Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны



На правах рукописи


Маркина Юлия Ивановна


СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЕ Измененные СПИРАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ


Специальность 05.12.07 «Антенны, СВЧ устройства и их технологии»


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Таганрог-2012

Работа выполнена на кафедре Антенн и радиопередающих устройств Радиотехнического факультета

ФГАОУ ВПО Южного Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны Федерального Института


Научный управляющий:

доктор технических наук, доцент Семенихина Диана Викторовна

(Южный федеральный институт, каф. АиРПУ)


^ Официальные оппоненты:

Габриэльян Дмитрий Давидович,

доктор технических наук, доктор,

ФГУП «Федеральный научный производственный центр РНИИРС Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны», зам. начальника НТК по науке


Горин Алексей Михайлович

кандидат технических наук, доцент

ФГУП «Таганрогский научно-исследовательский институт связи», ведущий научный сотрудник


^ Ведущая организация:

ФГУП ГКБ аппаратно-программных систем «Связь»,

г. Ростов-на-Дону


Защита диссертации состоится 13 декабря Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны 2012 года в 1420, в ауд. Д-406 на заседании диссертационного совета Д 212.208.20 при Федеральном муниципальном автономном образовательном учреждении высшего проф образования «Южный федеральный университет» по адресу пер. Некрасовский, 44, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, 347928.


С диссертацией Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южного федерального института по адресу:

ул. Пушкинская, 148, г. Ростов-на-Дону, 344065.


Автореферат разослан 12 ноября 2012 года


Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.208.20,

к.т.н., доц. В.В Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны. Савельев

^ ОБЩАЯ Черта РАБОТЫ

Актуальность темы. На сегодня в почти всех системах пеленгования источников излучения, комплексах радиомониторинга и радионаблюдения широкая полоса их рабочих частот и прием сигналов с хоть какой линейной поляризацией обеспечиваются за счет Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны внедрения спиральных антенн. Посреди иных антенн спиральные антенны имеют больший потенциал для расширения полосы частот. Более современной и технологичной оказывается композиция разных типов спиралей.

Спиральные антенны, в отличие от большинства современных Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны антенн другого типа, являются менее изученными. Теоретические сведения о их ограничиваются качествами постоянных «бесконечных» Архимедовой и логарифмической спиралей. Более известными являются работы В. Рамзея и О.А Юрцева, А.В. Рунова, А Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны.Н. Казарина, которые содержат некие пояснения по теории нескончаемых постоянных спиралей. В то же время понятно, что спиральные антенны владеют большей широкополосностью и могут принимать волны случайной поляризации. Потому в диссертационной Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны работе ставится задачка исследования главных закономерностей излучения электрических волн конечными комбинированными спиральными антеннами с учетом воздействия их конструктивных и электродинамических характеристик (экрана, поглотителей, нагрузок, формы спиралей, тела вращения, на которое намотана спираль Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны). Задачка решается численно методом электродинамического моделирования. Проводится исследование и сравнительный анализ черт антенн, таких как широкополосность и сектор углов одновременного обзора. В работе показывается, что на базе выявленных закономерностей может быть построение приемных спиральных Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны антенн эллиптической поляризации, работающих в спектре частот от 0,8 до 25 ГГц (более 5 октав), и имеющих в этом спектре сектор углов одновременного обзора более ±57.

^ Цель диссертационной работы

Целью диссертационной работы является исследование способности получения Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны расширенного частотного спектра спиральных антенн с широким сектором углов одновременного обзора методом исследования моделей измененных спиральных антенн, анализа конечных спиральных структур и построения этих антенн на поверхностях тел вращения, оптимизации их Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны наполнения.

^ Объектом исследования являются измененные спиральные антенны, свойства их далеких и ближних полей.

Предмет диссертационной работы

В диссертационной работе проводится исследование конечных комбинированных спиралей, осуществляется анализ воздействия конструктивных и электродинамических характеристик на Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны свойства излучения, ведется разработка конструкций сверхширокополосных спиральных антенн, которые могут быть использованы на практике.

