Курсовая работа: Расчёт спиральной антенны круговой поляризации

Для уменьшения уровня обратного излучения спираль применяется совместно с экраном обычно круглой формы, причем в диапазоне ДМВ он изготавливается из металлической сетки. Размер ячейки сетки делается меньше одной десятой длины волны, а расстояние от экрана до первого витка спирали делают 0.25S. Экран следует делать из проволоки толщиной не менее 3 мм, т.к. он является несущим для фидера спирали и какого-либо опорно-поворотного устройства.

Эксперимент показывает, что характеристики антенны наиболее стабильны в диапазоне частот при , а входное сопротивление практически не меняется. Поэтому, примем [1].

На характеристики излучения антенны оказывает влияние форма и размеры переходного участка от внутреннего проводника фидера к проводнику спирали. Этот элемент обтекается током большой амплитуды и не имеет осевой диаграммы направленности. Уменьшить его влияние можно уменьшением его длины.

3. Расчет геометрических и электрических характеристик антенны

3.1 Расчёт геометрических параметров антенны

В ходе выполнения данной работы для проведения аналитических расчетов и построения графиков зависимостей была использована программа MathCAD.

Зная среднюю рабочую частоту (f=910 МГц), определим среднюю длину волны 0.33 м. Диапазон рабочих частот – 100 МГц, что составляет 11% от несущей частоты.

Для определения ширины ДН, при которой будет достигаться требуемый КНД, необходимо осуществить расчёты.

Так как 2θ Е 0.5° = 2θ Н 0.5°=45°, то КНД будет равен:

Цилиндрическая регулярная однозаходная спиральная антенна имеет коэффициент перекрытия по частоте 1.8 в режиме осевого излучения и излучает поле круговой поляризации, что вполне удовлетворяет техническим требованиям. Поэтому мы выберем антенну вышеописанной конфигурации.

Зная коэффициент направленного действия, можно рассчитать длину антенны.

По известной длине волны рассчитывается шаг спирали.

Число витков рассчитываем через длину и шаг спирали.

Возьмем 6 витков, однако при этом необходимо пересчитать длину спирали, чтобы не изменился угол намотки.

Длину витка спирали нужно выбирать из интервала (0.75...1.3), например возьмем L= радиус витка спирали находим из следующего соотношения:

Угол подъема спирали находим по развертке витка спирали.

Диаметр трубки спирали возьмем 0.03*=0.01м=1 см. Расстояние от экрана до первого витка спирали выберем 0.25*S=0.018м=1.8 см. Диаметр экрана выберем 0.7*=0.231м.

3.2 Электрический расчет антенны

Для расчета диаграмм направленности на средней рабочей частоте по компонентам подставим найденные геометрические размеры антенны в формулы (5). Для определения КНД антенны в рабочем диапазоне частот воспользуемся соотношением (16).

Чтобы определить входное сопротивление воспользуемся формулой Крауса, которая в диапазоне ДМВ дает приемлемые результаты.

Как видно из расчета, входное сопротивление антенны отличается от волнового сопротивления выбранного фидера. Из этого следует необходимость применения согласующего устройства, а именно коаксиальный трансформатор сопротивлений. Поскольку в качестве фидера был выбран РК-2-11 с диаметром центральной жилы – 0.67 мм, то можно определить размеры коаксиального трансформатора (рисунок 2.4).