ДонНТУ   Портал магистров

Ермаков Владислав Александрович

Факультет компьютерных информационных технологий и автоматики

Кафедра радиотехники и защиты информации

Специальность Радиотехника

Исследование и моделирование складных антенных отражателей СВЧ диапазона

Научный руководитель: к. т. н., доц. Паслён Владимир Владимирович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Краткие сведения об основных параметрах антенн
• 2. Зональная антенна Френеля. Принцип действия
• 3. Конструкторский раздел
• 4. Выводы
• Список источников

Введение

Антенны являются одной из важнейших частей современных космических аппаратов.

История формирования космических антенн тесно связана с историей становления ракетной и космической техники, включая самые первые антенны всевозможного конструкторского дизайна применяются в системах связи, дистанционного зондирования и естественного мониторинга.

Складная космическая антенна – антенна, где при прохождении через атмосферу космическим летательным аппаратом пребывает в собранном виде и не занимает много пространства, а при попадании в космос по команде от программно-временного устройства раскрывается и преобразуется в нужное для оптимальной работы состояние, направление и масштаб.

Актуальность уменьшения массогабаритных характеристик очень высока, это связано с тем, что расходы на транспортировку и вывод антенны на орбиту значительно уменьшаются, а их характеристики остаются прежними.

Самые первые антенны были из жесткой конструкции из-за чего, у них был маленький диаметр, разрешающий разместить конструкцию под обтекателем космического аппарата. Вместе с этим, увеличение рабочих диапазонов частот вызвало потребность в увеличении диаметра апертуры космических антенн. Следовательно, антенны жесткой конструкции из-за ограничения размеров под обтекателем не применимы для всего диапазона частот. Трансформируемые космические антенны не имеют этого изъяна и в развернутом состоянии могут быть достаточно большого диаметра апертуры. До крепления на космический аппарат антенны устанавливаются в сложенное состояние.

К трансформируемым аппаратам предъявляют, в первую очередь, условия на жесткость, из-за потребности ориентации антенны и предоставления точности рабочей поверхности рефлектора.

Антенны кроме того обязаны обладать как можно меньшей массой и размером в собранном состоянии, у них должна быть надежная система развертывания и они должны сохранять свои характеристики при работе [1].

В ходе усовершенствования антенн они усложнялись, из–за чего появлялись принципиально новые их классы, расширялись выполняемые ими функции. Как правило, антенны из простых устройств превращались в сложные динамические системы, содержащие в большинстве случаев сотни, тысячи различных элементов.

Следовательно, конструкции крупных космических отражателей созданы на принципах изменения геометрии объекта, например, таких, как механическое развертывание или выдвижение стержней, наполнение воздухом компактно сложенных структур и натягивание мембраны между элементами конструкции.

1. Краткие сведения об основных параметрах антенн

К основным характеристикам и параметрам приёмных и передающих антенн относятся [2]:

– полоса пропускания;

– поляризация;

– входное сопротивление;

– коэффициент стоячей волны;

– диаграмма направленности;

– коэффициент направленного действия;

– коэффициент усиления антенны;

– коэффициент полезного действия антенны;

– шумовая температура антенны.

Полоса пропускания (ПП) антенны.

Ширина ПП – область частот, где уровень приема/излучения антенны сигнала находится в пределах 0,7 от наибольшей амплитуды сигнала, а мощность находится пределах 0,5 от максимальной мощности сигнала. Ширина ПП измеряется в единицах частоты (например, в килогерцах).

С шириной ПП антенны сопряжена неравномерность амплитудно частотной характеристики (АЧХ) антенны. Неравномерность АЧХ характеризует степень её отклонения от прямой, параллельной оси частот и измеряется в децибелах. Чем лучше рассчитана и выполнена антенна, тем равномерней её АЧХ. Приёмные телевизионные антенны, в основном, широкополосные. Диапазонные телевизионные антенны первого и второго метровых и дециметрового диапазонов охватывают полосу частот от 48,5 МГц до 862 МГц.

От неравномерности АЧХ антенны сильно зависит качество приёма: при значительной неравномерности АЧХ отдельные телевизионные каналы будут приниматься антенной со значительным ослаблением, если их частота совпадет с провалами АЧХ антенны, что особенно заметно при удалённом приёме сигналов с телецентра. Неравномерность АЧХ приёмного и передающего тракта зависит не только от качества самой антенны, но и от качества её согласования с фидером (кабелем) и качества самого фидера (кабеля). У цифрового сигнала неравномерность АЧХ искажает форму принимаемого и передаваемого сигнала.

Поляризация электромагнитных волн.