^ Задачками исследования в диссертационной работе являются:

- исследование конечных спиральных структур;

- разработка конструкций спиральных антенн;

-выявление главных закономерностей излучения конечных Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны комбинированных спиралей;

- моделирование антенн, анализ приобретенных черт моделей;

- изготовка опытнейшего эталона антенны и сопоставление черт, приобретенных при моделировании, с экспериментально приобретенными данными.

^ Научная новизна

1. На базе исследования измененных спиральных антенн показано, что комбинирование разных Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны типов спиралей позволяет расширить спектр рабочих частот антенны до 5…6 октав при секторе углов одновременного обзора, равном ±57. Расширения сектора углов обзора и спектра частот антенны можно достигнуть, выбирая угол конусности антенны Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны в границах 12°-15°, и угол намотки спирали на теле вращения, равный 2°, в антенне на усеченном конусе - 10°. Разработаны советы по выбору характеристик конструкции для заслуги требуемого спектра частот.

2. Произведен сравнительный анализ черт конечных комбинированных спиральных Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны антенн и спиральных структур, показанных в литературе. Выявлены различия черт нескончаемых структур, обрисованных ранее в литературе и конечных спиралей.

3. Разработана и исследована всасывающая структура для модифицированой спиральной антенны, которая также оказывает влияние на Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны диапазонность антенны. Найдено изменение черт спиральных антенн при изменении характеристик всасывающей структуры: аксиального дела от -15 дБ до -0,9 дБ и ширины сектора углов одновременного обзора от ±57° до ±83° на частоте 800 МГц.

^ Практическая значимость

1. При Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны расчетах конечных спиралей могут быть применены установленные закономерности их излучения: доказано наличие дисперсии в конечной спирали, установлено, что периметр резонансного витка в конечной антенне не соответствует на теоретическом уровне рассчитанному периметру резонансного Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны витка нескончаемой структуры, рекомендованы углы намотки спиралей и углы конусности антенны.

2. В работе даны советы по выбору характеристик всасывающей структуры антенны. Отысканные зависимости коэффициента отражения от частоты для разных всасывающих структур Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны могут быть применены при проектировании сверхширокополосных измененных спиральных антенн.

Результаты диссертационной работы применены на предприятии ФГУП «КНИРТИ» в рамках научно-исследовательской работы «Запарка» при разработке конструкции сверхширокополосной спиральной антенны.

Материалы работы Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны применены в проекте «Создание сверхтехнологичного производства по изготовлению информационно-телекоммуникационных комплексов спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS/Galileo», выполняемого по постановлению правительства РФ №218.

Способы исследования. Для решения намеченных целей в диссертации применяется способ электродинамического Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны моделирования, лежащий в базе пакета HFSS v.10, и способ моментов, являющийся главным в пакете FEKO v. 5.2.

Достоверность приобретенных результатов

Достоверность результатов моделирования антенн подтверждается совпадением черт смоделированных антенн в пакетах САПР СВЧ HFSS v.10 и FEKO Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны v. 5.2.

Достоверность расчетов также подтверждается проведенными измерениями опытнейшего эталона антенны и сопоставлением измеренных черт с данными, приобретенными при математическом моделировании.

^ Апробация диссертационной работы

Главные результаты работы докладывались и дискуссировались на Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны 2 интернациональных (интернациональная научная конференция «Излучение и рассеяние электрических волн», Дивноморское, 2011, интернациональная научно-техническая и научно-методическая интернет-конференция в режиме offline «Проблемы современной системотехники», Таганрог, 2009) и 3 всероссийских конференциях, также конференциях профессорско-преподавательского состава кафедры Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны Антенн и Радиопередающих устройств Технологического института Южного Федерального института 2008-2011 гг.

Публикации

По материалам истинной диссертационной работы размещено 6 статей, из их три статьи в журнальчиках и сборниках, утвержденных ВАК (одна статья в журнальчике «Антенны», одна Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны – в журнальчике «Известия ЮФУ. Технические науки», одна – в журнальчике «Инженерный вестник Дона»).

^ Положения, выносимые на защиту:

- электродинамические модели комбинированных спиральных антенн, обеспечивающих работу в спектре частот 700МГц-25ГГц в секторе углов одновременного Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны обзора ±57°;

- результаты измерений черт опытнейшего эталона спиральной антенны.

