Выбор конструкции антенны

волноводная антенна щелевая спутниковое вещание

Принцип антенны вращающейся поляризации в виде комбинации двух антенн линейной поляризации используется во многих типах антенн, таких как: турникетные антенны, рупорные антенны, диэлектрические стержневые антенны и другие.

Наиболее распространенными являются рупорные антенны. Они представляют собой совмещенную комбинацию двух антенн с перпендикулярными линейными поляризациями. При этом амплитуды полей в раскрыве одинаковы, а фазы сдвинуты между собой на . Это обеспечивается поляризатором, что усложняет конструкцию и расчет антенны. Эти антенны широкополосные, имеют малые потери, большую пропускную мощность (из недостатков – большие габариты). Применяются, в основном, в СМ диапазоне и части ММ диапазона. Используются как в качестве одиночного излучателя, так и в качестве решетки рупоров. Могут выступать в качестве облучателей других антенн (например, зеркальных или линзовых). Применяются и для наземной, и для спутниковой связи, но в основном для наземной связи.

В данной курсовой работе необходимо рассчитать волноводно-щелевую антенну для частоты ГГц.

Для проектирования необходимой антенны рассчитаем сначала некоторые параметры, которые будут влиять на размеры и конструкцию антенны.

Определим общую длину трассы луча и длину трассы в пределах слоя тропосферы.

Расположение спутника и Земли:

 

По теореме косинусов запишем:

 

 

Для расчета затухания в атмосфере воспользуемся той же формулой, но вместо h подставим высоты расположения дождя, водяных паров и кислорода.

Известно, что дождевые облака не поднимаются выше 6 – 8 км, водяные пары и кислород находятся в тропосфере не выше 15 км. Примем:

 

 

Тогда:

 

 

Решив эти уравнения, получим:

 

 

Множитель ослабления определим по формуле:

 

 (дБ),

 

где , , - погонные поглощения в парах воды, кислороде и осадках.

На частоте 16,4 ГГц эти параметры имеют следующие значения:

 

 – для умеренного дождя.

 

Выберем

Получаем:

 

 

Переведя в разы, получим:

 

раза

 

Определим вектор Пойнтинга – плотность потока мощности, которую создает в точке приема спутниковый ретранслятор:

 

 

где  – эквивалентная изотропно-излучаемая мощность СР.

 

 

С помощью вектора Пойнтинга рассчитаем коэффициент усиления антенны:

, где  – коэффициент направленного действия антенны

 – коэффициент полезного действия антенны

, где эффективная площадь антенны

 

, где  – длина волны

 

Тогда:

 

 

Подставив численные значения величин, получим:

 

 

Определим КНД антенны:

 

,

 

где G_А – коэффициент усиления антенны

h_А – коэффициент полезного действия антенны

Коэффициент полезного действия волноводно-щелевых антенн с поглощающей нагрузкой на конце при большом количестве щелей довольно высок и имеет значение близкое к единице. Возьмем . Тогда:

 

 

Из того, что мы знаем  найдем количество щелей, которые смогут обеспечить прием заданной мощности:

, где n – количество щелей

 

 

Необходимо, чтобы габариты антенны были минимальными – это ведет к снижению массы антенны. Поэтому оптимальным вариантом будет плоскостная решетка, состоящая из волноводов с прорезанными в них щелями, где количество щелей по длине и ширине будет удовлетворять:  

Следовательно: мы рассчитываем плоскостную решетку волноводно-щелевых антенн.