Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра В«Антени та пристрої НВЧВ»
Курсова робота
з дисципліни В«Антени та пристрої НВЧВ»
Тема: Розрахунок спіральної антени кругової поляризації
Мінськ, 2010 р.
Зміст
Введення
1. Основні співвідношення, вибір робочого типу хвилі і фідера
2. Опис конструкції антени і АФР на її розкриві
3. Розрахунок геометричних і електричних характеристик антен
3.1 Розрахунок геометричних параметрів антени
3.2 Електричний розрахунок антени
3.3 Програма для розрахунку електричних параметрів
3.4 Результати чисельного моделювання антени
Висновок
Список літератури
Введення
спіральна антена кругова поляризація
Антена є необхідною частиною будь радіотехнічної системи. Антени класифікуються за багатьма ознаками і параметрами.
За спрямованості випромінювання і прийому розрізняють слабонаправленние, антени, лінійні розміри яких або багато менше, або співмірні з довжиною хвилі; помірно спрямовані - розміри порядку одиниць довжин хвиль; гостронаправлених - розміри порядку десятків одиниць довжин хвиль.
За принципом дії і конструктивним виконанням антени діляться на: дротові і штирові, застосовувані на кіло-, гекто-й декаметрових хвилях; щілинні, складаються з щілин в екранах або стінках хвилеводів, що використовуються на дециметрових і сантиметрових хвилях; антени поверхневих хвиль, де випромінювання у зовнішній простір відбувається в результаті уповільненого чи прискореного поширення хвилі по поверхні антени; апертурні антени, в яких випромінювання відбувається з більшою у порівнянні з квадратом довжини хвилі, площі; багатоелементні антени - антенні грати, де випромінюючими елементами служать слабонаправленние антени.
За смузі частот: вузькосмугові (смуга частот становить 5 -10% від середньої частоти), широкосмугові (смуга в 40 - 50%) і надширокосмугові (смуга більше 50%).
По області застосування антени підрозділяються на зв'язкові, радіомовні, телевізійні, радіолокаційні і т.д.
Розвиток різних галузей радіоелектроніки викликало практичну потребу в антенах, що забезпечують випромінювання і прийом еліптично поляризованого поля в широкому діапазоні частот. Серед різних типів широкосмугових антен важливе місце займають спіральні антени, які є слабо-і средненаправленнимі широкосмуговими антенами еліптичної і керованої поляризації. Вони застосовуються в якості самостійних антен, опромінювачів дзеркальних і лінзових антен, збудників хвилеводно-рупорних антен, елементів антенних решіток. У більшості випадків основними вимогами є здатність працювати в широкому діапазоні частот, забезпечення еліптичній і близькою до кругової поляризації.
Розроблено та використовується значна безліч типів і конструкцій спіральних антен, що відрізняються діапазонними властивостями, поляризацією поля і іншими властивостями. Циліндрична регулярна однозаходной спіральна антена в режимі осьового випромінювання має коефіцієнт перекриття по частоті 1.8 і випромінює поле з круговою поляризацією (Права чи ліва - залежить від напрямку скручування спіралі) в напрямку осі.
направітеля спіральної антени може бути виконаний у вигляді конічної спіралі, що збільшує Kf, або плоскої спіралі, що зменшує поздовжній розмір антени (хоча і зменшує Kf). Число заходжень (гілок) спіралі може бути кілька. Це також збільшує Kf. Якщо заходження намотані в різні боки (праві і ліві спіралі), з'являється можливість управління поляризацією випромінювання шляхом зміни амплітуд і фаз струмів, що збуджують окремі заходи. В залежності від відношення діаметру спіралі до довжини хвилі діаграма спрямованості може бути осьової або конічної.
З метою зменшення поздовжніх розмірів антени в якості направітеля використовують плоскі спіралі. Плоска спіральна антена менш діапазон, ніж циліндрична, так як сама спіраль однаково випромінює в бік екрану і в протилежному напрямку. Для синфазного складання цих полів у напрямку від екрану відстань між спіраллю і екраном повинна бути близьким до чверті довжини хвилі.
