где .
Полученные данные занесем в таблицу 2.3.1.
Таблица 2.3.1
j
sin(j)
cos(j)
F(R)
F1(R)
F2(R)
0
5,3
10,6
15,9
21,2
26,5
31,8
37,1
42,4
47,7
0.092
0.184
0.274
0.362
0.446
0.527
0.603
0.674
0.74
0.799
1
0.996
0.983
0.962
0.932
0.895
0.85
0.798
0.738
0.673
0.602
0.54
0.541
0.545
0.551
0.559
0.57
0.584
0.601
0.621
0.646
0.998
0.991
0.981
0.966
0.947
0.925
0.899
0.869
0.837
0.801
0.99
0.961
0.914
0.853
0.782
0.705
0.625
0.547
0.473
0.405
0.05
0.1
0.151
0.202
0.254
0.308
0.419
0.477
0.538
0.093
0.186
0.279
0.374
0.471
0.671
0.776
0.884
0.997
0.988
0.953
0.897
0.825
0.741
0.652
0.562
0.475
0.396
0.325
0.994
0.977
0.905
0.781
0.696
0.594
0.472
0.329
0.954
0.824
0.734
0.633
0.529
0.432
0.357
Рис. 2.3.2 Распределение поля на раскрыве рупора
По найденному распределению поля на раскрыве вычисляется диаграмма направленности зеркальной антенны . Картина распределения поля на раскрыве зеркала может быть аппроксимирована при помощи соотношения:
(2.3.2)
где - равномерная часть распределения поля;
- неравномерная часть распределения поля;
n=1,2,3
Полученные значения (при n=1 и n=2) внесены в таблицу 2.3.1.
Как видно из таблицы 2.3.1, более точная аппроксимация распределения поля на раскрыве зеркала при n=2.
Выражение для нормированной диаграммы направленности антенны будет иметь вид:
(2.3.3)
где
n – показатель степени выражения, аппроксимирующего поле на раскрыве. (n=2)
Результаты расчета диаграммы направленности представим в виде таблицы 2.3.2
Таблица 2.3.2
, град
sin()
L1(u)
3aL1(u)
L3(u)
bL3(u)
0.17
0.34
0.51
0.68
1.02
1.19
1.36
1.53
1.7
0.003
0.006
0.009
0.012
0.015
0.018
0.021
0.024
0.027
0.03
0.839
1.258
1.678
2.097
2.517
2.936
3.355
3.775
4.194
0.978
0.915
0.815
0.687
0.542
0.392
0.247
0.118
0.065
0.975
0.892
0.794
0.67
0.382
0.241
0.115
-0.064
0.985
0.93
0.9
0.81
0.627
0.498
0.316
0.675
0.665
0.628
0.608
0.565
0.5
0.423
0.336
0.265
0.213
0.921
0.748
0.535
0.402
0.273
0.168
0.09
Построим диаграмму направленности в декартовой системе координат
Рисунок 2.3.3 Диаграмма направленности антенны в декартовой системе координат
Расчёт G антенны будем вести по следующей формул
(2.4.1)
где – коэффициент использования площади раскрыва зеркала, полностью определяется характером распределения поля в раскрыве.
S – геометрическая площадь раскрыва;
- коэффициент полезного действия параболической антенны (примем )
Коэффициент направленного действия (усиления), определенный по формуле (2.4.1) не учитывает потерь энергии на рассеивание, т.е. потерь энергии, проходящей от облучателя мимо зеркала.
Распространение УКВ на линии Земля-Космос осуществляется через тропосферу и ионосферу Земли и сопровождается ослаблением радиоволн. Ослабление обусловлено тремя причинами: поглощением радиоволн водяными парами и газами, поглощением и рассеянием различными гидрометеообразованиями (дождь, снег, облака, туман и т.п.) и поглощением радиоволн в ионосфере.
Сначала рассчитаем принятую мощность без учета влияния атмосферы, а затем найдем затухания в атмосфере.
Определим принятую мощность по формуле
(3.1.1)
где – коэффициент усиления приемной антенны.
– коэффициент усиления спутниковой антенны.
– расстояние до спутника.
Множитель ослабления в общем виде может быть записан следующим образом:
где - полный показатель ослабления на участке трассы проходящем в ионосфере;
- полный показатель ослабления на участке радиолинии в “чистой” атмосфере;
- полный показатель ослабления на участке радиолинии с гидрометеообразованиями;
Ослабление в “чистой” атмосфере и атмосферных образованиях происходит в результате поглощения энергии радиоволн и их рассеяния молекулами газов или взвешенными частицами вещества.