Поляризация электромагнитных волн – искажение оси симметрии поперечной волны касательно направления распространения этой волны.

В неполяризованной волне колебания векторов s и v смещения и скорости (в случае упругих волн) или векторов Е и Н напряжённостей электрических и магнитного полей (в случае электромагнитных волн), в каждой точке пространства по всем возможным направлениям в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, быстро и хаотично сменяют друг друга, так что ни одно из этих направлений колебаний не является преимущественным.

Поперечную волна является поляризованной, в том случае, когда в каждой точке пространства направление колебаний сохраняется неизменным или изменяется с течением времени по определённому закону.

Плоско поляризованной (линейно-поляризованной) называется волна с постоянным направлением колебаний, соответственно векторов s или Е. Когда концы векторов s или Е описывают с течением времени окружности или эллипсы, то волну называют циркулярной или эллиптически-поляризованной.

Поляризованная волна возникает:

– вследствие отсутствия осевой симметрии в возбуждающем волну излучателе;

– при отражении и преломлении волн на границе раздела двух сред;

– при распространении волны в анизотропной среде.

На практике: когда сигнал с телецентра (ТЦ) идёт в горизонтальной поляризации, тогда вибраторы антенны должны располагаться параллельно плоскости земли, если сигнал передаётся в вертикальной поляризации, то вибраторы антенны должны располагаться перпендикулярно плоскости земли, если сигналы передаются в двух поляризациях, то необходимо применять две антенны и слаживать их сигналы.

В зоне уверенного приёма можно поставить одну антенну под углом 45 градусов к плоскости земли.

Телевизионный спутниковый сигнал передаётся на Землю в круговой и в линейной поляризации. Для приёма таких сигналов используют разные конверторы. Размер спутниковой тарелки и ее форма на поляризацию влияния не оказывает.

Входное сопротивление антенны.

Важным параметром антенн является входное сопротивление, характеризующее её как нагрузку для передающего устройства или фидера. Входным сопротивлением антенны называется отношение напряжения между точкой подключения антенны к фидеру, к току в этих точках.

В случае, когда антенна питается волноводом, то ее входное сопротивление определяется отражениями, которые возникают в волноводном тракте. Входное сопротивление антенны состоит из суммы сопротивления излучения антенны и сопротивления потерь: Z = R(изл) + R (пот). R(изл) – в общем случае величина комплексная.

В резонансе реактивная составляющего входного импеданса должна быть равна нулю. На частотах выше резонансной импеданс имеет индуктивный характер, а на частотах ниже резонансной-емкостной характер, что вызывает потерю мощности на границах рабочей полосы антенны. R (пот) – сопротивление потерь антенны зависит от многих факторов, например, от близости ее к поверхности Земли или проводящим поверхностям, омических потерь в элементах и проводах антенны, потерь в изоляции. Входной импеданс антенны должен быть согласован с волновым сопротивлением фидерного тракта (или с выходным сопротивлением передатчика) так, чтобы обеспечить в последнем режим, близкий к режиму бегущей волны.

У телевизионных антенн входное сопротивление для логопериодической антенны от 50 до 75 Ом, у волнового канала – 300 Ом. Для антенн волнового канала при использовании телевизионного кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом необходимо устройство согласования, высокочастотный трансформатор.

Коэффициент стоячей волны (КСВ).

КСВ характеризуется степенью согласования антенны с фидером, а также согласование выхода передатчика и фидера. На практике всегда часть передаваемой энергии отражается и возвращается в передатчик. Отраженная энергия приводит к перегреву передатчика, вследствие чего он может выйти из строя.

Диаграмма направленности (ДН).

ДН антенны – это графическое изображение КУ антенны или КНД антенны в полярной системе координат в зависимости от направления антенны в пространстве.

ДН передающей (приемной) антенны характеризует интенсивность излучения (приема) антенны в различных направлениях в пространстве. Для передающей антенны рассматривают ДН по напряженности поля или по уровню его мощности. Направление максимального излучения – главный лепесток антенны, остальные лепестки ДН антенны являются побочными, в т.ч. и задний лепесток.

Для удобства строят нормированные ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В нормированной ДН величина главного лепестка принимается за единицу, остальные лепестки рисуются пропорционально в масштабе относительно главного.

ДН является одной из самых наглядных характеристик приёмных свойств антенны. Построение ДН выполняется в полярных или в прямоугольных (декартовых) координатах. Для примера рассмотрим построенную в полярной системе координат ДН антенны типа волновой канал в горизонтальной плоскости, изображенной на рисунке 1.

Координатная сетка состоит из двух систем линий. Одна система линий представляет собой концентрические окружности с центром в начале координат.