Курсовая работа: Расчёт спиральной антенны круговой поляризации

Волновое сопротивление конусной части линии должно быть:

По известному волновому сопротивлению можно определить соотношение диаметров элементов коаксиального тракта по формуле 26. Для коаксиального волновода с воздушным заполнением и Z=100 Ом отношение d/D=0.17, для Z=140 Ом - 0.096, для Z=50 Ом - 0.435.

Для того чтобы было удобно соединять трубку спирали и центральную жилу выходной части согласующего устройства возьмем последнюю диаметром меньше диаметра трубки например 3 мм.

Так как антенна согласована на средней рабочей частоте, то КСВ при этих условиях будет минимален. При изменении частоты КСВ будет увеличиваться. Для расчета КСВ в диапазоне частот используем формулу 24. Зависимость КСВ от частоты приведена на рисунке 4.1.

Зная геометрические размеры антенны, можно рассчитать ее электрические параметры. Формулы для расчета диаграмм направленности получаются для компонент Еq и Еf поля волны Т1. Эти выражения приводятся в литературе. Приближенно можно считать, что диаграммы направленности не зависят от угла f, т.е. являются телами вращения, хотя небольшая зависимость все же имеется. В итоге ДН для целого числа витков спирали определяются нижеприведенными выражениями.

Рисунок 4.1 – КСВ антенны в полосе частот

Диаграммы направленности имеют вид:

Рисунок 4.2 – ДН антенны на средней частоте диапазона в полярных координатах

Рисунок 4.3 - ДН антенны на средней частоте диапазона в прямоугольных координатах (плоскость Е)

Рисунок 4.4 – ДН антенны на средней частоте диапазона в прямоугольных координатах (плоскость Н)

Рисунок 4.5 – ДН антенны на нижней частоте диапазона в полярных координатах

Рисунок 4.6 – ДН антенны на верхней частоте диапазона в полярных координатах

Зависимость КНД от длины волны в пределах рабочего диапазона имеет вид:

Рисунок 4.7 – Зависимость КНД от длины волны

3.3 Программа для расчета электрических параметров

Для решения внешней задачи и для расчета электрических параметров цилиндрической спиральной антенны была использована программа MMANA. Программа разработана японским специалистом MakotoMori и переведена на русский язык специалистом И. Гончаренко.

В программе реализован метод интегральных уравнений для тонкопроволочных антенн. По заданной пользователем геометрии проволочной антенны MMANA позволяет:

· рассчитывать любые типы антенн, которые можно представить как произвольный набор проводов;

· производить расчет на любой частоте;

· создавать и редактировать описания антенны, как указанием цифровых координат, так и в графическом редакторе (просто рисовать антенну "мышкой");

· рассматривать множество разных видов антенны;

· рассчитывать диаграммы направленности (ДН) в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

· строить трехмерные диаграммы направленности;

· одновременно сравнивать результаты моделирования нескольких разных антенн;

· редактировать каждый элемент антенны, включая возможность изменения его форму;

· редактировать описание каждого провода антенны простым перетаскиванием "мышкой";

· просчитывать комбинированные (состоящие из нескольких, разных диаметров) провода;

· создавать стеки, в качестве элемента стека можно использовать любую;

· оптимизировать антенну, гибко настраивая цели оптимизации: Zвх, КСВ, усиление, F/B, минимум вертикального угла излучения;

· задавать изменение при оптимизации более 90 параметров антенны, возможно описание совместного (зависимого) изменения нескольких параметров;

· сохранять все шаги оптимизации в виде отдельной таблицы для последующего анализа;

· строить множество разнообразных частотных графиков: Zвх, КСВ, усиление, F/B, ДН;

· автоматически рассчитывать разные согласующие устройства, с возможностью включать и выключать их при построении графиков;