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:

L-рабочая длина волны в свободном пространстве

L=С/F,где­­­­ С-скорость света, F-рабочая частота

L=300/800=36.5 (см)

D-диаметр витка спирали (см)

Если длина витка спирали лежит в пределах от 0.75l  до 1.3l 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.

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 половинной мощности выражаемая в градусах

2q_0.5   [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 (0.9 [л.1.стр237]

В нашем случае диаметр диска экрана  См.

Диаметр провода спирали берется порядка (0.03

. 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 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 ( (в нашем случае

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 подводящего фидера 75 Ом

-волновое сопротивление спиральной антенны

 Ом

По известному волновому сопротивлению можно определить отношение диаметров элементов коаксиального тракта:

 lg ( Ом )       (8)

Для коаксиального устройства с воздушным заполнением и  Ом отношение  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 можно определить все размеры коаксиального трансформатора рис.4.

 мм

 мм

 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. Будем считать, что эта мощность тепло и рассеивается на спирали.

Для уменьшения уровня боковых лепестков следует увеличить размер рефлектора и сделать его форму более сложной. Эскиз на рисунке 7.

                                                                  40 см

                                                                                

                                                     20 см

  Рис.7. Эскиз рефлектора для уменьшения уровня боковых лепестков.

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, надежна в эксплуатации.

Уровень боковых лепестков.

Наряду с шириной луча очень важным параметром является уровень боковых лепестков, который можно определить через К.Н.Д. по формуле [л.2.стр201]:

где  - это «эффективный уровень боковых лепестков»

  или  дБ.

Список используемой литературы:

1.Антенно-фидерные устройства СВЧ.

  (под общей редакцией Маркова)

2.Антенны.

  (Д.М.Сазонов)

3.Антенны и устройства СВЧ.

  (В.В.Никольский)

                                                                                    

               

                                              

                               

                                          

                         ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ           Рассчитать спиральную антенну по данным параметрам: 1.Рабочая частота                              800 МГц 2.Коэффициент усиления                  30 3.Режим передающий 4.Мощ

 

• 14:21 05 Июля 2016
  Российско-китайский медуниверситет откроет магистерскую программу по TCM
• 01:21 05 Июля 2016
  На форуме МГУ Россия и Китай обсудят научно-образовательное сотрудничество
• 11:00 04 Июля 2016
  Реморенко: "ЕГЭ-туризм" в России сходит на нет
• 10:52 04 Июля 2016
  Летняя российско-австрийская школа откроется в Москве
• 15:31 01 Июля 2016
  В СПбГУ могут воссоздать географический факультет

Заказать уникальную работу