СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №8/2014

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 74 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2014 D min – диаметр усечённой вершины конуса D max – диаметр основания конуса H S – длина конуса δ а б в Широкополосная логоспиральная антенна с круговой поляризацией В статье рассматриваются вопросы проектирования широкополосной антенны, излучающей и принимающей сигналы глобальных навигационных спутниковых систем. В качестве широкополосной антенны выбрана спиральная логарифмическая антенна. Расчёт, моделирование и исследование антенны выполнены в программе электродинамического моделирования HFSS. Пётр Вьюгин, Александр Курушин (Москва) В ВЕДЕНИЕ Сегодня является актуальным соз- дание аппаратно-программных ком- плексов (АПК) для оценки характери- стик навигационных модулей и нави- гационной аппаратуры, работающих по сигналам глобальных навигацион- ных спутниковых систем (ГНСС). Также современной задачей является повыше- ние эффективности средств навигаци- онного обеспечения и достоверности результатов оценки их характеристик. Под эффективностью антенны пони- мается совокупность свойств системы, характеризующих её рабочие качества. Важным узлом таких АПК, определя- ющим его навигационные возможно- сти, является широкополосная антенна, излучающая и принимающая сигналы ГНСС в гигагерцовом диапазоне частот. В качестве широкополосной антен- ны для АПК можно выбрать спираль- ную логарифмическую (логоспираль- ную) антенну, работающую в диапазо- не частот от сотен мегагерц до десятков гигагерц (см. рис. 1). Логоспиральная антенна состоит из двухзаходной спи- рали и согласующего трансформатора. Антенна представляет собой две метал- лические полоски, намотанные и закре- плённые на диэлектрическом конусе ( ε = 1…3). Ширины вибраторов увели- чиваются в экспоненциальной зависи- мости к основанию конуса. Такая фор- ма плоских спиральных вибраторов обеспечивает широкую полосу, а так- же широкий угол однонаправленного излучения с круговой поляризацией в направлении вершины конуса. Логарифмическая двухвибраторная антенна с постоянным углом раскры- вания в виде планарной спирали, обёр- нутой вокруг диэлектрического кону- са, была создана американским учё- ным Д. Дайсоном (Dyson) в 1958 году [1]. Особенностью логоспиральной антен- ны является то, что ширина каждого плеча увеличивается, начиная от точки питания, в логарифмической зависимо- сти. Диаграмма направленности (ДН) логоспиральной антенны зависит от величины угла при вершине конуса и угла намотки спирали. Три модели таких антенн (3101, 3102 и 3103) выпускает компания Electro- Mechanics Company (EMCO) [2]. Ком- пания EMCO входит в корпорацию ETS-Lindgren (ETS-Lindgren произво- дит оборудование и специальные мате- риалы для радиоизмерений и испыта- ний на электромагнитную совмести- мость , имеет более 60 представительств в различных городах мира, в том чис- ле в Москве), поэтому в статьях и ката- логах антенн можно встретить обо- значение, например, и EMCO-3101, и ETS-Lindgren-3101, но речь при этом идёт об одной и той же модели. На рисунке 1в показана логоспиральная антенна модели 3101. Диапазон рабо- чих частот этой антенны составляет 0,2…1 ГГц. Другие модели аналогичны по конструкции, но предназначены они для работы в других диапазонах частот и отличаются от модели 3101 геометрическими размерами. Диапазо- ны рабочих частот и другие характе- ристики логоспиральных антенн пред- ставлены в таблице. В данной работе приведены резуль- таты моделирования логоспиральной антенны в системе HFSS ANSYS [3] для диапазона частот 1…20 ГГц и показаны результаты её макетирования. С ПОСОБ ПИТАНИЯ ЛОГОСПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ Существует несколько способов пода- чи питания на широкополосную лого- спиральную антенну. Часто питание конической логоспиральной антен- ны выполняется с помощью коаксиаль- ной линии или коаксиального кабеля, накладываемых на поверхности спира- лей. Для этого также можно использо- вать двухпроводную линию. Используется широкополосный пре- образователь, выполненный в виде скошенной коаксиальной линии (см. рис. 2), имеющей плавно-изменя- ющийся характеристический импе- данс [4]. Это достигается тем, что в раз- личных сечениях структура линий плавно изменяется. От круглой коакси- альной линии (сечение A-A) она перехо- Рис. 1. Логоспиральная антенна: а – вид сверху; б – угол намотки спирали; в – вид сбоку (модель EMCO-3101) © СТА-ПРЕСС