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 С.А. максимально вдоль оси спирали. Это основной режим работы С.А.

Расчётные соотношения цилиндрической спирали.

n - число витков С.А.;

- угол подъёма витка;

R - радиус спирали;

S - шаг витка С.А.;

L - длина витка спирали.

S

L

Рисунок 2 - Развёртка витка С.А.

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 С.А., 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)[л1]:см.

Диаметр провода спирали берется порядка (0.030.05):см.

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

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 . В нашем случае 1,69 см.

Поскольку входное сопротивление фидера 50, 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 коаксиальныйый четвертьволновый трансформатор (рисунок 4).

Рисунок 3 - Коаксиальный трансформатор волновых сопротивлений передающего тракта

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

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

Волновое сопротивление отрезка линии, должно быть:

(7) [л.3.стр159]

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. 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 С.А. рассчитаем по формуле (9) [л.2]:

(9)

где - число витков спирали;

- волновое число: ;

- коэффициент укорочения волны: .

Диаграмма направленности, нормированная к максимальному значению , изображена на рисунке 4. По графику можно проверить, соответствует ли ширина Д.Н. заданной, а также определить уровень боковых лепестков:дБ.

Рисунок 7 – Диаграмма направленности спиральной антенны.