Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Среди различных типов широкополосных антенн важное место занимают разнообразные спиральные антенны, которые являются слабо- и средненаправленными широкополосными антеннами бегущей волны эллиптической и управляемой поляризации. Они применяются в качестве самостоятельных антенн, облучателей зеркальных и линзовых антенн, возбудителей волноводно-рупорных антенн эллиптической и управляемой поляризации, элементов антенных решеток.

Спиральные антенны - это антенны поверхностных волн. По виду направителя (замедляющей системы) и способу обеспечения работы в широком диапазоне частот их можно разделить на:

цилиндрические регулярные, у которых геометрические параметры (шаг, радиус, диаметр провода) постоянны по всей длине и широкополосность обусловлена наличием дисперсии фазовой скорости (рис.1,а - в);

эквиугольные или частотно-независимые (канонические, рис.1,г, плоские, рис.1,д);

Размещено на http://www.allbest.ru/

нерегулярные (рис.1,е, ж).

Рис. 1.Спиральныые антенны: а - в - цилиндрические регулярные; г, д - эквиугольные; е, ж - нерегулярные

По числу заходов (ветвей) и способу их намотки спиральные антенны могут быть одно- (рис.1,а) и многозаходными с односторонней (рис.1,б) и двусторонней (встречной) намоткой (рис.1,в).

Отсутствие или наличие дополнительного замедления фазовой скорости и способ его реализации позволяют разделить спиральные антенны на следующие типы:

из гладкого провода в однородном диэлектрике (воздухе), рис.1;

из провода, обладающего собственным замедлением (импедансные спиральные антенны), рис.2,а;

из гладкого провода с диэлектриком (спирально-диэлектрические антенны), рис.2,б, в;

из провода с собственным замедлением и с диэлектриком (импедансные спирально-диэлектрические антенны), рис.2,г.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Спиральные антенны с дополнительным замедлением:

а - импедансная; б, в - спирально диэлектрическая; г - импедансная спирально-диэлектрическая

спиральный антенна фидерный замедление

Одним из основных свойств спиральных антенн является их способность работать в широкой полосе частот с коэффициентом перекрытия от 1.5 до 10 и более. Работа однозаходных регулярных цилиндрических спиральных антенн в диапазоне частот возможна благодаря их дисперсионным свойствам, вследствие которых в широком диапазоне частот фазовая скорость поля вдоль оси спирали близка к скорости света, отражение от свободного конца спирали мало, длина волны в проводе спирали примерно равна длине витка. В многозаходных цилиндрических спиральных антеннах рабочий диапазон дополнительно расширяется вследствие подавления в них ближайших низших и высших типов волн, искажающих диаграмму направленности основного типа.

Спиральные антенны с односторонней намоткой излучают поле с эллиптической, близкой к круговой, поляризацией. Направление вращения вектора поля соответствует направлению намотки спирали. Для получения линейной и управляемой поляризации используют спиральные антенны с двусторонней (встречной) намоткой.

Форма частотно-независимых спиральных антенн определяется только углами. Каждой длине волны в пределах рабочего диапазона соответствует излучающий участок неизменной формы и постоянных электрических размеров. Поэтому ширина диаграммы направленности и входное сопротивление приближенно остаются постоянными в весьма широких диапазонах частот.

Спиральные антенны позволяют формировать однонаправленные диаграммы направленности с шириной 2и0,5?(25…180)є, тороидальные с шириной 2и0,5?(45…90)є, и воронкообразные с шириной 2и0,5?(40…60)є. В большинстве случаев основным требованием к спиральным антеннам является способность работать в широком диапазоне частот, а не стабильность характеристик и параметров. Поэтому часто допускается изменение ширины диаграммы направленности в полтора - два раза и других характеристик. Требования к уровню боковых лепестков и стабильности направления главного максимума также бывают не жесткими. Допускается уровень боковых лепестков, достигающий 30% по полю, и изменение направления главного максимума до 10% от 2и0,5.

В подавляющем большинстве случаев спиральные антенны возбуждаются коаксиальной линией. Поэтому по частотному диапазону область их применения на длинных волнах ограничена предельно допустимыми габаритами, а на коротких - достижимой точностью изготовления и технологичностью конструкции, высокочастотным пределом рабочего диапазона коаксиальных кабелей и возможностью реализации нужной формы перехода от питающего коаксиального фидера к ветвям спиральной структуры.

1. ЦЕЛЬ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Целью выполнения курсовой работы является закрепление и углубление знаний по курсу, их применение для решения инженерных задач, обоснование выбора принятых решений и составление технической документации.

II. расчёт основных параметров цилиндрической спиральной антенны

Цилиндрическая спиральная антенна состоит из проволочной спирали и металлического диска. Внутренний проводник питающего коаксиального фидера присоединяется к спирали, наружная оболочка - к диску.

