Антенна РЛС – параболоид вращения

Рисунок 1 – Схема параболической антенны.

Рисунок 2 – Ход лучей в параболической антенне.

2. Выбор геометрических размеров параболического зеркала

Для расчета диаметра раскрыва зеркала воспользуемся формулой из радиолокации:

th=190 height=74 src="images/referats/451/image004.gif">(1)

Все значения нам известны, тогда выражаем из формулы G – коэффициент усиления антенны:

(2)

Зная, что G=Д∙ηa, где Д – коэффициент направленного действия антенны (положив ηa=1 – КПД), G=Д.

В результате Д=7127.

(3)

Где S – геометрический размер раскрыва зеркала (S=πr2); ν – коэффициент использования зеркала, который показывает насколько эффективно используется вся поверхность зеркала, обычно составляет 0.64÷0.65 (0.7).

Диаметр раскрыва зеркала является функцией требующейся ширины диаграммы направленности, а также несколько зависит от амплитудной и фазовой характеристики в раскрыве зеркала. Закон распределения амплитуд поля вдоль поверхности раскрыва зеркала определяется диаграммой излучения облучателя, если пренебречь потерями при отражении от зеркала. Для большинства применяющихся облучателей распределение амплитуд в одной из плоскостей (горизонтальной или вертикальной) вдоль раскрыва зеркала можно с достаточной точностью апроксимировать законом (1-x2) p, где х - координата, откладываемая от оси антенны; р = 0,1,2,3 - некоторое целое число.

Проведем расчет радиуса выпуклой части зеркала. Для этого строится график функции радиуса раскрыва от расстояния у(x) =(4f·x) 0.5, где f– расстояние до фокуса. В результате получен график представленный на рисунке 12.

Рисунок 3 – Зависимость радиуса раскрыва от расстояния.

Радиус параболической части зеркала равен 0.9м. В результате полностью определены геометрические размеры зеркала.

3. Выбор облучателя, и его расчет

Для дальнейших расчетов требуется выбрать облучатель который бы удовлетворял данной антенне. Одной из важных частей параболической антенны является первичный облучатель, помещаемый в фокусе зеркала. В идеале к нему предъявляются следующие требования: 1) облучатель не должен излучать энергию в направлении, противоположном направлению на зеркало, так как это излучение не фокусируется зеркалом и поэтому искажает основную диаграмму направленности; 2) диаграмма облучателя должна обеспечивать равномерное облучение зеркала и получение таким образом максимального коэффициента направленного действия; 3) диаграмма облучателя должна быть такой, чтобы фаза поля в раскрыве зеркала была постоянной. Облучатель, вполне удовлетворяющий этим требованиям, практически не существует. При конструировании параболических антенн используют облучатели в виде полуволнового вибратора, открытого конца волновода, рупора и щели, хотя они только частично удовлетворяют перечисленным требованиям.

Рассмотрим подробнее некоторые типы облучателей.

3.1. Полуволновый вибратор с контррефлектором

В десятисантиметровом диапазоне волн этот облучатель является наиболее удобным в конструктивном отношении. Он легко согласуется с коаксиальным фидером, так как имеет входное сопротивление, близкое к волновому сопротивлению фидера. К недостаткам такого облучателя следует отнести то обстоятельство, что фактически, ввиду конечных размеров, такой облучатель имеет сферический фронт волны только в дальней зоне. Однако при больших фокусных расстояниях (5 - 10λ) в пределах небольшого телесного угла фронт волны облучателя можно считать близким к сферическому.

Кроме того, полуволновый симметричный вибратор имеет излучение, направленное вперед и назад, что ухудшает форму диаграммы направленности зеркала. Для "гашения" излучения вперед применяется контррефлектор в виде пассивного вибратора, диска или части сферы.

В технике сантиметровых волн чаще используется рефлектор в виде диска, так как он лучше уничтожает излучение вперед. Для облучателя рассматриваемого типа характерно, что ось его диаграммы направленности из-за несимметричности питания вибратора при применении коаксиального фидера без симметрирующего устройства не совпадает с осью зеркала. Это явление перекоса успешно используется для целей пеленгации. При вращении облучателя вокруг своей оси лепесток диаграммы описывает конус, создавая эффективную равносигнальную зону вдоль оси параболоида.

Рассмотрим расчет облучателя с контррефлектором в виде диска.

а) Выбор размеров облучателя.

Диаметр вибратора выбирают из условий получения нужного диапазона частот и достаточной механической прочности. Практически диаметр вибратора часто полагают равным диаметру внутреннего провода питающей коаксиальной линии, чтобы уменьшить неоднородность в точке подключения вибратора, а также для удобства сборки. Диаметр контррефлектора рекомендуется брать D=0.815λ/4. Такой контррефлектор дает достаточно хорошую экранировку переднего лепестка диаграммы вибратора и в то же время не слишком "затемняет" параболическое зеркало. Располагают рефлектор от вибратора на расстоянии d = λ/4, что создает оптимальные условия для сложения поля активного вибратора и поля, отраженного от контррефлектора. Изображение контрефлектора и облучателя представлено на рисунке 3.

Рисунок 3 – Выбор размеров контррефлектора и облучателя.

В результате при заданной частоте (λ=0.25м) рассчитаем значение диаметра:

D=0.815∙0.25/4=0.051м, d =0.0625м.

б) Расчет диаграммы направленности облучателя.

Воспользуемся принципом зеркального изображения и заменим действие металлической поверхности контррефлектора пассивным вибратором, расположенным на расстоянии от активного и несущим ток, сдвинутый по фазе на 180° относительно тока в активном вибраторе.

Тогда в любой точке пространства поле будет определяться как сумма полей обоих вибраторов и может быть рассчитано умножением диаграммы одиночного полуволнового симметричного вибратора F1(θ) на множитель решетки F2(θ):

(4)

Где N – количество вибраторов (в рассматриваемом случае 2);

n – расстояние между вибраторами выраженное в длинах волнах(n=1/2);

p – сдвиг фаз между точками в вибраторах; р=1/2 (в периодах);

θ – угол между линией расположения вибраторов и рассматриваемым направлением.

На рисунке 4 представлено зеркальное изображение вибратора с контррефлектором.

Рисунок 4 – Зеркальное изображение вибратора с контррефлектром в виде диска.

 Скачать реферат