^ Личный вклад создателя. Создателю принадлежит: анализ спиральных антенн и их моделей; исследование комбинированных спиральных антенн, количественные и высококачественные оценки достижимых черт спиральных антенн, приобретенные исходя Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны из результатов работы; формулировка выводов и положений, выносимых на защиту.

^ Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, четыре раздела основной работы и заключение. Работа содержит 140 с., в том числе 128 с. основного текста Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны, 128 рисунков, перечень литературы из 51 наименования использованных источников на 6 с.

^ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во внедрении обусловлена актуальность исследования, сформулированы главные цели и задачки работы, обозначены положения, выносимые на защиту.

^ 1-ый раздел

В первом разделе Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны работы проведен обзор типов антенн, используемых в системах мониторинга на предприятиях как самостоятельные антенны либо в составе антенных систем для пеленгования сигналов. Осуществлена оценка полосы частот, в какой работают те либо другие типы антенн, также Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны сектор углов обзора, в каком антенны принимают сигналы.

Также рассмотрены методы расширения частотного спектра антенн и принципы построения частотно-независимых антенн, так как конкретно такие антенны могут работать в Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны спектре частот с перекрытием от 2…4 до 5…6 октав.

Описаны методы реализации однонаправленного излучения спиральных антенн. Рассмотрены типы поглотителей и экранирующих материалов. В итоге анализа изготовлены выводы, что имеющиеся типы спиральных антенн или недостаточно Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны широкополосны, как, к примеру, модулированные и зигзагообразные спиральные антенны, или, как синусоидальные антенны, источают поле линейной поляризации, или, при комбинировании плоских логарифмической и синусоидальной спиралей, имеют сравнимо маленький сектор углов одновременного обзора. Исходя из этого Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны, в диссертационной работе сформулированы последующие задачки:

- выстроить модели конечных двухзаходных спиральных структур с комбинированными спиралями;

- выявить главные закономерности заслуги всепостоянства их черт с конфигурацией частоты и расширения их частотных диапазонов и Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны секторов углов одновременного обзора;

- спроектировать всасывающие слои, для того чтоб обеспечить однонаправленное излучение антенны;

- на базе выявленных закономерностей спроектировать спиральные антенны радиальный поляризации, отличающиеся от узнаваемых огромным спектром частот и сектором одновременного Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны обзора, чем известные антенны.

^ 2-ой раздел диссертационной работы посвящен разработке и моделированию конструкций спиральных антенн.

Проведенный обзор и анализ типов антенн показал, что большей широкополосностью владеют спиральные антенны, а композиция разных Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны типов спиралей позволяет достигнуть расширения спектра частот антенны.

Для проектирования широкополосной антенны была выбрана конструкция спиральной антенны, включающая комбинированную двухзаходную архимедову, логарифмическую и коническую равноугольные спирали. Архимедова спираль обеспечивает работу антенны на Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны верхних частотах спектра, логарифмическая и коническая спирали нужны для работы антенны на средних и нижних частотах.

Для того чтоб выполнить моделирование антенны, проведено математическое описание веток спиралей в декартовой и сферической Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны системах координат.

Габаритные размеры антенны выбраны с учетом данного частотного спектра (от 700 МГц до 25 ГГц) с возможностью расширения этой полосы. Для того чтоб понизить габариты антенны, решено плоскую часть спиральной антенны скооперировать с Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны усеченной конической антенной (набросок 1).




а) б)

Набросок 1 – Конструкция антенны; а) внутреннее устройство; б) вид сверху:

1 - диэлектрический конус, 2 – спираль, 3 - слой радиопоглощающего материала (РПМ), 4 – слой диэлектрика, 5 – железный экран;


Снутри конструкции размещается цилиндр из диэлектрика, через Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны который прокладывается кабель к основаниям веток спирали.

Для поглощения волны поверхностного тока, отраженной от концов спиралей, в конструкцию антенны включены согласованные нагрузки на концах спирали.

Принципиальной частью проектирования антенны является выбор её режима Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны питания. В процессе анализа предпочтение отдано противофазному режиму, при котором на ветки спирали поступают токи с обратными фазами. Этот метод подключения обеспечивает осевой режим излучения, при котором диаграмма направленности Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны антенны имеет максимум, расположенный на оси антенны. «Отсечка токов» в противофазном режиме работы наблюдается на витках, периметр которых больше длины волны.

Для обеспечения режима бегущей волны и однонаправленного излучения антенны разрабатываются и Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны рассчитываются поглотители, состоящие из однородных слоев диэлектрических и всасывающих материалов и железного экрана. На базе имеющегося решения задачки об отражении электрических волн (ЭМВ) от плоских однородных слоев (в приближении нескончаемой структуры), с помощью пакета MathCAD Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны зависимо от толщин, электродинамических характеристик и количества слоев N рассчитываются коэффициенты отражения поглотителя. Исследуются частотные свойства всасывающих структур, включающих различное количество слоев при обычном падении волны. В итоге отбираются структуры Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны поглотителей с минимальным коэффициентом отражения в данном спектре частот.

1-ый вид всасывающей структуры. Нижний слой структуры –радиопоглощающий материал марки ПМ-24, толщина которого по технологии производства равна 6,2 мм. Диэлектрическая проницаемость материала , магнитная проницаемость , где - тангенс Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны угла диэлектрических утрат, - тангенс угла магнитных утрат.

Последующие 6 слоев составляют диэлектрики. Диэлектрические проницаемости слоев ε равны 2,95; 2,53; 2,13; 1,78; 1,51; 1,3. Толщины диэлектрических слоев растут с каждым следующим слоем и равны 4,4 мм, 4,7 мм, 5,1 мм, 5,6 мм; 6,1 мм, 6,5 мм Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны.

2-ой вид всасывающей структуры. Структура состоит из восьми чередующихся слоев радиопоглощающего материала и диэлектрических слоев. Радиопоглощающий материал марки ПМ-24, толщина слоев 6,2 и 12,4 мм (1-ый и последний слой). Диэлектрические слои имеют проницаемость Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны ε= 2,95. Толщина слоев составляет 2,2 мм.

3-ий вид всасывающей структуры. Структура состоит из 6 слоев. Три слоя радиопоглощающего материала марки ПМ-24 шириной 6,2 мм чередуются с 3-мя слоями диэлектрика шириной 5 мм и проницаемостью 2,95.

На графике коэффициента Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны отражения для третьей структуры (набросок 2) видно, что на нижних частотах (до 2 ГГц) коэффициент отражения варьируется от минус 8 дБ до минус 24 дБ, а с ростом частоты становится равным -10 дБ при любом количестве слоев Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны, не считая 4 и 6. Повышение количества слоев до 6 позволяет уменьшить скачки на нижних частотах и получить провал коэффициента отражения до минус 14 дБ на частотах 15-16 ГГц (набросок 2, а).




а) б)

Набросок 2 – ЧХ коэффициента отражения Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны для третьего вида всасывающей структуры при четном (а) и нечетном (б) количестве слоев;

на рис: 2 (а): от 2-ух слоев (пунктирная линия), от 4 слоев (штрихпунктирная линия), от 6 слоев (сплошная линия);

на рис Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны. 2 (б): от 1-го слоя (штрихпунктирная линия), от 3-х слоев (пунктирная линия), от 5 слоев (сплошная линия)


Таким макаром, коэффициент отражения для 6 слоев оказывается минимальным в данном спектре частот.

Для того чтоб избежать огромных Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны погрешностей в расчетах при практической реализации антенны, нужно получить сведения об излучении конечных спиральных структур. Это может быть благодаря современным САПР, позволяющим проводить электродинамический анализ устройств СВЧ при помощи прямых и непрямых Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны математических способов. Одной из таких САПР является пакет программ High Frequency Structure Simulator (HFSS). Для решения уравнений электродинамики в HFSS употребляется один из прямых математических способов – способ конечных частей (Finite Element Method). Этот способ применяется Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны для решения как трехмерных, так и двумерных задач.

Дальше показаны этапы разработки ^ HFSS-моделей спиральных антенн, отличающиеся углом намотки спирали и телом вращения, на которое она намотана.

