Реферат: Спиральные антенны
МОСКОВСКИЙИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКЕ ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ТЕМА
СПИРАЛЬНЫЕАНТЕННЫ
Работувыполнил:
Шевцов А.Н.
Группа ВР-2-96
Москва2000
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 антеннамбегущей волны и представляют собой металлическую спираль, питаемую коаксиальнойлинией
Основным режимом работы антенны является режимосевого излучения. С.А. формирует диаграмму направленности (далее Д.Н.) вдольоси спирали
Введем обозначение:
-рабочая длина волны в свободномпространстве
СF, где С-скорость света, F-рабочая частота
300/800=36.5(см)
D-диаметрвитка спирали (см)
Если длина виткаспирали лежит в пределах от 0.75дотоизлучение С.А.максимально вдоль оси спирали. Это основной режим работы С.А.[л.2.стр307]
Расчётные соотношенияцилиндрической спирали.
n-числовитков С.А.
уголподъёма витка
R-радиусспирали
S-шагвитка С.А.
L-длинавитка 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
/>
20.5/>=/>/>/>/>(4) [л.3.стр323]
/>
Коэффициент направленного действия
D0=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 случаебудет близок 100 % при достаточно большой площади сечения С.А.
/> См
Шаг спирали дляполучения круговой поляризации [л.1.стр235]
/> См
Число витков спирали
/> округляем/> виткам
Радиус спирали из(1) /> См
Ширина Д.Н. поформуле (4)
/>
Диаметр диска экранапринимается равным (0.9/>1.1)/> [л.1.стр237]
В нашем случаедиаметр диска экрана /> См.
Диаметр проводаспирали берется порядка (0.03/>0.05)/>
./> См
В нашем случае лучшевзять медную трубку близкого диаметра т.к. токи высокой частоты текут лишь поповерхности металла.
Входноесопротивление /> требуетсогласующего устройства к линии 75 ом
Угол подъёма спиралииз (2) />
3.Конструкция ипитание С.А.
С.А. состоит изследующих составных частей:
1.Спираль из меднойтрубки.
2.Сплошной экран.
3.Согласующееустройство.
4.Питающий фидер.
5.Диэлектрическийкаркас.
В качестве каркасаможно применить твёрдый пенопласт. При этом расчетные соотношения останутсянеизменными т.к. диэлектрическая проницаемость пенопласта практически равнадиэлектрической проницаемости воздуха.
В качестве экранаможно применить более дешёвый алюминий. Расстояние от первого витка берут />. В нашем случае 2 см.
Поскольку входноесопротивление фидера 50 или 75 Ом, а сопротивление спирали 140 Ом, то длясогласования надо применить согласующее устройство СВЧ. Так как сопротивлениеС.А. практически активное, то для согласования можно применить конусообразныйпереход (рис.4) из коаксиальных линий передачи.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> />/>/>/>/>/>/>/> D1 d1 d2 D2
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
/>/>/>/>/>
/> /> /> /> /> /> /> />/>
/>
Рис.4.Коаксиальныйтрансформатор волновых
сопротивленийпередающего 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 (75Ом и 140 Ом)
Волновое сопротивление конусной части линии, должно быть:
/> (7) [л.3.стр159] где:
/>-волновоесопротивление конусной части перехода
/>-волновоесопротивление подводящего фидера 75 Ом
/>-волновоесопротивление спиральной антенны
/> Ом
По известному волновому сопротивлению можно определитьотношение 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 подопустимой предварительной мощности имеем: диаметр центральной жилы 1.35 мм.
Отсюда можно определить все размеры коаксиальноготрансформатора рис.4.
/> мм
/> мм
/>выберем равным /> мм., тогда /> мм.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
В качестве основания спирали можно применить твердыйпенопласт. Он не изменит электрических параметров антенны, т.к. по своимэлектрическим параметрам пенопласт близок к воздуху.
При мощности передатчика 10 кВт и скважности 100 средняяплощадь излучения примерно 100 Вт, при КСВ антенны лучше 1.35 отражённаямощность не более 5%, т.е. не более 5 Вт. Будем считать, что эта мощность теплои рассеивается на спирали.
Для уменьшения уровня боковых лепестков следует увеличитьразмер рефлектора и сделать его форму более сложной. Эскиз на рисунке 7.
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> <td/> /> />/> 40 см
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />/>/>/>/>/> />
/> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> /> <td/> />/>/> 20 см
Рис.7. Эскиз рефлектора для уменьшения уровня боковыхлепестков.
Рефлектор следует делать из листа толщиной не менее 3 мм,т.к. он является несущим для фидера спирали и какого-либо опорно-поворотногоустройства.
Диаграмма такой антенны достаточно широка (/>>/>), так что особойточности наведения она не требует. Антенна достаточно проста в изготовлении,надежна в эксплуатации.
Уровень боковых лепестков.
Наряду с шириной луча очень важным параметром являетсяуровень боковых лепестков, который можно определить через К.Н.Д. по формуле [л.2.стр201]:
/>/>/>где/> - это «эффективный уровеньбоковых 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)
/>/>/>/>/>/>