1 Расчёт антенны

1.1 Выбор типа антенны

В соответствии с заданием, поляризация антенны должна быть круговой. Из известных типов антенн обеспечивающих круговую поляризацию и необходимую ширину диаграммы направленности при малом уровне боковых лепестков, наиболее подходящей является цилиндрическая спиральная антенна, изображённая на рисунке 1.

Рисунок 1 – Конструкция цилиндрической спиральной антенны

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 СА максимально вдоль оси спирали. Это основной режим работы СА.

Введем расчётные соотношения цилиндрической спирали, развертка витка показана на рисунке 2:

n - число витков СА;

- угол подъёма витка;

R - радиус спирали;

S - шаг витка СА;

L - длина витка спирали.

S

L

Рисунок 2 - Развёртка витка СА

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 СА, 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):см. /1/

Диаметр провода спирали берется порядка (0.030.05):см. /1/

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

СА 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 1,17 см. /1/

Поскольку входное сопротивление фидера 50, а сопротивление спирали 140 Ом, то для согласования надо применить согласующее устройство СВЧ. Так как сопротивление СА практически активное, то для согласования можно применить коаксиальныйый четвертьволновый трансформатор, который изображене на рисунке 3.

Рисунок 3 - Коаксиальный трансформатор волновых сопротивлений передающего тракта

Если длину отрезка взять равной(в нашем случаесм) этот переход работает как четвертьволновый трансформатор. /3/

Для согласования линии с разным волновым сопротивлением (50 Ом и 140 Ом)

Волновое сопротивление отрезка линии, должно быть:

/3/ (7)

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 /3/. Антенна достаточно проста в изготовлении, надежна в эксплуатации. Конструкция антенны изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Конструкция спиральной антенны

4. Расчёт диаграммы направленности

Диаграмму направленности СА рассчитаем по формуле (9) /2/:

(9)

где

- число витков спирали;

- волновое число: ;

- коэффициент укорочения волны: = 1.29

Диаграмма направленности, нормированная к максимальному значению , изображена на рисунке 7. По графику можно проверить, соответствует ли ширина ДН заданной, а также определить уровень боковых лепестков:дБ.