3-ий раздел

Для оценки черт Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны смоделированной антенны в 3-ем разделе решены последующие задачки:

- проведено исследование антенны как замедляющей системы;

- изучены свойства антенн с разным углом конусности антенны, углом намотки спиралей;

- проанализировано воздействие всасывающих и Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны диэлектрических слоев на широкополосность антенны;

- изучены свойства антенн при изменении величины сопротивлений на концах спиралей;

- проведен анализ черт антенны на разных телах вращения;

Основой для проектирования спиральной антенны в приближении нескончаемых спиралей являются исследования спирали Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны как замедляющей системы, в итоге которых получены дисперсионные уравнения в замкнутой форме. Подобные уравнения для конечных спиралей неопознаны.

В разделе проведен расчет и построены зависимости коэффициента замедления фазовой скорости поверхностной волны тока Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны от частоты в одной из рассматриваемых моделей антенн.

Для расчета дисперсионной свойства была выбрана модель антенны на усеченном конусе (см. набросок 1).

Вычисление коэффициента замедления проведено по фазовой характеристике, рассчитанной для плоской части Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны конуса антенны. На рисунке 6, а показаны свойства для частот 1 ГГц, 1.2 ГГц, 1.4 ГГц, 1.6 ГГц, 1.8 ГГц, 2 ГГц, график приобретенного коэффициента замедления фазовой скорости представлен на рисунке 3, б.




а) б)

Набросок 3 – Фазовая (а Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны) и дисперсионная (б) свойства антенны


Из дисперсионной свойства видно, что в полосе частот от 1 ГГц до 2 ГГц коэффициент замедления изменяется от 1,22 до 1,5 зависимо от частоты.

Для того чтоб проверить теорию резонансного витка Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны в спиральной антенне, построена картина поверхностного тока на частотах 2 ГГц, 4 ГГц и 6 ГГц. Исследование показало, что периметры резонансного витка в конечной антенне и нескончаемой спирали не совпадают. Результаты различаются из-за Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны разных фазовых соотношений для поверхностных токов. Этот фактор может сыграть не последнюю роль при разработке маленькой антенны. Таким макаром, радиус конечной антенны можно выбирать меньше вычисляемого радиуса витка на нижней частоте спектра .

Понятно, что Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны симметричной диаграммы направленности, также расширения частотного спектра антенны можно достигнуть, изменяя угол конусности спиральной антенны. В литературе представлены теоретические данные об анализе диаграмм направленности эквиугольных нескончаемых антенн с углами конусности Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны 9°-12°. Также рассмотрены диаграммы направленности антенн с углами конусности более 20°, которые демонстрируют, что повышение угла конусности приводит к расширению диаграммы направленности и уменьшению излучения в нижнюю полуплоскость антенны. С целью получения подобных результатов проведены расчеты Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны конечных антенн с углами конусности, обозначенными в литературе.

В работе рассмотрены главные свойства спиральной антенны при изменении угла конусности от 10° до 25°. Расчеты произведены в частотном спектре от 800 МГц до 25 ГГц Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны.

Расчеты проявили, что с уменьшением угла конусности антенны на частоте 800 МГц растет коэффициент усиления и расширяется сектор углов обзора. Самый высочайший коэффициент усиления наблюдается при угле конусности 11°, но в данном случае сужается Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны сектор углов обзора до ±50°. Самый широкий сектор углов обзора наблюдается при угле конусности 17°. Оценка направленных и поляризационных параметров указывает, что антенна с углом конусности 12° превосходит по совокупы черт другие антенны: сектор углов обзора Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны равен ±55°, коэффициент усиления в зените минус 7,2 дБ. Таким макаром, на частоте 800 МГц предпочтительна антенна с углом конусности 12°.

На частоте 25 ГГц в антенне с углом конусности 10° наблюдается самый широкий сектор углов одновременного обзора ±42°, коэффициент усиления Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны в зените в данном случае составил 8,55 дБ.

При разработке широкополосной антенны нужно выбирать таковой угол конусности, при котором наблюдается малозначительное изменение черт во всем спектре частот. Исследование показало, что свойства антенны Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны с углом конусности 15° не много изменяются с конфигурацией частоты по сопоставлению со всеми исследуемыми антеннами. Сектор углов обзора антенны в исследуемом спектре частот более ±38° с поглотителем третьего вида, а значение Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны коэффициента усиления лежит в границах от -8 дБ до 10 дБ. Представленная выше оценка черт антенн с разными углами конусности может быть полезна разработчикам.

