Рефераты на технические темы




Поиск документов на сайте

 

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



2 P R


Основные соотношения следуют из рисунка:

  1. L =(2 P R)+S
  2. Sin a =S/L
  3. l=nS
  4. 2 q 0.5 = ( Ширина диаграммы направленности по половинной мощности в градусах)
  5. 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:

  1. -волновое сопротивление конусной части перехода
  2. -волновое сопротивление подводящего фидера 75 Ом
  3. -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

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)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 







 

 

 

 

Форум
Открылся форум WorkLib.ru