ТЕХНИЧЕСКОЕЗАДАНИЕ
Рассчитатьспиральную антенну по данным параметрам:
1.Рабочаячастота 800МГц
2.Коэффициентусиления 30
3.Режимпередающий
4.Мощностьпередачи 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 антенныявляется 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:
L-рабочая длина волны в свободном пространстве
L=С/F, гдеС-скорость света, F-рабочая частота
L=300/800=36.5 (см)
D-диаметр витка спирали (см)
Еслидлина витка спирали лежит в пределах от 0.75l до1.3l то излучение С.А. максимально вдольоси спирали. Это основной режим работы С.А.[л.2.стр307]
Расчётныесоотношения цилиндрической спирали.
n-число витков С.А.
a-угол подъёма витка
R-радиус спирали
S-шаг витка С.А.
L-длина витка спирали
S L
a
2PR
Рисунок 3.Развёртка витка С.А.
Основные соотношения:
2 2 2
L=(2PR)+S {1}
Sina=S/L {2}
l=nS {3}
следуют из рисунка 3.
Ширина Д.Н. по половинноймощности выражаемая в градусах
2q0.5 [л.3.стр323]
Коэффициент направленногодействия
D0=15n (5)
Входное сопротивление
(Ом) (6)
2.Расчётцилиндрической С.А. [л.3.стр321]
Наиболее характерен режим С.А.,который устанавливается, когда:
(См)
-примемравным Т.К.
К.П.Д внашем случае будет близок 100 % при достаточно большой площади сечения С.А.
См
Шагспирали для получения круговой поляризации [л.1.стр235]
См
Числовитков спирали
округляем виткам
Радиусспирали из (1) См
ШиринаД.Н. по формуле (4)
Диаметрдиска экрана принимается равным (0.9 [л.1.стр237]
В нашемслучае диаметр диска экрана См.
Диаметрпровода спирали берется порядка (0.03
. См
В нашемслучае лучше взять медную трубку близкого диаметра т.к. токи высокой частотытекут лишь по поверхности металла.
Входноесопротивление требует согласующегоустройства к линии 75 ом
Уголподъёма спирали из (2)
3.Конструкция и питание С.А.
С.А.состоит из следующих составных частей:
1.Спиральиз медной трубки.
2.Сплошной экран.
3.Согласующееустройство.
4.Питающийфидер.
5.Диэлектрическийкаркас.
Вкачестве каркаса можно применить твёрдый пенопласт. При этом расчетныесоотношения останутся неизменными т.к. диэлектрическая проницаемость пенопласта практически равна диэлектрическойпроницаемости воздуха.
Вкачестве экрана можно применить более дешёвый алюминий. Расстояние от первоговитка берут 2см.
Посколькувходное сопротивление фидера 50 или 75 Ом, а сопротивление спирали 140 Ом, то для согласования надоприменить согласующее устройство СВЧ. Так как сопротивление С.А. практическиактивное, то для согласования можно применить конусообразный переход (рис.4) изкоаксиальных линий передачи.
D1 d1 d2 D2
Рис.4.Коаксиальный трансформаторволновых
сопротивлений передающего тракта
Если длину конусной части ( (в нашем случае
этот переход работает какчетвертьволновый трансформатор. [л.3.стр159]
Для согласования линии с разнымволновым сопротивлением (75 Ом и 140 Ом)
Волновое сопротивление конуснойчасти линии, должно быть:
(7) [л.3.стр159] где:
-волновое сопротивление подводящего фидера 75 Ом
-волновое сопротивление спиральной антенны
Ом
По известному волновомусопротивлению можно определить отношение диаметров элементов коаксиальноготракта:
lg ( Ом ) (8)
Для коаксиального устройства своздушным заполнением и Ом отношение Ом и для Ом
Выбрав, в качестве подводящегомощность фидера РК-9-13 по допустимой предварительной мощности имеем: диаметрцентральной жилы 1.35 мм.
Отсюда можно определить всеразмеры коаксиального трансформатора рис.4.
мм
мм
мм., тогда мм.
В качестве основания спиралиможно применить твердый пенопласт. Он не изменит электрических параметровантенны, т.к. по своим электрическим параметрам пенопласт близок к воздуху.
При мощности передатчика 10 кВт искважности 100 средняя площадь излучения примерно 100 Вт, при КСВ антенны лучше1.35 отражённая мощность не более 5%, т.е. не более 5 Вт. Будем считать, чтоэта мощность тепло и рассеивается на спирали.
Для уменьшения уровня боковыхлепестков следует увеличить размер рефлектора и сделать его форму болеесложной. Эскиз на рисунке 7.
40 см
20 см
Рис.7. Эскизрефлектора для уменьшения уровня боковых лепестков.
Рефлектор следует делать из листатолщиной не менее 3 мм,т.к. он является несущим для фидера спирали и какого-либо опорно-поворотногоустройства.
Диаграмма такой антенныдостаточно широка (), так что особой точности наведения она не требует. Антеннадостаточно проста в изготовлении, надежна в эксплуатации.
Уровеньбоковых лепестков.
Наряду с шириной луча оченьважным параметром является уровень боковых лепестков, который можно определитьчерез К.Н.Д. по формуле [л.2.стр201]:
где — это «эффективныйуровень боковых лепестков»
или дБ.
Списокиспользуемой литературы:
1.Антенно-фидерныеустройства СВЧ.
(под общей редакцией Маркова)
2.Антенны.
(Д.М.Сазонов)
3.Антенныи устройства СВЧ.
(В.В.Никольский)