Исследование воздействия отражающего экрана и всасывающих слоев на свойства антенны на разных Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны частотах ориентировано на исследование способности расширения частотного спектра антенны зависимо от количества, толщины и электродинамических характеристик слоев, также дает возможность сопоставить теоретические результаты, известные для безграничных антенн, с рассчитанными чертами Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны конечной антенны.

Рассмотрены модели спиральной антенны на усеченном конусе без отражающего экрана; с экраном; с экраном и радиопоглощающим слоем; с экраном, 3-мя радиопоглощающими слоями и 3-мя слоями диэлектрического материала, которые находятся меж слоями радиопоглощающего материала Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны. Расчеты проведены на частоте 800 МГц. Сектор углов одновременного обзора оценивается по уровню 5 дБ аксиального дела. Некие результаты расчетов показаны на рисунках 4 и 5.




а) б)

Набросок 4 – Свойства антенны с экраном (сплошные полосы Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны) и без экрана (пунктирные полосы): а) коэффициент усиления, б) аксиальное отношение




а) б)

Набросок 5 – Диаграммы КУ (а) и аксиального дела (б), рассчитанные для углов наблюдения =0, 30, 60, 90, 120, 150:

сплошные полосы – для антенны с экраном и одним Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны слоем РПМ;

точечные полосы – для антенны с экраном;

полосы с длинноватыми штрихами – для антенны с экраном, 2-мя слоями РПМ и одним слоем диэлектрика;

пунктирная линия – для антенны с экраном, 3-мя слоями РПМ Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны и 3-мя слоями диэлектрика


На нижних частотах спектра (в этом случае частота 800 МГц) антенна без экрана и всасывающих слоев не может применяться на практике ввиду высочайшего аксиального дела и очень низкого коэффициента Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны усиления.

В антенне с экраном с добавлением всасывающих и диэлектрических слоев наблюдается понижение аксиального дела осей эллипса поляризации и расширение сектора углов одновременного обзора. При наличии всасывающих слоев антенна применима Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны для внедрения, как в составе систем, так и как самостоятельная антенна.

В литературе проведен анализ черт спиральных антенн при изменении угла намотки спирали. Из представленных результатов видно, что для расширения диаграммы Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны направленности нужно уменьшать угол намотки спирали. Но и при огромных углах намотки (более 20°) можно получить антенны, применимые для радиолокационных систем. В литературе интервалы значений угла намотки представлены для безграничных спиральных антенн. Потому ставится Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны задачка исследования черт конечных спиральных антенн при изменении угла намотки спирали.

Рассмотрены модели спиральных антенн на теле вращения с углами намотки спирали 2°, 12° и 21° (набросок 6) на частотах 800 МГц, 2 ГГц, 15 ГГц и 20 ГГц Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны и антенн на усеченном конусе с углами намотки 10° и 35° (набросок 7).

Модели исследуемых антенн показаны на рисунке 6.




а) б) в)

Набросок 6 – Модели антенн на теле вращения с разным углом намотки спирали:

а) 2°, б) 12°, в Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны) 21°




а) б)

Набросок 7 – Модели антенн на усеченном конусе с углом намотки спирали 10° (а) и 35° (б)


Диаграммы коэффициента усиления антенны на теле вращения при углах наблюдения φ=0º, 30º, 60º, 90º, 120º, 150º , и аксиального дела, рассчитанных на частоте 800 МГц, показаны на Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны рисунке 8.




а) б)

Набросок 8 – Диаграммы КУ (а) и аксиального дела (б) на частоте 800 МГц антенн с углом намотки спирали 2° (пунктирные полосы), 12° (сплошные полосы), 21° (длинноватые пунктирные полосы)


Диаграммы коэффициента усиления и аксиального дела Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны для антенн на усеченном конусе с углами намотки спирали 10° и 35°, представлены на рисунке 9.




