Рупорно-параболическая антенна

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………....4
2. Обзорный раздел…………………………………………………………...5
3. Определение конструктивных и электрических параметров антенны...17
4. Описание конструкции……………………………………………………24
5. Заключение………………………………………..………………………..25
6. Список литературы………………………………………………………...26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

В настоящее время радиорелейные линии (РРЛ) связи являются надёжным и уже достаточно обжитым средством для передачи мощных информационных потоков. Хотя сети РРЛ уже сформировались, происходит дальнейшее развитие этой отрасли, связанное как с освоением новых частотных диапазонов, так и модернизацией существующих РРЛ. Этот прогресс позволил РРЛ сохранить надлежащее место в глобальной сети передачи информации.

Вопрос актуален также в свете  того, что:

- существующий  парк антенн на магистральных  РРЛ на 30% практически исчерпал  гарантированный моторесурс и  нуждается в немедленной замене, аналогичная ситуация имеет место  и для других РРЛ;

- в настоящее  время реальными поставщиками  антенн для РРЛ являются зарубежные  фирмы и единственное предприятие,  находящееся на территории России, - российско-американское совместное  предприятие ЗОА «Эниско»;

- стоимость  антенн для ЗССС российского  производителя на 40 – 50% ниже стоимости  антенн ведущих зарубежных фирм, причем это соотношение имеет  место при условии примерного  равенства реализуемых технических  параметров.

Резюмируя изложенное, можно с большой  долей уверенности ожидать появление  в России антенного производства, которое обеспечит отечественные  РРЛ современными антенно-фидерными  устройствами.

 

Основная масса антенн, используемых на РРЛ, относится к виду зеркальных (параболических) антенн. Следовательно, для развития и модернизации РРЛ, в первую очередь, необходимо развитие именно параболических антенн. 

В моей курсовой работе произведены  электрические и конструктивные расчеты рупорно-параболической антенны. Также приведено описание конструкции  и создан сборочный чертеж данной антенны.

 

В процессе работы кроме учебной  и научной литературы была использована программа Mathcad 14 для построения диаграммы направленности.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

5

Обзорный раздел

Рупорные  антенны

Рупорная антенна - металлическая конструкция, состоящая из волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.

Рис.1. Разновидности рупорных антенн:

 а - пирамидальная; б - секториальная: в - коническая; г - с параболической образующей поверхности рупора: 1 - волновод; 2 - рупор.

Типы рупорных антенн:

Пирамидальный рупор - антенны в форме четырехгранной пирамиды, с прямоугольным сечением. Они являются наиболее широко используемый типом рупорных антенн. Излучает линейно-поляризованные волны.

Секторальный рупор - пирамидальные  рупора с расширение только в одной  плоскости Е или Н.

Конический рупор - раскрыв в форме конуса с круглым сечением. Используются с цилиндрическими волноводами для получения волны с круговой поляризацией.

Гофрированные рупора - раскрыв рупоров с параллельными щелями или канавки, малой по сравнению с длиной волны. Канавки покрывают внутреннюю поверхность рупора, поперек оси.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

6

 

Гофрированные рупора имеют более  широкую полосу пропускания, меньший  уровень боковых лепестков и  кросс-поляризации. Они широко используются в качестве облучателей для спутниковых параболических антенн и радиотелескопов. Вот так.

Зеркальные  антенны.

Зеркальная антенна — антенна, у которой электромагнитное поле в раскрыве образуется за счет отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального зеркала (рефлектора). В качестве источника волны обычно выступает небольшой излучатель, располагаемый в фокусе зеркала. В его роли может быть любая другая антенна с фазовым центром, излучающая сферическую волну. Основная цель зеркальных антенн сводится к преобразованию сферического или цилиндрического фронта волны в плоский

Рис.2. Структура  зеркальной антенны

В технике наибольшее распространение  нашли следующие типы зеркал:

1. параболические зеркала преобразуют цилиндрическую или сферическую волну в плоскую. Для цилиндрической волны — зеркало представляет собой параболический цилиндр, для сферической волны — параболоид вращения.
2. сферические зеркала мало отличаются от параболических зеркал с фокусным расстоянием равным половине радиуса сферы.
3. плоские зеркала в основном используются в вибраторных антеннах и иногда в перископических и остронаправленных, при этом система из двух зеркал, находящихся под определенным углом друг к другу, образуют вместе с симметричным вибратором (облучатель) уголковую антенну (тип зеркала в данном случае называют уголковым).

зеркала специального профиля чаще представляют собой параболические зеркала с рассчитанным отклонением  от параболической поверхности. Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

7

Основная цель использования таких  антенн — формирование диаграммы  направленности специальной формы, например, косекансной или любой заданной формы. Зеркала специальной формы, могут применяться так же для создания диаграммы направленности, комформной зоне обслуживания, в которой работает радиостанция (пример: спутник, базовая станция сотовой связи). Основная цель использования таких зеркал - экономия энергетического ресурса РЭС при максимальном качестве приема - передачи в зоне обслуживания.

Рис.3. Зеркальная антенна RА-2400/Offset

 Однозеркальные антенны.

