Автор: Гришко Е.Е., Сапронова О.В., Паслён В.В., Донецкий национальный технический университет
Источник: Статья для участия в Четырнадцатом международном научно-практическом семинаре «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы» — Донецк, Донецкий национальный технический универчитет — 2013
Антенны и антенные системы играют немаловажную роль в развитии современных радиотехнических систем передачи и приема информации. На сегодняшнем этапе большее внимание уделяется не созданию принципиально новых антенн, а изучению свойств и совершенствованию уже существующих.
В связи широким применением спиральных антенн в спутниковых системах связи им уделяется большое внимание. Характеристики данного типа антенн зависят от следующих ее конструктивных параметров: числа, шага и длины витка спирали, закона навивки, точки запитывания.
Существенным преимуществом спиральных антенн является их широкополосность а также возможность получения диаграмм направленности как ненаправленных, так и направленных. Еще одно важное свойство спиральных антенн — работа с электромагнитными волнами различной поляризацией.
В результате проведенного анализа развития спиральных антенн были выявлены вопросы, требующие более детального изучения. К ним можно отнести следующие: возможность управления лучом диаграммы направленности при изменении параметров спирали.
Данная возможность была исследована при помощи системы компьютерного моделирования MMANA. Для проведения исследования были использованы три антенные системы. Ниже приведено изображение используемых систем.
Рис.1 Цилиндрическая спиральная антенна
Рис.2 Система из двух синфазных спиральных антенн
Рис.3 Антенная система из четырех одинаковых спиральных антенн
Данные системы были рассчитаны для работы с электромагнитными волнами круговой поляризации.
Круговая поляризация применяется в тех случаях, когда для приема сигнала положение плоскостей поляризации приемной и передающей антенн не имеет значения. Например, в системах спутниковой связи или в радиолокации. Для того, чтобы спиральная антенна обладала круговой поляризацией, ее геометрические параметры должны соответствовать следующим требованиям [1]:
Чтобы получить максимальный коэффициент направленного действия антенны, необходимо взять осевую длину спирали, равную [2]
Так как предполагается использование данных антенных систем в защищенных системах передачи данных, то они должны быть направленными и обладать низким уровнем бокового излучения.
Для получения направленной спиральной антенны необходимо, чтобы диаметр ее витков был в диапазоне от 0,25 до 0,45 длины волны [3]. Исходя их всех вышеперечисленных требований, для моделирования всех антенных систем использовалась спираль со следующими параметрами:
В результате проведенных расчетов в программном продукте MMANA было проведено моделирование спиральных антенн с заданными характеристиками и расчет их диаграмм направленности. Это дало возможность исследовать влияние таких параметров, как шаг спирали, расстояние между отдельными элементами системы на общие характеристики системы.
Для проведения исследования применялись антенны с одинаковыми физическими параметрами.
Первый этап исследования – одиночная спиральная антенна с переменными геометрическими параметрами. Дальнейший анализ проводился для систем, состоящих из двух спиральных антенн. Сначала изменялись параметры одной антенны и фиксировались изменения диаграммы направленности. Далее те же изменения проводились применительно ко второй антенне.
Завершающим этапом исследования было проектирование антенной системы, состоящей из четырех синфазно включенных спиральных антенн. Как и в случае для двух антенн, оценивалось влияние на направленные свойства системы геометрических параметров каждого из элементов.
1. Бекетов В.И. Антенны сверхвысоких частот. – М.: Воен. издат., 1957. – 119с.
2. Хмель В.Ф., Чаплин А.Ф., Шумлянский И.И. Антенны и устройства СВЧ. – Киев: Вища школа, 1990. – 232с.
3. Чернышев В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. – М.: Связь, 1978. – 288с.