Передающие спиральные антенны
МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ , ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ТЕМА
СПИРАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ
Работу выполнил:
Шевцов А.Н.
Группа ВР-2-96
Москва 2000
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Рассчитать спиральную антенну по данным параметрам:
1.Рабочая частота 800 МГц
2.Коэффициент усиления 30
3.Режим передающий
4.Мощность передачи 10 кВт
в импульсном режиме
при скважности 100
5. Уровень боковых лепестков -15 дБ
1.Введение.
Спиральные антенны (далее СА) относятся к антеннам бегущей волны и представляют собой металлическую спираль, питаемую коаксиальной линией
(рис.1).
Основным режимом работы антенны является режим осевого излучения. С.А. формирует диаграмму направленности (далее Д.Н.) вдоль оси спирали
(рис.2).[л.2.стр306]
Рисунок 1.
Рисунок 2.Излучение цилиндрической С.А.
Введем обозначение:
-рабочая длина волны в свободном пространстве
СF,где С-скорость света, F-рабочая частота
300/800=36.5 (см)
D-диаметр витка спирали (см)
Если длина витка спирали лежит в пределах от 0.75дотоизлучение С.А. максимально вдоль оси спирали. Это основной режим работы С.А.[л.2.стр307]
Расчётные соотношения цилиндрической спирали.
n-число витков С.А.
угол подъёма витка
R-радиус спирали
S-шаг витка С.А.
L-длина витка спирали
S
L
2R
Рисунок 3.Развёртка витка С.А.
Основные соотношения:
2 2 2
L =(2R)+S {1}
Sin=S/L {2}
l=nS {3}
следуют из рисунка 3.
Ширина Д.Н. по половинной мощности выражаемая в градусах
2>0.5>=
(4)
[л.3.стр323]
Коэффициент направленного действия
D>0>=15
n
(5)
Входное сопротивление
(Ом) (6)
2.Расчёт цилиндрической С.А. [л.3.стр321]
Наиболее характерен режим С.А., который устанавливается, когда:
(См)
-примем
равным
Т.К.
К.П.Д в нашем случае будет близок 100 % при достаточно большой площади сечения С.А.
См
Шаг спирали для получения круговой поляризации [л.1.стр235]
См
Число витков спирали
округляем
виткам
Радиус
спирали из (1)
См
Ширина Д.Н. по формуле (4)
Диаметр
диска экрана принимается равным
(0.9
1.1)
[л.1.стр237]
В
нашем случае диаметр диска экрана
См.
Диаметр
провода спирали берется порядка
(0.030.05)
.
См
В нашем случае лучше взять медную трубку близкого диаметра т.к. токи высокой частоты текут лишь по поверхности металла.
Входное
сопротивление
требует согласующего устройства к линии
75 ом
Угол
подъёма спирали из (2)
3.Конструкция и питание С.А.
С.А. состоит из следующих составных частей:
1.Спираль из медной трубки.
2.Сплошной экран.
3.Согласующее устройство.
4.Питающий фидер.
5.Диэлектрический каркас.
В качестве каркаса можно применить твёрдый пенопласт. При этом расчетные соотношения останутся неизменными т.к. диэлектрическая проницаемость пенопласта практически равна диэлектрической проницаемости воздуха.
В
качестве экрана можно применить более
дешёвый алюминий. Расстояние от первого
витка берут
.
В нашем случае 2
см.
Поскольку входное сопротивление фидера 50 или 75 Ом, а сопротивление спирали 140 Ом, то для согласования надо применить согласующее устройство СВЧ. Так как сопротивление С.А. практически активное, то для согласования можно применить конусообразный переход (рис.4) из коаксиальных линий передачи.
D>1
>d>1
>d>2
>D>2
>
Рис.4.Коаксиальный трансформатор волновых
сопротивлений передающего тракта
Если
длину конусной части ()
взять равной
(в нашем случае
см)
этот переход работает как четвертьволновый трансформатор. [л.3.стр159]
Для согласования линии с разным волновым сопротивлением (75 Ом и 140 Ом)
Волновое сопротивление конусной части линии, должно быть:
(7)
[л.3.стр159] где:
-волновое
сопротивление конусной части перехода
-волновое
сопротивление подводящего фидера 75 Ом
-волновое
сопротивление спиральной антенны
Ом
По известному волновому сопротивлению можно определить отношение диаметров элементов коаксиального тракта:
lg
( Ом ) (8)
Для
коаксиального устройства с воздушным
заполнением и
Ом отношение
,
а для
Ом
и для
Ом
Выбрав, в качестве подводящего мощность фидера РК-9-13 по допустимой предварительной мощности имеем: диаметр центральной жилы 1.35 мм.
Отсюда можно определить все размеры коаксиального трансформатора рис.4.
мм
мм
выберем
равным
мм., тогда
мм.
В качестве основания спирали можно применить твердый пенопласт. Он не изменит электрических параметров антенны, т.к. по своим электрическим параметрам пенопласт близок к воздуху.
При мощности передатчика 10 кВт и скважности 100 средняя площадь излучения примерно 100 Вт, при КСВ антенны лучше 1.35 отражённая мощность не более 5%, т.е. не более 5 Вт. Будем считать, что эта мощность тепло и рассеивается на спирали.
Для уменьшения уровня боковых лепестков следует увеличить размер рефлектора и сделать его форму более сложной. Эскиз на рисунке 7.
40
см
20
см
Рис.7. Эскиз рефлектора для уменьшения уровня боковых лепестков.
Рефлектор следует делать из листа толщиной не менее 3 мм, т.к. он является несущим для фидера спирали и какого-либо опорно-поворотного устройства.
Диаграмма
такой антенны достаточно широка (
>
),так
что особой точности наведения она не
требует. Антенна достаточно проста в
изготовлении, надежна в эксплуатации.
Уровень боковых лепестков.
Наряду с шириной луча очень важным параметром является уровень боковых лепестков, который можно определить через К.Н.Д. по формуле [л.2.стр201]:
где
- это «эффективный уровень боковых
лепестков»
или
дБ.
Список используемой литературы:
1.Антенно-фидерные устройства СВЧ.
(под общей редакцией Маркова)
2.Антенны.
(Д.М.Сазонов)
3.Антенны и устройства СВЧ.
(В.В.Никольский)