Расчёт поля излучения спиральной антенны

Полагая для приближённого анализа, что амплитуда бегущей волны вдоль провода спирали не меняется, ДН спиральной антенны можно представить произведением ДН одиночного витка на множитель решётки.

В области малых значений угла θ выражение для ДН одиночного витка с бегущей волной можно приближённо записать в виде:

F1θ(θ) ≈ cos(θ) (1)

F1φ(θ) ≈ cos(θ), (2)

где F1θ(θ) - нормированная ДН меридиональной составляющей поля;

F1φ(θ) - нормированная ДН азимутальной составляющей поля.

Из формул (1), (2) видно, что одиночный виток характеризуется слабой направленностью и концентрация излучаемой энергии вдоль оси спирали получается, очевидно, за счёт близкого к синфазному сложения полей витков в этом направлении.

Поэтому можно считать, что ДН спирали определяется множителем решётки

(3)

где n - число витков;

S - расстояние между соседними витками;

θ - угол, отсчитываемый от оси спирали;

ψ - сдвиг по фазе между точками в соседних витках.

В режиме осевого излучения сложение полей отдельных витков в направлении оси спирали должно быть близким к синфазному. Для того чтобы это могло иметь место, ток в каждом последующем витке должен отставать по фазе от тока в предыдущем на угол:

Ψ = (2∙π/λ)∙S + 2∙π (4)

Сдвиг по фазе между токами в соседних витках можно представить формулой

Ψ = (2∙π/λсп)∙L, (5)

где λсп - длина волны в проводе спирали.

Приравнивая выражения (4) и (5), получим условие синфазного сложения полей вдоль оси спирали в виде

S/λ + 1 = L/λсп, (6)

откуда= (S+λ)/ξ, (7)

где ξ = λ/λсп - коэффициент укорочения волны.

Так как в цилиндрических спиральных антеннах ξ имеет значение от 1 до 1,4, то длина витка L в режиме осевого излучения должна быть примерно равной длине волны λ.

С учётом (5) и (7) формулу (3) можно привести к виду

(8)

Тогда ДН спиральной антенны, равная произведению ДН одиночного витка на множитель решётки определится выражением

(9)

Для расчёта других электрических параметров рекомендуется пользоваться формулами, полученными в результате экспериментов

, (10)

где 2θ0.5 - ширина ДН антенны по уровню половинной мощности, в град.

(11)

Rвх ≈ 140∙L/λ, (12)

где Rвх - входное сопротивление антенны.

Формулы (8) - (11) справедливы, если число витков n > 3, углы подъёма спиралей α лежат в пределах от 12 до 16º, а L/λ меняется от 0.75 до 1,3.

Прочтите также:

Моделирование схемы усилителя НЧ на МДП-транзисторах
Номинальная выходная мощность, Вт на нагрузке сопротивлением 8 Ом.………………35 Номинальный диапазон частот, Гц при неравномерности АЧХ не более 0,5 дБ……………………. 20 - 2000 Коэ ...

Трансформатор питания
Трансформаторы являются наиболее широко используемыми элементами в различной аппаратуре. Трансформаторы питания преобразуют переменное напряжение первичного источника в любые другие з ...

Расчет параметров антенны базовой станции мобильной сети стандарта DCS-1800
Сравнительно недавно человечество шагнуло в новое тысячелетие. Вместе с течением времени изменяются и взгляды, приоритеты, образ мышления и образ жизни людей. В нашу жизнь стремительно ...