Выбор схемы и расчет поляризатора

Рупорная антенна с вращающейся поляризацией состоит из следующих элементов:

 

 

1. Рупор;

2. Волновод;

3. Возбуждающего устройства;

 

Рис.8 – Рупорная антенна с вращающейся поляризацией

 

Одним из важнейших элементов рупорной антенны с вращающейся поляризацией является возбуждающее устройство. Оно предназначено для формирования двух перпендикулярно-поляризованных волн с требуемым соотношением амплитуд, причем нежелательные типы волн не должны возбуждаться. Возбудитель должен эффективно работать во всем диапазоне волн. Пусть приемник соединен с антенной коаксиальным кабелем. Возбуждение антенного волновода будет осуществляться штырем расположенным под 45 градусов в углу сечения прямоугольной секции волновода, штырь соединяется с приемником коаксиальным кабелем.

 

2.4.1 Выбор размеров волновода

 

Размеры рупора рассчитаны ранее: a_р=0.126 м., b_р=0.098 м.

Определим длину рупора в плоскости E.

 , тогда Rв=0.096 м.                                        (2.4.1)

Определим длину рупора в плоскости Н.

, тогда Rа=0,105 м.                                     (2.4.2)

Вычислим углы раскрыва рупора:

, ψа=30.8°                                        (2.4.3)

, ψb=37.4°                                        (2.4.4)

Фазовый центр:      , Fc=0.101 м.             (2.4.5)

Выбор размеров поперечного сечения прямоугольного волновода(рис.9) а и b производится из условия распространения в волноводе только одного типа

волны H₁₀:     0.6l£a£0.9l                                                 

    Примем а=0.75l=0.0375 м.                         (2.4.6)

Размер b должен удовлетворять условию:

 ,     тогда b=0.023 м                   (2.4.7)

Рис.9 – Прямоугольный волновод с установленным наклонным штырем

 

Длина отрезка волновода i₁ от возбуждающего штыря до закорачивающей стенки выбирается из условия согласования с питающим коаксиалом.

 , тогда t1=0.017 м.                      (2.4.8)

Длина волновода i₂ от возбуждающего устройства до горловины рупора выбирается из условия фильтрации высших типов волн. Вблизи штыря кроме волны H₁₀ возбуждается множество высших типов волн, все они оказываются в за критическом режиме и по мере движения к рупору затухают по exp. Высшие типы волн не должны проходить в горловину рупора, а затем в его раскрыв, для этого их амплитуда должна уменьшиться на длине i₂ примерно в 100 раз.

,                                                      (2.4.9)

где l_крH11 – критическая длина волны H₁₁, равная a.        

Отсюда i₂=0.042 м.                            

Найдем расстояние от раскрыва до горловины рупора, одинаковое в плоскостях E и H:

h=R_А-R_Аa/a_p                                                                                                            (2.4.10)

h=0.105-0.105×0.0375/0.126=0.074 м.

 

2.4.2 Расчет возбуждающего устройства

 

Волна, отраженная от зеркала, ухудшает согласование облучателя лишь в том случае, когда ее поляризация соответствует поляризации облучателя в режиме приема. Поэтому облучатель с круговой поляризацией не принимает отраженную волну, так как направление вращения вектора Е поля после отражения от металла меняется на обратное и волна не проникает в линию, питающую облучатель.

Критерием согласования возбуждающего устройства с волноводом служит режим бегущей волны в коаксиальном питающем фидере, т.е. равенство входного сопротивления R_вх возбуждающего устройства волновому сопротивлению фидера r_ф(для коаксиального провода 75 Ом).

   

R_вх=r_ф                                                                                                                            (2.4.11)

                    (2.4.12)

где x ₁ = a /2 – положение штыря на широкой стенке волновода (по середине);

r_в=120pl_в/l=120p×0.067/0.05=505 Ом- волновое сопротивление волновода;

h_д- действующая высота штыря в волноводе, геометрическая высота которого l определяется по следующей формуле:

                                            (2.4.13)

Теперь из формулы (2.4.12) выразим h_д:

Из формулы (2.4.13) найдем геометрическую высоту штыря

На этом расчет рупорной антенны с вращающейся поляризацией закончен.

 

Заключение

 

В данной работе была спроектирована параболическая зеркальная антенна круговой поляризации с рупорным облучателем со следующими характеристиками:

Ширина диаграммы направленности главного лепестка 4°

Коэффициент направленного действия 3150

Коэффициент использования поверхности 0.05

Уровень боковых лепестков минус 25 дБ

Допуск на установку облучателя:

По горизонтали 0.565 см

По вертикали ±1.5 см