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

СF,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 0.75дотоизлучение 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



2R

Рисунок 3.Развёртка витка С.А.

Основные соотношения:

2 2 2

L =(2R)+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

D₀=15n (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 (0.91.1) [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.

D₁ d₁ d₂ D₂

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: