ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ШИРОКОПОЛОСНОЙ АНТЕННЫ С ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ НА ОСНОВЕ КОНИЧЕСКОГО СПИРАЛЬНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ

June 23, 2012 by admin Комментировать »

Проценко М. Б., Лукьянчиков А. В., Исаенко А. И., Редин М. И. Севастопольский национальный технический университет Стрелецкая бухта, Студгородок, Севастополь 99053, Украина тел: +380(692)235-152, e-mail: rt.sevgtu@stel.sebastopol.ua

Аннотация Рассмотрен принцип построения широкополосной антенны с вращающейся поляризацией на основе конического спирального излучателя с использованием модели токовых колец с бегущей волной тока. Представлены результаты математического моделирования и эксперимента.

I.    Введение

В современных системах связи наряду со слабонаправленными используются также ненаправленные антенны с вращающейся поляризацией излучения, применение которых в подвижных радиосистемах позволяют увеличить вероятность связи [1].

Одним из типов таких антенн являются конические спиральные излучатели (КСИ). Однако из-за большого количества геометрических параметров исследование КСИ с целью построения широкополосных антенн с вращающейся поляризацией, затруднено. Для упрощения анализа предполагают [2], что основной вклад при формировании поля излучения КСИ в дальней зоне, вносят два рядом стоящих витка, геометрический размер которых имеет резонанс на данной частоте. Формирование необходимых диаграмм направленности (ДН) осуществляется, как правило, изменением фазовых соотношений возбуждающих потенциалов данных витков. Использование же излучателей вращающейся поляризации, пространственное сложение полей этих излучателей, позволяет расширить возможности управления как параметрами ДН, так и поляризацией поля излучения антенной системы в целом.

Рис. 1. Гзометрия конического спирального излучателя (КСИ)(а) и его эквивалентное представление набором соосных токовых колец (б)

Fig. 1. Geometry of conical spiral radiator (CSR) (a) and its equivalent representation as the set of coaxial current rings (b)

Данная работа посвящена разработке принципа построения широкополосной антенны с вращающейся поляризацией с использованием описанной выше модели.

II.  Основная часть

Для анализа КСИ (рис 1а) положим, что. основной вклад при формировании поля излучения в дальней зоне, вносит активная зона, которую можно представить в виде двух близко расположенных витков. Тогда КСИ можно представить как набор токовых колец, расположенных соосно на расстоянии d

друг от друга.

Геометрия такой антенной системы изображена на рис. 16 и определяется: габаритными радиусами

круглых излучателей, соответственно ai l и ai;

расстоянием между излучателями dt; углом поворота излучателей относительно точки возбуждения вокруг их оси, соответственно у/ и у/..

Для анализа характеристик излучения воспользуемся методом векторного потенциала, согласно которого для линейных и круговых компонент поля антенной системы запишем:

x(aj;y(aj, dx[a),dy[a) координаты токовых колец и их производные; Eq множитель, характеризующий сферический фронт волны в дальней зоне антенной системы; In(a)амплитудно-фазовое распределение токов; кволновое число свободного пространства; да . J = -1 \mt = 1 ■

На основании представленных выражений (1) –

(3)   произведено численное моделирование поля излучения, включая определение направленных и поляризационных характеристик, как системы из набора токовых колец с заданными габаритными размерами, так и двухзаходного КСИ. На рис.2,6 представлена ДН антенной системы, возбуждаемой равноамплитудно, при фиксированном расстояния между

рамками kdt и углом поворота рамок друг относительно друга у/. = у/ —у/г А на рис.2,а представлены аналогичные ДН для двухзаходного КСИ [3]. В этом случае ДН получены для токового распределе-

Fig. 2.Far field radiation pattern of a bilifar CSR (a) and two-element array of frames (b)

ния, которое определено с помощью обобщенного метода наводимых ЭДС.

