ТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ
Цель работы и исходные данные * Основные характеристики спиральных антенн. *Основные моменты расчёта: *Расчётные соотношения цилиндрической спирали. *Расчёт цилиндрической спиральной антенны *Коаксиальный трансформатор волновых сопротивлений передающего тракта *Уровень боковых лепестков. *Приложение *Список литературы: *Цель работы – рассчитать спиральную антенну, используя приведённые ниже в таблице данные.
Основные характеристики спиральных антенн. Конструктивно спиральные антенны представляют собой металлическую спираль, питаемую коаксиальной линией. Спиральные антенны принадлежат классу антенн бегущей волны и основным режимом работы антенны является режим осевого излучения. Также спиральная антенна формирует диаграмму направленности вдоль оси спирали. Основные составляющие спиральной антенны: 1.Спираль из медной трубки. 2.Сплошной экран: В качестве экрана можно применить более дешёвый алюминий; расстояние от первого витка берут . В нашем случае - 2 см. 3.Согласующее устройство: для согласования надо применить согласующее устройство СВЧ так как входное сопротивление фидера 50 или 75 Ом, а сопротивление спирали 140 Ом; к тому же сопротивление спиральной антенны практически активное и для согласования можно применить конусообразный переход из коаксиальных линий передачи. .
D 1 d 1 d 2 D 2
4.Питающий фидер. 5.Диэлектрический каркас: в качестве каркаса часто применяется твёрдый пенопласт. При этом расчетные соотношения останутся неизменными т.к. диэлектрическая проницаемость пенопласта практически равна диэлектрической проницаемости воздуха. Для облегчения последующих расчётов введём обозначения:
Примечание : если длина витка спирали лежит в пределах от 0.75 l до 3l тоизлучение С.А. максимально вдоль оси спирали. Это основной режим работы С.А
Расчётные соотношения цилиндрической спирали.
.Развёртка витка спиральной антенны
S L
a
2 P R
Основные соотношения следуют из рисунка:
(Входное сопротивление (Ом))
Расчёт цилиндрической спиральной антенны
Наиболее характерен режим спиральной антенны устанавливается при следующих условиях: (См) = , потому что К.П.Д в этом случае близок 100 % , так как площадь сечения спиральной антенны достаточно велика: См Шаг спирали для получения круговой поляризации См Число витков спирали (при округлении получаем витков) Радиус спирали: См
Ширина диаграммы направленности:
Диаметр диска экрана принимается равным (0.9 1.1) . В нашем случае диаметр диска экрана См. Диаметр провода спирали берется порядка (0.03 0.05) В нашем случае - См Кроме того, в существующих условиях 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
Коаксиальный трансформатор волновых сопротивлений передающего тракта
Если длину конусной части ( ) взять равной (в нашем случае см) этот переход работает как четвертьволновый трансформатор для согласования линии с разным волновым сопротивлением (75 Ом и 140 Ом). Волновое сопротивление конусной части линии, должно быть:
По известному волновому сопротивлению определяем отношение диаметров элементов коаксиального тракта: lg ( Ом )
Выбрав, в качестве подводящего мощность фидера РК-9-13 по допустимой предварительной мощности имеем: диаметр центральной жилы 1.35 мм. Отсюда определяем все размеры коаксиального трансформатора:
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. Можно считать, что эта мощность и тепло рассеивается на спирали. Наряду с шириной луча очень важным параметром является уровень боковых лепестков, который можно определить через К.Н.Д. по формуле где - это “эффективный уровень боковых лепестков”
или дБ.
Для уменьшения уровня боковых лепестков следует увеличить размер рефлектора и сделать его форму более сложной. Эскиз рефлектора для уменьшения уровня боковых лепестков.
40 см
20 см
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 и надежна в эксплуатации.
Спиральная антенна
1.Антенно-фидерные устройства СВЧ. (под общей редакцией Маркова)
2.Антенны. (Д.М.Сазонов)
3.Антенны и устройства СВЧ. (В.В.Никольский)
Поделитесь этой записью или добавьте в закладки |
Полезные публикации |