- •Задание
- •Реферат
- •Содержание
- •Введение
- •1 Расчёт антенны
- •1.1 Выбор типа антенны
- •1.2 Расчёт основных параметров
- •1.3 Конструкция и питание антенны
- •2 Расчёт частотно избирательного устройства
- •2.1 Выбор типа чис
- •2.2 Расчёт основных параметров
- •2.3 Моделирование в программе Microwave Office
- •Заключение
- •Список использованных источников
- •Перечень сокращений
- •Приложение а
1.2 Расчёт основных параметров
Введем обозначение:
-рабочая длина волны в свободном пространстве
;
где с - скорость света;
f - рабочая частота.
D-диаметр витка спирали (см)
Если длина витка спирали лежит в пределах от 0,75до 1,3, то излучение С.А. максимально вдоль оси спирали. Это основной режим работы С.А.
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
Рисунок 2 - Развёртка витка С.А.
Основные соотношения:
Длина витка: (1)
Угол подъёма спирали: (2)
Длина спирали: (3)
следуют из рисунка 2.
Ширина Д.Н. по половинной мощности выражаемая в градусах: (4)
Коэффициент направленного действия: (5)
Входное сопротивление: (Ом) (6)
Наиболее характерен режим С.А., который устанавливается, когда:
см.
Шаг спирали для получения круговой поляризации:
см.
Число витков спирали:
витков.
Длина спирали спиральной антенны будет:
см.
Коэффициент направленного действия:
Радиус спирали из (1):
см.
Диаметр диска экрана принимается равным (0.91.1)[л1]: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.
Угол подъёма спирали из (2): .
Входное сопротивление. Поэтому для согласования с коаксиальной линией передачи, сопротивлением 50 Ом, необходимо согласующее устройство.
1.3 Конструкция и питание антенны
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 1,69 см.
Поскольку входное сопротивление фидера 50, 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 коаксиальныйый четвертьволновый трансформатор (рисунок 4).
Рисунок 3 - Коаксиальный трансформатор волновых сопротивлений передающего тракта
Если длину отрезка взять равной(в нашем случаесм) этот переход работает как четвертьволновый трансформатор. [л.3.]
Для согласования линии с разным волновым сопротивлением (50 Ом и 140 Ом)
Волновое сопротивление отрезка линии, должно быть:
(7) [л.3.стр159]
где - волновое сопротивление трансформатора;
- волновое сопротивление подводящего фидера 50 Ом;
- волновое сопротивление спиральной антенны.
Ом.
Для коаксиального устройства с воздушным заполнением и Ом отношение диаметров, из рисунка 4.
Рисунок 4 – Волновое сопротивление Z концентрической линии с воздушной изоляцией в зависимости от отношения .
Диаметр внутреннего проводника выбираем близким к диаметру провода спирали, для более надёжного крепления спирали к трансформатору. Отсюда можно определить все размеры коаксиального трансформатора рисунок 3 мммм. Конструкция трансформатора показана на рисунке 5.
Рисунок 5 – Конструкция согласующего трансформатора.
В качестве основания спирали можно применить твердый пенопласт. Он не изменит электрических параметров антенны, т.к. по своим электрическим параметрам пенопласт близок к воздуху. Рефлектор следует делать из листа толщиной не менее 3 мм, т.к. он является несущим для фидера спирали и какого-либо опорно-поворотного устройства. Антенна достаточно проста в изготовлении, надежна в эксплуатации. Конструкция антенны изображена на рисунке 6.
Рисунок 6 – Конструкция спиральной антенны.
Расчёт диаграммы направленности
Диаграмму направленности С.А. рассчитаем по формуле (9) [л.2]:
(9)
где - число витков спирали;
- волновое число: ;
- коэффициент укорочения волны: .
Диаграмма направленности, нормированная к максимальному значению , изображена на рисунке 4. По графику можно проверить, соответствует ли ширина Д.Н. заданной, а также определить уровень боковых лепестков:дБ.
Рисунок 7 – Диаграмма направленности спиральной антенны.