Раздел: Технические науки
РЕФЕРАТ

ТЕМА
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ
Содержание:

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 и исходные данные
Цель работы – рассчитать спиральную антенну, используя приведённые ниже в таблице данные.

Параметр	Значение параметра
Рабочая частота	800 МГц
Коэффициент усиления	30
Режим передающий	-
Уровень боковых лепестков	-15 дБ
Мощность передачи
в импульсном режиме	10 кВт
при скважности	100 кВт

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.
Основные моменты расчёта:
Для облегчения последующих расчётов введём обозначения:

Условное обозначение	Расшифровка	Значение
С	скорость света	300 (см)
F	рабочая частота	800 (см)
L (С/F)	рабочая длина волны в свободном пространстве	36.5 (см)
D	диаметр витка спирали (см)	-

Примечание : если длина витка спирали лежит в пределах от 0.75 l  до 3l тоизлучение С.А. максимально вдоль оси спирали. Это основной режим работы С.А

Расчётные соотношения цилиндрической спирали.

Условное обозначение	Расшифровка
n	число витков спиральной антенны
a	угол подъёма витка
R	радиус спирали
S	шаг витка спиральной антенны
L	длина витка спирали

.Развёртка витка спиральной антенны

S L

a

2PR

Основные соотношения следуют из рисунка:

L =(2PR)+S
Sina=S/L
l=nS
2q_0.5 = ( Ширина диаграммы направленности по половинной мощности в градусах)
D ₀ =15 n

(Коэффициент направленного действия)

(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:

-волновое сопротивление конусной части перехода

-волновое сопротивление подводящего фидера 75 Ом

-волновое сопротивление спиральной антенны

Ом
По известному волновому сопротивлению определяем отношение диаметров элементов коаксиального тракта:

lg ( Ом )

Для коаксиального устройства с воздушным заполнением и Ом отношение :

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 определяем все размеры коаксиального трансформатора:

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.
Уровень боковых лепестков.
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.

Приложение
Спиральная антенна

Диаграмма направленности

Список литературы:

1.Антенно-фидерные устройства СВЧ.
(под общей редакцией Маркова)

2.Антенны.
(Д.М.Сазонов)

3.Антенны и устройства СВЧ.
(В.В.Никольский)