Конструктивные параметры спирали представлены на рис. 1

Рис.3

Для расчета конструктивных размеров и электрических парамктров спиральной антенны основными исходными данными являются:

Таблица №1

III. ПОРЯДОК РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ АНТЕННЫ

1. Определяем крайние длины волн рабочего диапазона :

, (м)

, (м)

где (м/с)

2. Длина витка спирали принимается равной средней длине волны :

,

(м)

3. При заданном коэффициенте усиления длину антенны находим по формуле :

,

(м)

4. Шаг спирали находится из условия :

,

(м)

5. Число витков спирали находится из выражения :

,

с коррекцией до целого числа n и должно быть больше 3. В дальнейших расчетах принимается L=nЧd . Если при этом n ? 11, то можно ограничиться одной спиралью. Если n ? 11, то следует использовать плоскую решетку из спиралей при их числе N =4 . Ориентировочно можно считать , что КНД решетки излучателей D=NЧD. При этом расчет одной спирали вести для более низкого значения ( в N раз) КНД или для большего значения ширины ДН () .

(витков)

6. Радиус спирали находится из выражения :

,

(м)

7. Диаметр диска экрана выбирается равным :

,

(м)

8. Диаметр провода спирали выбирается из соотношения :

,

(см)

9. Входное сопротивление антенны определяется по средней и крайнних длин волн :

для средней длины волны ;

, (Ом)

для минимальной длины волны ;

, (Ом)

для максимальной длины волны .

, (Ом)

10. Диаграмма направленности одиночной спирали рассчитывается по приближенной формуле для средней и крайних длин волн :

,

где, ж=c/н=1+ ;

жср=1+ жмакс=1+ жмин=1+

а) Диаграмма направленности одиночной спирали для минимальной длины волны :

Рис.4

б) Диаграмма направленности одиночной спирали для средней длины волны :

Рис. 5

в) Диаграмма направленности одиночной спирали для максимальной длины волны :

Рис. 6

IV. выбор схемы фидерного тракта и расчет линии передачи

Обычно передающее и приемное устройства располагаются на некотором удалении от антенн, энергия от передатчика к антенне и от антенны к приемнику передается по фидерным линиям.

Выбираем регулярную линию передачи.

L1 L2 L3 L4

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7

Для нашей фидерной линии мы применяем кабель РК-50-2-13, его технические характеристики представлены в таблице № 2 :

Таблица № 2

Длина линии принимаем равную 5 метров.

1. Для выбранной схемы определяем затухание в регулярной части линии передачи (распределение потери) которое получается суммированием потерь в линии (где n- число однородных участков линии, li- длинна i-го однородного участка линии; бi- коэффициент затухания (дБ/м) в i-ом однородном участке линии). Определяются потери в функциональных узлах линии (изгибы, скрутки, коаксиальные и волновые разьемные соединения, коаксиально-волновые переходы) (где L- прямые потери (дБ) в m- й неоднородной линии). Определяется прямое затухание фидерного тракта

.

L1=L3=0,1 (дБ)

L4 для циллиндрической спиральной антенны принимаем равное ? 0,42 (дБ)

L2== (дБ)

0,1Ч5=0,5 (дБ)

L?=0,1+5,9+0,1+0,42=6,52 дБ или 0,75 Нп/м

Вычисляется максимальное значение ожидаемого с вероятностью 0,9 суммарного коэффициента отражения на входе линии передачи с числом неоднородностей более пяти из соотношения:

,

где N-число неоднородностей линии.

2. Рассчитываем КПД линии передачи по формуле :

,

где значение L? - в Нп.

=0,23

Общий КПД антенно-фидерной системы равен :

,

V. настройка и эксплуатация антенно-фидерного устройства

В подавляющем большинстве случаев спиральные антенны возбуждаются коаксиальной линией. Поэтому по частотному диапазону область их применения на длинных волнах ограничена предельно допустимыми габаритами, а на коротких - достижимой точностью изготовления и технологичностью конструкции, высокочастотным пределом рабочего диапазона коаксиальных кабелей и возможностью реализации нужной формы перехода от питающего коаксиального фидера к ветвям спиральной структуры. Сконструированная антенна только тогда даст хорошие результаты, когда она точно настроена и ее параметры измерены с помощью соответствующих измерительных приборов.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Нечаев Е.Е., Будыкин Ю.А. Антенные устройства в гражданской авиации. - Курск: Пресс - Факт, 2005.

2. Воскресенский Д.И. и др. Антенны и устройства СВЧ. - М.: МАИ, 1999.

Учебно-методическая

3. Нечаев Е.Е. Антенны и устройства СВЧ: Пособие к выполнению курсовой работы. - М.: МГТУ ГА, 2008.

4. Нечаев Е.Е. Антенны и устройства СВЧ: Методические указания к лабораторным занятиям. - М.: МГТУГА, 2004.

Дополнительная

5. Нечаев Е.Е. Слабонаправленные антенны и линейные антенны бегущей волны. - М.: МГТУГА, 1997.

6. Нечаев Е.Е. Излучающие раскрывы и решетки. - М.: МГТУГА, 1989

Размещено на Allbest.ru