Полные показатели ослабления можно записать в виде:
(3.1.2.)
(3.1.3.)
где и - коэффициенты ослабления в “чистой” атмосфере и в атмосферных образованиях
Показатель ослабления радиоволн в тропосфере зависит от угла места , т.е. от угла, под которым траектория волны направлена к горизонту (рис. 3.1.1). Так как плотность газов уменьшается с высотой, то наименьшая величина будет при распространении радиоволн в направлении, перпендикулярном к поверхности Земли ()
Рис. 3.1.1
Гидрометеообразования, или гидрометеоры (осадки, туман, облака и т.п.), вызывают ослабление электромагнитных волн, имеющих длину волны 3-5см и короче.
Коэффициент ослабления в тумане и облаках для водности, равной 1 представлен на рис. 3.1.2. Под водностью понимается количество водяного пара (в граммах), находящегося в одном кубическом метре воздуха. Водность тумана (облака) колеблется от 0,03 (слабый туман) до 2,3 (сильный туман).
Результаты расчетов для радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазонов, распространяющихся в дождях интенсивностью от 0.1мм/ч (очень слабый моросящий дождь) до 100 мм/ч (ливень), представлены в виде кривых (рис. 3.1.3). С увеличением интенсивности дождя и уменьшением длины волны коэффициент ослабления возрастает.
Рис. 3.1.3
Пользуясь графиками 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, определим суммарные показатели ослабления радиоволны в тропосфере , , для нашего случая ( или , , ).
при отсутствии дождя
при очень сильном дожде
Поглощение радиоволн в ионосфере обусловлено столкновениями электронов с нейтральными молекулами и ионами. В результате энергия радиоволны уменьшается вследствие частичного ее перехода в тепловую энергию.
(3.2.1)
где - коэффициент поглощения в ионосфере
(3.2.2)
где - относительная диэлектрическая проницаемость ионизированного газа;
- проводимость ионизированного газа.
(3.2.3)
(3.2.4)
где - электронная концентрация ионизированного газа (определяется из графика 3.2.1);
- число столкновений электронов с молекулами или с ионами в единицу времени (определяется из графика 3.2.2)
Рис 3.2.1 Рис. 3.2.2
Пользуясь графиками 3.2.1, 3.2.2, а также формулами 3.2.1-3.2.4 найдем коэффициент ослабления в ионосфере.
На данной частоте (12,5 ГГц) ослабление радиоволн в ионосфере отсутствует (очень мало по сравнению с ослаблением в тропосфере)
расстояние до спутника (стационарная орбита)
Итак множитель ослабления радиоволн на трассе Земля-Космос можно найти из формулы (3.2.4)
Для самого худшего случая (сильный дождь)
Принятая мощность с учетом влияния атмосферы
Действие поляризационного циркулятора основано на использовании поворота плоскости поляризации электромагнитной волны в волноводе с продольно намагниченным ферритовым стержнем.
Ферритовый поляризатор представлен на рисунке 4.1.
Рис. 4.1 Чертеж ферритового поляризатора
Вдоль оси круглого волновода установлен ферритовый стержень круглого сечения, находящийся под воздействием постоянного магнитного поля , направленного вдоль стержня. Такое магнитное поле создается с помощью соленоида, намотанного снаружи круглого волновода. Для уменьшения управляющего постоянного магнитного поля применяются диэлектрические втулки, которые надеваются на ферритовый стержень и значительно увеличивают концентрацию поля в области расположения феррита, что приводит к увеличению угла поворота плоскости поляризации.
Длина ферритового стержня и напряженность постоянного магнитного поля подбираются такими, чтобы плоскость поляризации электромагнитной волны при распространении вдоль стержня повернулась на угол . Направление поворота плоскости поляризации будет зависеть от направления постоянного магнитного поля.
Список использованных источников.
1.Жук М.С., Молочкон Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. –М.1966
2.Зузенко В.А., Кислов А.Г., Цыган Н.Я. Расчет и проектирование антенн.-Л.1969
3.Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства.-М1974.
4.Красюк Н.П., Дымович Н.Д.Электродинамика и распространение радиоволн.-М1974
Страницы: 1, 2