а) б)

Набросок 9 – Диаграммы КУ (а) и аксиального дела (б) на частоте 800 МГц антенн с углом намотки спирали 10° (сплошные Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны полосы), с углом намотки спирали 35° (длинноватые пунктирные полосы)


Таким макаром, проведенные исследования позволяют оценить воздействие геометрических характеристик антенны, таких как угол намотки спирали и формы тела вращения, на которое Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны намотана спираль, на свойства антенн.

При проектировании широкополосных антенн предпочтительны антенны с маленьким углом намотки (2° на теле вращения сложной формы и 10° на усеченном конусе), потому что конкретно в их наблюдается всепостоянство черт с Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны ростом частоты, также широкий сектор углов обзора.

Достоверность приобретенных в HFSS черт антенн доказана расчетами антенны в пакете САПР СВЧ, использующем другой способ решения граничных задач. Таким программным продуктом является FEKO 5.2. Базисным способом Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны решения интегральных уравнений в FEKO является способ моментов (MOM).




а) б)

Набросок 10 – Диаграммы направленности (а) и коэффициента усиления (б) антенн, рассчитанных FEKO (сплошные полосы), HFSS (пунктирные полосы) на частоте 1 ГГц


Из Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны графиков на рисунке 10,а видно, что ДН антенны на частоте 1 ГГц, рассчитанные в пакетах FEKO и HFSS, фактически не различаются в секторе углов ±60. Коэффициент усиления антенны в зените, рассчитанный в HFSS, на 0,01 дБ выше, чем Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны КУ рассчитанной антенны в FEKO (набросок 10, б).

С увеличением частоты свойства антенн различаются посильнее, но нрав излучения в обоих случаях схож. Разница в значениях коэффициента усиления антенн в зените Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны на частоте 20 ГГц составляет 2,1 дБ при среднем КУ 0,256 дБ.

4-ый раздел посвящен результатам моделирования измененных сверхширокополосных спиральных антенн с данными чертами: спектр рабочих частот антенн – от 700 МГц до 25 ГГц, сектор углов одновременного Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны обзора более ±50°. Совокупа результатов проведенных исследовательских работ, а конкретно, воздействия угла конусности антенны, угла намотки спирали, воздействия сопротивления нагрузок и всасывающих слоев явились основой для моделирования сверхширокополосных спиральных антенн и сотворения опытнейшего Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны эталона малогабаритной антенны. Выработаны советы по применению антенн в составе систем. В разделе также содержатся результаты моделирования антенны, на базе которых сотворен опытнейший эталон и осуществлено сопоставление черт опытнейшего эталона спиральной антенны и черт Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны антенны, приобретенных при моделировании.

Проведен расчет моделей антенн, показанных на рисунках 6 и 8.

На частоте 700 МГц более широким сектором углов одновременного обзора обладает антенна с углом намотки спирали 2° - ±68°. На средних частотах от 5 ГГц самый Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны широкий сектор углов наблюдается в антенне с углом намотки спирали 35° - ±84°. На частоте 15 ГГц в антенне с углом намотки 2° ширина сектора углов составляет ±68°. На частоте 25 ГГц самый широкий сектор углов одновременного обзора наблюдается Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны в антенне с углом намотки 35° - ±57°.

Таким макаром, в данном спектре частот наилучшими чертами владеют антенны с углом намотки спирали 35° и 10° на усеченном конусе. Антенна с углом намотки спирали 35° имеет больший Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны потенциал к расширению спектра частот. С ростом частоты сектор углов обзора расширяется, и вырастает коэффициент усиления.

Для доказательства достоверности результатов исследования конечных спиральных антенн был разработан опытнейший эталон антенны и проведены измерения ее черт Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны.

Модель антенны спектра 1 ГГц…16 ГГц (набросок 11) включает плоские комбинированные спирали, которые состоят из Архимедовой и логарифмической спиралей; полуоткрытый резонатор поперечником 40,5 мм и высотой 20 мм; слой всасывающего материала шириной 9,15 мм Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны марки ПМ-3.2 (номинальная толщина выпускаемых пластинок поглотителя - 1,83 мм) с относительной диэлектрической проницаемостью и относительной магнитной проницаемостью в спектре частот от 1 до 2 ГГц, также слой диэлектрика - тефлона шириной 3 мм с относительной диэлектрической проницаемостью




Набросок Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны 11 – Плоская спиральная антенна


Ниже показаны свойства модели антенны на частоте 1,6 ГГц (набросок 12). КПД модели равен 0,12.




