Техническое задание.
Вариант № 15.
Длинна волны: λ=3,6 см.
Требование к ДН: ΔΘЕ=2.
КНД=2000.
Р=350кВт.
Поляризация: линейная.
Узел для разработки: сканирование в плоскости Е, АП.
Введение.
К апертурным антеннам относят антенны, у которых в соответствии с принципом эквивалентности может быть выделена плоская поверхность раскрыва, формирующая остронаправленное излучение. Наиболее распространены параболические рупорные и линзовые апертурные антенны.
Диапазон частот 100МГц – 100 ГГц и выше, с размерами от λ до 1000 λ.
Параболические антенны являются наиболее распространенными остронаправленными антеннами. Их широкое применение в самых разнообразных радиосистемах объясняется простотой конструкции, возможностью получения разнообразных видов ДН, высоким КПД, малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т. д. В радиолокационных применениях параболические антенны позволяют легко получить равносигнальные зоны, допускают одновременно формирование нескольких ДН общим зеркалом. Некоторые типы параболических антенн могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в значительном угловом секторе.
Классическими являются параболические антенны, которые могут выполняться в виде параболоида вращения, параболического цилиндра или закрытой конструкции, ограниченной параллельными проводящими плоскостями. Параболоид вращения возбуждается слабонаправленным облучателем (например, рупором), помещенным в фокусе зеркала, и преобразует сферический фронт волны в плоский. Параболический цилиндр возбуждается линейной антенной (например, антенная решетка), помещенной на фокальной линии, и преобразует цилиндрический фронт волны в плоский. В этих антеннах используется оптические свойства радиоволн. Геометрические свойства параболы таковы, что лучи, направленные с фокуса и отражаемые от параболы, становятся параллельными ее оси. Длина пути от фокуса до параболы и затем до линии раскрыва, проходящей через край параболы, одинакова для любого угла. Таким образом в раскрыве параболической антенны образуется синфазная поверхность, и излучение антенны оказывается остронаправленным.
Различают длиннофокусные и короткофокусные антенны. В длиннофокусной антенне фокус расположен вне антенны f>Dз/4 и угол раскрыва 2Qmax, под которым края зеркала видны из фокуса, удовлетворяет условию 2Qmax<p. В короткофокусных антеннах фокус находится внутри объема между зеркалом и его раскрывом, т.е. f< Dз/4 и 2Qmax>p.
Важным элементом параболической антенны является облучатель, во многом определяющий характеристики всей антенной системы. Виды облучателей: вибраторные, состоящие из активного вибратора и фонтррефлектора в виде дискам или пассивного вибратора; щелевой облучатель; волноводные и рупорные облучатели просты по конструкции, широкополосны и позволяют в широких пределах подбирать нужную ширину ДН; линейные облучатели.
Анализ технического задания.
Для решения поставленной задачи получения ширины ДН на уровне 0,707 ΔΘЕ=2 КНД=2000, я выбрал тип зеркала – пароболический цилиндр, т.к. соотношение углов в плоскостях получается значительным. По заданному значению КНД рассчитаю приблизительное значение угла в плоскости Н.
Первоначально выберем волновод подходящей под заданную длину волны.
Затем произведем расчет облучателя. Тип облучателя – антенная решетка, которая будет располагаться горизонтально т. к. угол в плоскости вектора Е меньше, длина решетки будет равна длине зеркала, а ширина – широкой стенке волновода. Антенная решетка позволит получить линейное амплитудное распределение в плоскости вектора Е, что значительно упростит расчет. Для плоскости Н диаграмма направленности решетки имеет вид 
 |
Рис. 1 внешний вид антенны.
В декартовой системе координат цилиндрический параболойд определяется уравнением (начало координат совпадает с вершиной параболоида) x2=4fz. Рассчитываем основные геометрические размеры антенны (фокус, глубина зеркала, расстояние между облучателем и зеркалом). [3]
Рассчитав размеры антенны, и зная ДН облучателя, приступаем к расчету амплитудного распределения, которое определяется по следующей формуле g(θ)=Fобл(θ)cos2(θ/2). Аппроксимируя полученное амплитудное распределение по таблице, приведенной в методичке. Полученная функция представляется в виде линейной комбинации нормированных парциальных АР (
) со своими весами (
) 
. то ДН является линейной комбинацией соответствующих парциальных ДН (Fi) с теми же весами, умноженными на параметр амплитудного распределения (Mi), 
. После чего рассчитаем для полученной антенной системы КИП, который будет представлять собой произведение трех составляющих: апертурный (
), КИП рассеяния (
) и КИП затенения (
). 
. [1] Так как антенная решетка создает тень, то необходимо будет произвести расчет влияния тени на ДН в плоскости Н.
Выбор волновода.
Для того чтобы выбрать волновод, рассчитаем частоту.
ƒ=с/λ=3*108/0.036=8,3 ГГц.
Исходя, из полученного значения частоты и известной длинны волны, используя стандартный советский волновод R84 со следующими параметрами:
f=6,57 – 9,99 ГГц
Внутренние размеры:
а=28,499мм
b=12,624мм
t=1.625мм
r1=0.8мм
Внешние размеры:
a1=31,75мм
b1=15,88мм
r2=0.8 – 1,3
Затухание на 7,89 ГГц: 0,0794Б/м-теоретическая; 0,103Дб/м max.
Рис. 2 основные размеры волновода.
Рассчитаем значение критической мощности для данного волновода:
[8]
, где 
=1,2МВт/см2
Допустимая мощность в линии обычно принимается равной 25 – 30 % от критической мощности. [8]
Тогда РДОП=417кВт, что удовлетворяет условию задания.
Расчет облучателя.
К облучателю предъявляются следующие требования:
1. ДН должна обеспечивать выбранное амплитудное распределение в раскрыве и иметь минимальное излучение вне угла раскрыва.
2. Фазовая характеристика направленности должна иметь фазовый центр, совмещенный с фокусом зеркала.
3. Поперечные размеры облучателя не должны быть чрезмерно большими, чтобы избежать затемнения раскрыва.
4. Электрическая прочность облучателя должна быть достаточной для пропускания полной рабочей мощности радиосистемы без опасности пробоя.
5. Рабочая полоса частот облучателя должна соответствовать требуемой полосе частот радиосистемы [8].
Все эти требования для моего случая может выполнить антенная решетка. Длина, которой равна длине зеркала в плоскости вектора Е, а ширина – длиной стенке волновода. Внешний вид и основные размеры приведены на рисунке 3.
Рис. 3 антенная решетка.
Длина щели 18 мм.
Расстояние между щелями 36 мм.
Ширина щели 2 мм.
Даная антенна будет давать в плоскости вектора Е равномерное АР, а в плоскости Н вектора – рассчитывается исходи из того, что ДН .