Курсовая: Спиральная антенна
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
|
Спиральная антенна СОДЕРЖАНИЕ. 1.Режимы излучения спиральной антенны 2 2.Расчетные соотношения для цилиндрической спиральной антенны 5 3.Плоская арифметическая спиральная антенна 8 4.Равноугольная (логарифмическая) спиральная антенна 11 5.Пример расчета цилиндрической спиральной антенны 14 Список использованной литературы 16  1. Режимы излучения спиральной антенны.1.1. Спиральная антенна представляет собой свернутый в спираль провод (1), который питается через коаксиальный фидер (2) (рис. 1, а). Внутренний провод фидера соединяется со спиралью, а внешняя оболочка фидера — с металлическим диском (3). Последний служит рефлектором, а также препятствует проникновению токов с внутренней на наружную поверхность оболочки фидера. Спираль может быть не только цилиндрической, как на рис. 1, а, но и конической (рис. 1, в) и плоской (рис. 7) или выпуклой.  Рис.1. Спиральные антенны: а - цилиндрическая; б – развёрнутый виток; в – коническая. Цилиндрическая спиральная антенна характеризуется следующими геометрическими размерами: радиусом а, шагом s, длиной одного витка  , числом витков p, длиной по оси  , углом подъема  .Как видно из схемы антенны и изображения развернутого витка спирали (рис. 1, б), между размерами антенны имеются следующие зависимости:  ,  ,  1.2. Спиральные антенны используются на УКВ в режиме бегущих волн с осевым излучением и вращающейся поляризацией. Такой режим требует определенных соотношений между размерами антенны и длиной волны. Выявим эти соотношения.  Ток высокой частоты, проходя но спирали, вызывает излучение электромагнитных волн. Достаточно десяти-одиннадцати витков, чтобы вся подводимая к антенне энергия излучалась в пространство и не происходило отражения волн от конца спирали. Такая бегущая волна тока распространяется вдоль провода спирали с фазовой скоростью  , т. е., с замедлением  . Рис.2.Виток спиральной антенны Волна проходит один виток (от сечения 1 к сечению5 на рис. 2) за время  .Электромагнитные волны, возбуждаемые током спирали, распространяются в воздухе со скоростью с и длиной волны  .Если бы все витки сливались, то достаточно было установить время  , равным периоду колебаний  , т. е.  , чтобы поля любой пары противоположных элементов (1-3,2-4) спирали совпадали по фазе и полностью складывались в точках оси 0*0", которая равноудалена от контура витка. Это объясняется тем, что в пределах одного витка амплитуды тока практически одинаковая, а различие в фазе на угол  в диаметрально противоположных сечениях витка (1-3, 2-4) компенсируется противоположным направлением токов в них.В случае спирали цилиндрической формы с шагом s условие максимального осевого излучения формулируется несколько иначе: за время прохождения тока по витку  электромагнитная волна должна пройти в воздухе расстояние большее, чем длина волны, на шаг s: ; соответственно (1)При таком коэффициенте замедления токи в любых двух сечениях, расположенных под углом 90° (например, в 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4, 4 и 5), вызывают на оси О*О" поля, которые сдвинуты по фазе на 90°, и волны, которые поляризованы под углом 90°. В результате сложения этих линейно-поляризованных волн получаются волны с круговой поляризацией. 1.3. Опытным путем установлено, что с увеличением длины волны  фазовая скорость  уменьшается, а коэффициент замедления  увеличивается во столько же раз. Благодаря этому условие осевого излучения (1) поддерживается в широком диапазоне волн:
 (рис. 3, а). Рис.3.ДН цилиндрической спиральной антенны при различной длине витка спирали При длине витка  набег фазы в 360° происходит при прохождении волной тока нескольких витков спирали. При этом антенна уподобляется электрически малой рамке из N витков провода, которая имеет ДН в виде восьмерки с максимумами излучения в плоскости, перпендикулярной оси спирали (рис. 3, б). Если  , то на одном витке спирали укладывается две, три и более волн, а это приводит к наклонному излучению и конусной форме пространственной ДН (рис. 3, в).1.4. Наиболее выгодный режим — осевого излучения, который, как известно, требует длины витка  и обеспечивает полосу пропускания  . Эта полоса может быть значительно расширена путем перехода к конической антенне (рис, 1, б), в которой участок (2) со средней длиной витка  удовлетворяет условию  , а крайние участки (1, 3) с большими (  ) и меньшими (  ) длинами витков удовлетворяют аналогичным условиям, но для максимальной  и минимальной  длин волн рабочего диапазона: ,  . В зависимости от рабочей длины волны  интенсивно излучает только одна из зон спирали и только этой активной зоной определяется острота ДН.2. Расчетные соотношения для цилиндрической спиральной антенны. 2.1. Чтобы получить максимальный КНД, нужно установить оптимальный коэффициент замедления  , при котором в направлении оси спирали 0*0" (рис. 2) поля первого и последнего витков находятся в противофазе. Иначе говоря, необходимо дополнить условие (1) задержкой волны тока спирали на полупериод Т/2, а в каждом витке ее — на  : .Отсюда находим оптимальный коэффициент замедления вдоль провода спирали:  , (2)При этом, правда, получается эллиптическая поляризация, но так как  , то коэффициент  весьма незначительно отличается от  и полученную поляризацию можно считать круговой. Полагая  = 1,2 ... 