Більш діапазонними в порівнянні з циліндричної регулярної спіральної антеною є циліндрична спіральна антена зі змінним кроком.
Малюнок 1.1 - Плоска спіральна антена, антена з перемінним кроком, конічна антена
1. Основні співвідношення, вибір робочого типу хвилі і фідера
Всі хвилі в спіральній лінії мають повздовжні і поперечні по відношенню до осі складові векторів Е і Н і є аналогами хвиль НЕmn і EHmn в круглому хвилеводі. Відмінність полягає в тому, що вони поширюються з фазовою швидкістю, меншою швидкості світла у вільному просторі, і, отже, є поверхневими.
Амплітуди векторів Е і Н при видаленні від осі спіралі в радіальному напрямку в області т> R зменшуються приблизно по експоненціальним законом. Чим менше фазова швидкість, тим швидше спадає амплітуда поля з ростом r.
В регулярній (нескінченної уздовж осі Z) замедляющей системі існує потік потужності тільки уздовж осі Z. Це загальна закономірність для уповільнених хвиль в будь-яких уповільнюють системах. В регулярної спіральної лінії розподіл струму у витку спіралі по координаті П† є періодичною функцією П† з періодом, рівним 2ПЂ. Це випливає з того, що точки спостереження Р (r, П†, z) і Р (r, П† +2 ПЂ, z) в просторі співпадають. Тому струм у провіднику спіралі I (П†, z) можна розкласти в комплексний ряд Фур'є:
Кожен член цього ряду називається просторової П† - гармонікою, Im (z) - амплітуди гармонік. Аналогічно можна представити і поле спіральної лінії:
() (2)
Залежно від величини в рядах (1) і (2) переважаючою (резонуючій) буде одна з гармонік. Поле хвилі Тm в загальному випадку може бути записано у формі (2), при цьому в полі резонує гармоніка з номером m.
У тому випадку, коли в поле хвилі Тm резонує гармоніка з m = 1. Нехтуючи всіма іншими гармоніками, струм I (П†, z) відповідно до (1) можна записати у вигляді:
Оскільки в спіралі існує біжить хвиля струму (від кінця спіралі відображення слабке і ним можна знехтувати при наближеному розгляді процесів і розрахунку), струм I1 (z) визначається виразом:
описує хвилю, що поширюється уздовж осі Z. В (4) I1 - амплітуда струму, ОІ - коефіцієнт фази.
З виразу (3) випливає, що струм I (П†, z) являє собою суму двох струмів I '(П†, z) = I1 (z)-cosП† і I'' (П†, z) = iI (П† , z) - sinП†. У кожному з них однакова залежність від координати z, однакові амплітуди I1 (z), але різні Залежно від координати П†. Причому струми зміщені по фазі на 90 В°. На малюнку 2.1 у вигляді епюри показано розподіл струмів I '(П†, z) на витку спіралі в залежності від П†. На малюнку 2.1, б показано розподіл струму I (П†, z) в залежності від П†. На малюнку 2.1, а показані також:
- елементарні випромінювачі витка 1 і 2;
- вектори е1 і Е2 поля, створеного цими елементами на осі спіралі (осі Z);
- вектор Е ', рівний сумі векторів Е 1 і Е2.
Як видно, вектор Е 'орієнтований уздовж осі Y, тобто поляризований лінійно вертикально. Аналогічно для будь-яких двох елементарних випромінювачів, розташованих симетрично щодо осі Y, вектор Е їхнього сумарного поля орієнтований уздовж осі Y. Тому вектор Е всіх елементів витка буде орієнтований уздовж осі Y і можна вважати, що вектор Е '- це вектор електричного поля одного витка спіралі на її осі для струму I '(П†, z). При...
