тор для спіральної антени:
а - поздовжній розріз; б - поперечний розріз
На рис.10 наведена залежність хвильового опору Z концентричній лінії з повітряною ізоляцією від ставлення діаметрів зовнішньої жили до внутрішньої. Графіки дозволяють по відомим опору визначити діаметри жив четвертьволнового коаксіального трансформатора, необхідного для узгодження фідера з антеною.
Зв'язок хвильового опору коаксіальної лінії з діаметрами жив також можна описати за допомогою співвідношення:
(10)
Розрахунок антени
Розрахуємо передавальну спіральну антену, що працює на частоті 600 МГц, з 6-ма витками і коефіцієнтом укорочення хвилі, рівним 1,2.
Визначимо геометричні розміри спіралі.
Відповідно до формули (1) діаметр спіральної антени визначається наступним чином:. Периметр спіралі пов'язаний з діаметром антени наступним співвідношенням:. Довжина витка спіралі може бути визначена по теоремі Піфагора з розгортки спіралі:
, де крок. Отже, довжина витка спіралі дорівнює.
Кут підйому спіралі пов'язаний з довжиною витка і кроком спіралі співвідношенням і дорівнює. Як було сказано вище, при такому куті підйому антена має оптимальні електричні параметри.
Довжину хвилі у вільному просторі визначає швидкість світла і частота. Частоті відповідає довжина хвилі, яка приблизно дорівнює довжині витка спіральної антени. Відповідність цих двох параметрів є умовою отримання кругової поляризації спіральної антени.
Діаметр провідника спіралі визначається співвідношенням і дорівнює. Отже, для виготовлення антени підходить дюралевий прут, звичайно застосовуваний для громовідводів, так як він має такий же діаметр і легко піддається обробці. Можна також застосувати, наприклад, мідну трубку, оскільки в спіральній антені поширюються поверхневі хвилі. Довжина всієї антени.
Для зменшення випромінювання антени в заднє півпростірвикористовується рефлектор, діаметр якого дорівнює подвоєному значення діаметра витка спіралі, тобто. Відбивач спіральної антени для УКХ діапазону зображений на рис.4. Відстань між ним і спіраллю визначається співвідношенням (2) і одно.
Електричні параметри спіральної антени
На рис.11 наведена діаграма спрямованості, яка описується виразом (3). З малюнка випливає, що випромінювання антени направлено уздовж осі спіралі і випромінювання в заднє півпростір практично відсутня. За графіком можна визначити ширину головного пелюстка по половинній потужності, яка дорівнює. Її значення також можна отримати із наближеної формули (4), виведеної Краусом. Воно рано. Вираз (4) виконується, якщо коефіцієнт укорочення хвилі дорівнює, кут підйому спіралі лежить в межах і кількість витків спіралі більше, але в цьому випадку (коли) збільшується випромінювання в заднє півпростір (рис.12).
Рис.11. Діаграма спрямованості при?=1,2. Рис.12. Діаграма спрямованості при?=1,4.
Коефіцієнт посилення і коефіцієнт спрямованої дії розраховуються за формулами (5) і (6), і дорівнюють відповідно і. Вони пов'язані між собою співвідношенням:
(11)
звідки.
Поляризація спіральної антени вважається кругової, хоча насправді вона є еліптичної. Ставлення великої осі еліпса до малої дуже близько до одиниці і дорівнює.
Узгодження антени з лінією передачі.
Вхідний опір спіральної антени розраховується за формулою (8). Його величина становить. Оскільки довжина витка спіралі відповідає довжині хвилі у вільному просторі, то вхідний опір залишається постійним в широкому діапазоні частот.
Для узгодження антени з - омним коаксіальним кабелем застосовується четвертьволновой узгоджувальний трансформатор, хвильовий опір якого визначається виразом (9). отримуємо рівним.
Визначимо діаметри жив коаксіальногокабелю і узгоджувального трансформатора. Для простоти приймемо, що внутрішня жила коаксіальногокабелю служить внутрішнім провідником трансформатора, і діаметр її дорівнює. З рис.10 визначимо відносини для відомого хвильових опору четвертьволнового трансформатора:
для круглої зовнішньої жили маємо:;
для прямокутного зовнішнього провідника -;
для коаксіального кабелю -.
Підставивши потрібні величини, отримуємо: (діаметр обплетення коаксіального кабелю); і (діаметр круглого і прямокутного коаксіального узгоджувального трансформатора відповідно).
. Рис.13. Схема спіральної антени
Рис.14. Схема узгоджувального четвертьволнового трансформатора.
Список літератури
Юрцев О.А., Рунов А.В., Казарін А.Н. Спіральні антени.- М., Рад. радіо, 1974. - 224с.
Ротхаммель К. Антени: Пер. з нім.- 3-вид. доп.- М ...