1,3, определим из выражения (2) угол подъема спирали, соответствующий оптимальным условиям работы антенны : Отсюда  , (3)Длина спирали  подбирается в соответствии с оптимальным коэффициентом замедления вдоль оси спирали  . При  =1,2…1,3 имеем  , что соответствует углу подъема спирали  =12 ... 16° и числу витков р = 5 ... 14.2.2. Рассматривая каждый виток спирали как элементарный излучатель с фазовым центром на оси 0*0", определяем функцию направленности антенны  как произведение функции направленности одного витка  на множитель решетки из р элементов  . Так как р велико, а направленность одного витка мала, то принимаем  . В результате имеем (4)Угол  , как и прежде, отсчитывается от перпендикуляра к оси линейной решетки.2.3. Для спиральных антенн оптимальных размеров опытным путем установлены следующие формулы: ширина диаграммы направленности  , (5)коэффициент направленного действия  , (6)входное сопротивление  , (7) 2.4. Итак, цилиндрические и конические спиральные антенны широкополосные с осевым излучением волн круговой поляризации. Направленность цилиндрических спиралей средняя, а конических — ниже средней (не вся спираль участвует в излучении на данной частоте), но последние обладают большей диапазонностью. Применяются и те и другие как самостоятельные антенны в диапазонах дециметровых а метровых волн, а также как облучатели антенн сантиметровых волн. 3. Плоская арифметическая спиральная антенна. 3.1. В процессе развития радиотехники все больше требуются антенно-фидерные устройства, рассчитанные на работу в очень широком диапазоне частот и притом без всякой перестройки. Частотная независимость таких антенно-фидерных устройств основана на принципе электродинамического подобия. Этот принцип состоит в том, что основные параметры антенны (ДН и входное сопротивление) остаются неизменными, если изменение длины волны  сопровождается прямо пропорциональным изменением линейных размеров активной области антенны. При соблюдении данного условия антенна может быть частотно-независимой в неограниченном диапазоне волн. Однако размеры излучающей структуры конечны и рабочий диапазон волн любой антенны тоже ограничен. Из этой группы антенн рассмотрим плоские арифметические и равноугольные спирали и логарифмически-периодические антенны. Рис.4. Арифметическая спираль 3.2. Арифметическая спираль выполняется в виде плоских металлических лент или щелей в металлическом экране (рис. 4). Уравнение этой спирали в полярных координатах  где  — радиус-вектор, отсчитываемый от полюса О; а — коэффициент, характеризующий приращение радиус-вектора на каждую единицу приращения полярного угла  ; b — начальное значение радиус- вектора.Спираль может быть двухзаходной, четырёхзаходной и т. д. Если спираль двухзаходная, то для ленты (щели) /, показанной штриховыми линиями, угол  отсчитывается от нуля, а для ленты //, показанной сплошными линиями, — от 180°, т. е. спираль образована совершенно идентичными лентами, повернутыми на 180° друг относительно друга.Начальные точки ленты / соответствуют радиус-векторам  , которые обозначим  и  . Следовательно, ширина ленты  . Описав один оборот  , лента занимает положение D, в котором радиус-вектор больше начального на  . На этом отрезке ВD размещаются две ленты и два зазора, и если ширина их одинаковая, то  , Отсюда определяем коэффициент  .3.3. Питание спирали может быть противофазным, как на рис. 4, или синфазным. В первом случае токи через зажимы А, В, соединяющие ленты с фидером, имеют противоположные фазы. Путь тока в ленте / больше, чем в ленте //, на полвитка. Например, в сечении СD лента // попадает, описав полвитка, а лента / — один виток, в сечение ЕF—соответственно полтора и два витка и т. д. Поскольку длина витка по мере развертывания спирали возрастает, увеличивается расхождение фазы токов в лентах. Обозначив средний диаметр витка  находим сдвиг по фазе, соответствующий длине полувитка: Если к этому прибавить начальный сдвиг, равный  , то получим результирующее расхождение по фазе токов в смежных элементах двухпроводной линии За счет второго слагаемого угол  отличен от  , а в таких условиях электромагнитные волны излучаются, даже если зазор между лентами мал по сравнению с длиной волны.Интенсивно излучает только та часть спирали, в которой токи смежных элементов обеих лент совпадают по фазе:  Подставляя  , находим, что средний диаметр первого «резонансного» кольца  , а периметр этого кольца  .Средний диаметр и периметр второго (k=2), третьего (k=3) и т. д. «резонансных» колец соответственно в три, пять, ... раз больше. Так как излучение радиоволн спиралью вызывает большое затухание тока от ее начала к концу, то интенсивно излучает только первое резонансное кольцо, а остальная, внешняя часть спирали как бы «отсекается» {явление отсечки излучающих токов}.3.4. Активная часть спирали представляет наибольший интерес и по другой причине. Затухание тока, вызванное излучением, настолько велико, что отражение от конца спирали практически отсутствует, т. е. ток в спирали распределяется по закону бегущих волн. К тому же периметр первого резонансного кольца равен длине волны  . В таких условиях, как показано в п. 1, происходит осевое излучение с вращающейся поляризацией, которое в данном случае наиболее желательно.Диаметр спирали должен быть достаточно велик, чтобы на максимальной волне диапазона  сохранилось первое «резонансное» кольцо (  ),а с уменьшением длины волны это кольцо должно сжиматься до тех пор (
|
|
Простая ссылка на эту работу:
Ссылка для размещения на форуме:
HTML-гиперссылка:
|
Добавлено: 2011.05.12 Просмотров: 1529 |
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
