыва зеркала при фиксированной диаграмме облучателя;

2) наличие излучения у облучателя в обратном направлении;

3) неодинаковость фаз и амплитуд поля вапроксимирующей функции F(x) =(1-x2) p в раскрыве зеркала.

Излучение облучателя в направлении максимального излучения зеркала в зависимости от фазы поля облучателя и величины фокусного расстояния может уменьшить или увеличить к. п. д. антенны. При одинаковой фазе поля от облучателя в направлении на зеркало и обратном направлении и двойном фокусном расстоянии, равном нечетному числу полуволн, коэффициент направленного действия возрастает в большей или меньшей степени. Отклонение от синфазности поля в раскрыве зеркала (фазовая ошибка) обычно приводит к уменьшению коэффициента усиления. Фазовые ошибки возникают по следующим причинам:

1) отклонение поверхности зеркала от параболоида,

2) смещение облучателя из фокуса,