а) б)

Набросок 12 – Диаграммы КУ антенны (а) и аксиальное отношение (б) на частоте 1,6 ГГц

Разработанный опытнейший эталон антенны представлен на Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны рисунке 13. Спираль способом травления нанесена на диэлектрическую подложку марки ФЛАН-2,8. Для питания антенны избран коаксиальный кабель РК75-2-22. Всасывающая конструкция находится в цилиндрическом железном резонаторе, выполненном токарным методом.




Набросок 13 – Опытнейший эталон спиральной Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны антенны


Измерения черт антенны проведены в безэховой камере (БЭК) с помощью сверхширокополосного автоматического измерительно-вычислительного комплекса (АИВК).




Набросок 14 – Свойства антенны на частоте 1,6 ГГц; пунктирными линиями отмечены расчетные свойства, сплошными линиями – экспериментально измеренные


На Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны частоте 1,6 ГГц (набросок 14) ширина диаграммы в вертикальной плоскости по уровню -3 дБ составила 75°, в горизонтальной плоскости – 119°. Ширина ДН, приобретенная для модели на этой частоте равна 98°. Измеренный КНД антенны составляет 5,9 дБ.

Измеренные свойства антенны фактически совпали с Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны расчетными данными модели.

В заключении показаны главные научные и практические результаты, также намечены многообещающие направления последующих исследовательских работ, направленных на развитие теории об излучении конечных спиральных антенн.

^ Главные результаты диссертации

1. Электродинамические Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны модели комбинированных спиральных антенн, обеспечивающих работу в спектре частот 700МГц-25ГГц в секторе углов обзора ±57°.

2. Установленные закономерности излучения конечных спиральных антенн с разными углами намотки спирали на телах вращения разной формы.

  1. Главные Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны закономерности воздействия экрана, нагрузок, также количества и электродинамических характеристик слоев всасывающей структуры, на свойства антенны.

  2. Разработанный опытнейший эталон плоской спиральной антенны и экспериментальные результаты.

^ Главные публикации по теме диссертации

  1. Павлов В.П., Семенихина Д Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны.В., Маркина Ю.И. Моделирование спиральной антенны в частотном спектре 800МГц-21ГГц // Труды интернациональной научной конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ» (ИРЭМВ-2009). Таганрог, 2009. С. – 342-346.

  2. Семенихина Д.В., Маркина Ю.И Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны. Проектирование широкополосной спиральной антенны в пакете САПР СВЧ HFSS v.10 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2010. - №12. – С. 46-50.

  3. Семенихина Д.В., Павлов В.П., Маркина Ю.И Моделирование сверхширокодиапазонной спиральной антенны в САПР СВЧ HFSS v.10 // Антенны Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны. – 2010. - № 12. – С.63-64.

  4. Семенихина Д.В., Маркина Ю.И. Проектирование спиральной антенны в частотном спектре 800 МГц – 25 ГГц // Рассеяние электрических волн. Таганрог, 2010. Вып.16. – С. 44-52.

  5. Семенихина Д.В., Маркина Ю.И. Излучение комбинированной спирали на Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны частоте 800 МГц // Труды интернациональной научной конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ» (ИРЭМВ-2011). Таганрог, 2011. – С. 143-146.

  6. Маркина Ю.И. Антенна GPS радиальный поляризации в спектре 1,2-1,6 ГГц // Инженерный вестник Дона. – 2012. - №3. С. 2.



Типография Южного Федерального Института

Пер. Некрасовский Сверхширокополосные модифицированные спиральные антенны, 44, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, 347928.

Тираж 100 экз.



sverhtyazhelie-elementi-na-ostrovke-ustojchivosti-klauf-hoffmann-kann-man-gold-machen.html
sverhurochnie-raboti-ponyatie-pravila-primeneniya.html
sverhzadacha-vtoroj-plan-41-vnutrennij-monolog-45-videnie-48-harakternost-53-slovo-v-tvorchestve-aktera-57-tvorcheskaya-atmosfera-69.html