Московський Інститут Радіотехніки ЕЛЕКТРОНІКИ І АВТОМАТИКИ
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
ТЕМА
Спіральна антена
Роботу виконав:
Шевцов А.М.
Група ВР-2-96
Москва 2000
ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ
Розрахувати спіральну антену за даними параметрами:
1.Рабочая частота 800 МГц
2.Коеффіціент посилення 30
3.Режім передавальний
4.Мощность передачі 10 кВт
в імпульсному режимі
при шпаруватості 100
5. Рівень бічних пелюсток -15 дБ
1.Вступ.
Спіральні антени (далі СА) відносяться до антен біжучої хвилі і представляють собою металеву спіраль, живиться коаксіальної лінією
Основним режимом роботи антени є режим осьового випромінювання. С.А. формує діаграму спрямованості (далі Д.М.) уздовж осі спіралі
Введемо позначення:
L-робоча довжина хвилі у вільному просторі
L = С / F, де С-швидкість світла, F-робоча частота
L = 300/800 = 36.5 (см)
D-діаметр витка спіралі (см)
Якщо довжина витка спіралі лежить в межах від 0.75l до 1.3l то випромінювання С.А. максимально уздовж осі спіралі. Це основний режим роботи С.А. [л.2.стр307]
Розрахункові співвідношення циліндричної спіралі.
n-число витків С.А.
a-кут підйому витка
R-радіус спіралі
S-крок витка С.А.
L-довжина витка спіралі
S L
a
2PR
Малюнок 3.Развертка витка С.А.
Основні співвідношення:
2 2 2
L = (2PR) + S {1}
Sina = S / L {2}
l = nS {3}
випливають з рисунка 3.
Ширина Д.М. по половинній потужності виражається в градусах
2q0.5 =
(4) [л.3.стр323]
Коефіцієнт спрямованої дії
D0 = 15 n (5)
Вхідний опір
(Ом) (6)
2.Расчет циліндричної С.А. [Л.3.стр321]
Найбільш характерний режим С.А., який встановлюється, коли:
(См)
-Приймемо рівним Т.К.
К.П.Д в нашому випадку буде близький 100% при досить великій площі перетину С.А.
См
Крок спіралі для отримання кругової поляризації [л.1.стр235]
См
Число витків спіралі
округляємо витків
Радіус спіралі з (1) См
Ширина Д.М. за формулою (4)
Діаметр диска екрану приймається рівним (0.9 1.1) [л.1.стр237]
У нашому випадку діаметр диска екрану Див
Діаметр дроту спіралі береться порядку (0.03 0.05)
. См
У нашому випадку краще взяти мідну трубку близького діаметра тому струми високої частоти течуть лише по поверхні металу.
Вхідний опір вимагає узгоджувального пристрою до лінії 75 ом
Кут підйому спіралі з (2)
3.Конструкція та харчування С.А.
С.А. складається з наступних складових частин:
1.Спіраль з мідної трубки.
2.Сплошной екран.
3.Согласующее пристрій.
4.Пітающій фідер.
5.Діелектріческій каркас.
Як каркас можна застосувати твердий пінопласт. При цьому розрахункові співвідношення залишаться незмінними тому діелектрична проникність пінопласту практично дорівнює діелектричної проникності повітря.
Як екран можна застосувати більш дешевий алюміній. Відстань від першого витка беруть . У нашому випадку 2 см.
Оскільки вхідний опір фідера 50 або 75 Ом, а опір спіралі 140 Ом, то для узгодження треба застосувати пристрій, що погодить НВЧ. Так як опір С.А. практично активне, то для узгодження можна застосувати конусоподібний перехід (рис. 4) з коаксіальних ліній передачі.
D1 d1 d2 D2
Ріс.4.Коаксіальний трансформатор хвильових
опорів передавального тракту
Якщо довжину конусної частини ( ) Взяти рівної (в нашому випадку
см)
цей перехід працює як четвертьволновий трансформатор. [Л.3.стр159]
Для узгодження лінії з різним хвильовим опором (75 Ом і 140 Ом)
Хвильовий опір конусної частини лінії, повинно бути:
(7) [л.3.стр159] де:
-Хвильовий опір конусної частини переходу
-Хвильовий опір підвідного фідера 75 Ом
-Хвильовий опір спіральної антени
Ом
За відомим хвильовому опору можна визначити ставлення діаметрів елементів коаксіального тракту:
lg (Ом) (8)
Для коаксіального пристрою з повітряним заповненням і Ом ставлення , А для Ом
і для Ом
Вибравши, як підвідного потужність фідера РК-9-13 по допустимій попередньої потужності маємо: діаметр центральної жили 1.35 мм.
Звідси можна визначити всі розміри коаксіального трансформатора рис.4.
мм
мм
виберемо рівним мм., тоді
мм.
В якості підстави спіралі можна застосувати твердий пінопласт. Він не змінить електричних параметрів антени, тому що за своїми електричними параметрами пінопласт близький до повітря.
При потужності передавача 10 кВт і шпаруватості 100 середня площа випромінювання приблизно 100 Вт, при КСВ антени краще 1.35 відображена потужність не більше 5%, тобто не більше 5 Вт. Будемо вважати, що ця потужність тепло і розсіюється на спіралі.
Для зменшення рівня бічних пелюсток слід збільшити розмір рефлектора і зробити його форму більш складною. Ескіз на малюнку 7.
40 см
20 см
Рис.7. Ескіз рефлектора для зменшення рівня бічних пелюсток.
Рефлектор слід робити з листа товщиною не менше 3 мм, тому що він є несучим для фідера спіралі і будь-якого опорно-поворотного пристрою.
Діаграма такої антени досить широка ( >), Так що особливої точності наведення вона не вимагає. Антена досить проста у виготовленні, надійна в експлуатації.
Рівень бічних пелюсток.
Поряд з шириною променя дуже важливим параметром є рівень бічних пелюсток, який можна визначити через К.Н.Д. за формулою [л.2.стр201]:
де - це «ефективний рівень бічних пелюсток»
або дБ.
Список використовуваної літератури:
1.Антенно-фідерні пристрої НВЧ.
(Під загальною редакцією Маркова)
2.Антенни.
(Д. М. Сазонов)
3.Антенни та пристрої НВЧ.
(В. В. Нікольський)
