Спиральные антенны

Рис.4.1.2. Диаграммы направленности азимутальных пространственных гармоник.

Рис.4.1.3. Поляризационные характеристики азимутальных пространственных гармоник.

Ранее отмечалось, что в областях резонанса пространственных гармоник фазовая скорость близка к значению ±с, поэтому множитель системы fc(&#

952;) имеет главный максимум направлении оси симметрии(в направлении θ=0, π). Излучение главным максимумом направлении θ=0 называется прямым осевымв направлении θ=π - обратным осевым. В первом случае направление главного максимума диаграммы направленности и направление осевой составляющей υф волны тока в проводе спирали совпадают, во втором случаепротивоположны. Для плоских спиралей практически fc(θ)≈1. Для цилиндрических регулярных спиралей множитель системы приближенно может быть рассчитан по формуле, получение для антенны бегущей волны:

fc(θ) ≈ (sinψ/ψ) e-ίψ, (4.1.17)

где ψ ≈ (1-cosθ) κLz/2 – фаза на сфере, описанной относительно начала спирали; Lz – длина спирали вдоль ее оси.

Формулой (4.1.17) можно пользоваться для грубой оценки множителя системы и коническойспирали. В этом случае Lz – осевая длина зоны, в пределах которой интенсивно излучается рассматриваемая резонирующая гармоника.

Из (4.1.15) и (4.1.16) следует выражение для поляризационной характеристики ν-й пространственной гармоники (зависимости коэффициента поляризации р от угла θ):

P(θ)≈(4.1.18)

Зависимость р(θ) для различных гармоник показана на рис. 4.1.4.

Рис.4.1.4. Точка возбуждения многозаходной спиральной антенны.

Зависимость фазы в дальней зоне от углов θ, φ (фазовая характеристика) в соответствии с выражениями (4.1.15), (4.1.16) и (4.1.17) в плоскости φ = const определяется функцией ψ(θ), а на поверхности θ = const — функцией νφ.

Из выражений (4.1.15) — (4.1.18) и приведенных графиков следует, что режим прямого (или обратного) осевого излученияобусловлен излучением первой азимутальной пространственнойгармоники (ν=±l). Причем при ν=lполяризация в направлении оси — правая круговая, при ν= — 1 — левая круговая. Все другие пространственные гармоники не обеспечивают режима осевого излучения.

Если гармоники с ν=±l имеют одинаковые амплитуды, поле в направлении оси спирали поляризовано линейно. Очевидно, получение чисто круговой поляризации возможно в том случае, когда возбуждение гармоники с ν=l (или ν= — 1) исключает возбуждение гармоники с ν=- 1 (или ν=l). С этой точки зрения, в одно- и двухзаходныхспиралях в принципе невозможно получить круговую поляризацию в направлении оси, так как гармоники с ν=±lвходят в одну и ту же нормальную волну. При М>2 гармоники с ν=±lвходят, как это следует из (4.1.12), в нормальные волны с q1= 1 и q2= М—1, не связанные между собой граничными условиями. Поэтому в таких антеннах поляризация поля излучения в направлении оси z (оси спирали) может быть круговой правой при возбуждении симметричных точек токами

Ј1+=J1+exp[ ί2πq1( l-1)/M]= Ј1+exp[ί2π(l-1)/M] (4.1.19)

и круговой левой при возбуждении симметричных точек токами

Ј1-=J1-exp[ ί2πq2( l-1)/M]= Ј1-exp[ί2π(l-1)/M] (4.1.20)

В спирали с односторонней намоткой при Ј1+= Ј1- амплитуды гармоник с ν=±l различны. Так, в спирали с правовинтовой намоткой заходов амплитуда гармоники с ν=l существенно превышает амплитуду гармоники с ν = — 1; в спирали с левовинтовой намоткой заходов — наоборот. Вследствие этого в таких спиралях управление поляризацией излучения невозможно.

Если из каждой симметричной точки начинаются симметрично правый и левый заходы, то при Ј1+= Ј1- амплитуды гармоник с ν = ± 1 будут одинаковыми. В такой спирали, называемой ниже спиралью с двусторонней намоткой, возможно управление поляризацией излучения, если М>2. В частности, в направлении оси z поляризация линейна при Ј1+= Ј1-, правая эллиптическая - при Ј1+> Ј1-, левая эллиптическая - при Ј1+< Ј1-, круговая— при Ј1+=0 (Ј1- =0).

4.2 Расчет диаграммы направленности плоской спиральной антенны

Диаграммы направленности плоских спиральных антенн могут быть рассчитаны по следующим формулам:

, (4.2.1)

, (4.2.2)

где - электрический периметр активной области рабочей волны Тn; Jn(x), J'n(x)—функция Бесселя n-го порядка и ее производная по аргументу.

Произведем расчет диаграмм направленности по формулам (4.2.1),(4.2.2), при ка=1,5; ка=2; ка=3; ка=3,5.

При расчете используется приложение Mathcad 12.

Расчеты диаграмм направленности сведены в таблицы 1 и 2.

По расчётам построены диаграммы направленности рис.(4.2.1-4.2.9)

Выводы

Для расчета характеристик и параметров спиральной антенны мы использовали знание фазовой скорости волны тока распространяющейся вдоль спирали; только зная эту величину мы произвели расчет характеристик направленности, коэффициента направленного действия, фазовых характеристик, поляризационных характеристик и входного сопротивления СА.

антенна спираль волна сотовый телефон

Литература

1. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. "Связьиздат" (переизданное), М. 2007.700 с.

2. Лавров А. С. Антенно-фидерные устройства. "Рос техн", М., 2003,368 с.

3. Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. В 2-х ч. Ч.2. Антенны - М.: Радио и связь, 2005-293с.

Размещено на Allbest.ru

 Скачать реферат