Однозеркальные антенны состоят  из двух компонент: зеркала и облучателя. Зеркало представляет собой часть  поверхности параболоида вращения. Облучатель, помещенный в фокус параболоида (точнее - фазовый центр облучателя совмещен с фокусом параболоида), излучает сферическую волну, которая  после отражения от параболоида  трансформируется в плоскую. Именно наличие в раскрыве антенны (апертуре) плоского, фазового фронта, что эквивалентно синфазному возбуждению раскрыва (апертуры), позволяет реализовывать высоконаправленное излучение. По способу выполнения формы рефлектора однозеркальные антенны подразделяются на два класса:

1) класс однозеркальных осесимметричных антенн. Этот класс соответствует такому варианту исполнения рефлектора, когда плоскость сечения параболоида перпендикулярна его фокальной линии.- Такое сечение образует контур   рефлектора в виде окружности. Типичное исполнение   антенны приведено на фотографии рис.4. слева;

2) класс однозеркальных неосесимметричных антенн. Этот класс соответствует любому иному исполнению рефлектора, кроме исполнения, указанного в верхнем пункте. Такое сечение, образованное единичной плоскостью, соответствует контуру зеркала в виде овала. Если же сечение параболоида производится не одной, а несколькими плоскостями, то контур рефлектора может иметь более сложную конфигурацию. Одно из возможных выполнений рефлектора со сложной формой контура приведено на рис.4. справа.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

8

Рис.4. Типы однозеркальных антенн.

Однозеркальные осесимметричные  антенны.

 

     Существует множество критериев, по которым можно провести классификацию однозеркальных осесимметричных антенн (ООА). Здесь представлены некоторые из них. Часто сортируют антенны по числу ортогональных по поляризации каналов передачи (приема). В радиорелейных системах используется линейная поляризация. Поэтому классификация по этому критерию такова:

- антенна с одиночной     поляризацией; облучатель такой антенны соединен с радиооборудованием единичным фидерным трактом;

      - антенна с двумя ортогональными между собой поляризациями (как правило, горизонтальной и вертикальной); облучатель такой антенны соединен с радиооборудованием  с помощью двух фидерных трактов, выполненных обычно в виде волноводов.

Также проводится классификация ООА  по числу частотных диапазонов, отведенных для работы радиорелейных систем, в которых может работать антенна. По этому критерию антенны разделяются на:

       - однодиапазонные;

       - двухдиапазонные;

       - многодиапазонные.

Применение многодиапазонных антенн позволяет использовать только одну антенную систему, что снижает затраты  на оборудование и уменьшает ветровые нагрузки на мачты по сравнению с  использованием двух или более антенн, каждая из которых работает только в своем диапазоне частот.

Естественно,  что   увеличение   функциональных   возможностей  антенн

влечет за собой их усложнение, которое в  данном случае сводится к появлению  нового элемента, получившего название комбайнера, присоединяемого к входу облучателя антенны.

 

Рис.5. Комбайнеры.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

9

 

Еще одна возможная классификация однозеркальных осесимметричных антенн связана  со способом выполнения отражающей поверхности  рефлектора:

- антенны  с рефлекторами, имеющими однородные  по всей поверхности отражающие  свойства;

- антенны    с    рефлекторами,    имеющими    неоднородные    по   поверхности  отражающие свойства. Эти антенны  имеют рефлекторы, выполненные в  виде набора параллельных между собой металлических трубок,  полос и т. п. Конструктивное выполнение такого рода антенн приведено на рисунке.

 

 

Рис.6. Антенна с рефлектором, выполненном в виде металлических трубок.

 

После приведения некоторых классификации ООА, следует  сказать об облучателях для антенн такого типа. Для этих антенн необходимы облучатели, ширина ДН которых лежит  в пределах 90…160⁰. Конструктивное выполнение облучателей может быть различным. Это обстоятельство во многом определяется частотным диапазоном, в котором должна функционировать антенна и который определяет тип используемого фидера. Следует дифференцировать облучатели по принадлежности к двум частотным диапазонам:

- низкочастотному;

- высокочастотному, причем пограничной  частотой служит отметка 3 ГГц.

Ниже  приведены примеры различных  типов облучателей для низкочастотного диапазона. Характерные особенности этих облучателей:

- питающим фидером для облучателей  является коаксиальный кабель;

- непосредственно излучающими  элементами являются вибраторы.

1)Облучатель в виде вибраторной  антенны с рефлектором,  представляет  собой

круглый металлический  диск диаметром 0,5-0,6 длин волн. Широкополосность такого облучателя обычно невелика,  ДН облучателя антенны сильно разниться

для плоскостей Е и Н, поэтому антенна в целом имеет низкую эффективность и

высокий уровень  кроссполяризационного излучения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

10

2)Облучатель в виде логопериодической  вибраторной антенны (ЛПВА),  состоит   из  линейных  вибраторов,  присоединенных  к  двухпроводной  линии. 

Их применяют  для увеличения рабочего диапазона  частот.

3) Облучатель в виде вибратора  с рефлектором и кольцевым  элементом.

4)Облучатель в виде открытого  конца коаксиального фидера.