Поляризация излучения для токовых колец сохраняется вращающейся, а для КСИ, возможно также ее изменение от линейной до круговой, что определяется степенью взаимодействия излучателей. Согласно приведённым зависимостям видно, что полученные характеристики достаточно близки. Это позволяет говорить об адекватности выбранной модели для выбора геометрических параметров при построении широкополосной антенны с вращающейся поляризацией на основе КСИ.

III.  Заключение

В докладе представлены и обсуждаются результаты экспериментальных исследований характеристик излучения двухзаходной конической спиральной антенны в широкой полосе частот.

IV.  Список литературы

[1]  Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны: Учеб. Для радиотехнич. спец. вузов. 2-е, перераб. и доп. Энергия Москва, 1975. 528 с.

[2]  Жук М. С., Молочков Ю. Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. М.: Энергия, 1973. 440 с.

[3]  Проценко М. Б., Лукьянчиков А. В. Анализ геометрии коническо-эллиптических спиральных антенн./ Вестник СевГТУ. Вып. 32: Информатика, электроника, связь:

Сб. науч. тр. Севастополь, гос. тех. ун-т.

-Севастополь, 2001. с. 71-76.

THE DESIGN PRINCIPLE OF THE WIDE BAND ANTENNA WITH ELLIPTICAL POLARIZATION BASED ON THE OF CONICAL SPIRAL RADIATOR

Рис. 2. Диаграмма направленности двухзаходного КСИ (а) и двухэлементной решётки из рамок (б)

Protsenko M.B., Lukyanchikov A.V.,

Isaenko A. I., Redin М. I.

Sevastopol National Technical University Streletskaya bukhta, UA-Sevastopol-99053, Ukraine phone: +380(692)235-152 e-mail: rt. sevgtu@stel. sebastopol. ua

Abstract The design principle is considered for the wide band antenna with rotating polarization, based on conical spiral radiator and represented as traveling wave current loops model. The results of mathematical modeling and experiment are presented in the paper.

I.  Introduction

In parallel with near-omnidirectional antennas modern communication systems also use the omnidirectional antennas with elliptical polarization, that can increase communication stability [1].

One of these antenna types is the conical spiral radiator (CSR). However, investigation of such antennas is difficult due to big number of their geometrical parameters. To simplify the analysis it is usually supposed [2] that the main contribution to the far field antenna radiation is introduced by two nearest turns with resonant geometry at a given frequency.

The goal of the paper is the development of design principle for wide band antenna with elliptical polarization on the basis on the above-mentioned model.

II.  Main part

To analyze the CSR in Fig.1,a it is reasonable to suppose that the main contribution in antenna far field is made by antenna active area consisting of two adjacent turns. Then, the CSR can be represented as coaxial set of wire rings with radiating currents and spacing d.

The geometry of antenna system under study is shown in Fig.1 ,b and is characterized by overall radii щ., and au of ring radiators, spacing d between radiators and by their turning angles and \|/z about the excitation points, correspondingly.

Using expressions (1)-(3) the numerical calculations of radiation far field is made including also the calculation of directional and polarization antenna characteristics. The CSR model was used for two cases: 1) the coaxial set of wire rings with the given geometry and 2) the bilifar helix.

Fig.2,b shows the far field radiation pattern of the CSR antenna system calculated for the first case model with equiamplitude excitation and fixed quantities of electrical spacing

kdi between coils and rotation angle ч, = Ч,;-1 _4,! °f co‘lsAnd

Fig.2,a shows the same but for the second case model. In the later case far field radiation patterns are obtained for current distribution, defined by generalized principle of the induced electromotive forces.

It is evident from Fig.2,a and Fig.2,b, that polarization of the turns with current is preserved rotating, whereas in CSR it may change from linear to circular, depending on coupling level of radiators. According to the dependencies showed, it may be seen that characteristics obtained are rather similar. The latter says about the adequacy of the model chosen for calculation the geometrical parameters of the wide band CSR antenna with rotating polarization.

III. Conclusion

Results of numerical calculation and experimental study of radiation far field are presented for CSR antenna system with both fixed electrical spacing between coils and bilifar helix in a wide frequency band are presented in the paper.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты