Спиральная антенна



Спиральная антенна
Спиральная антенна

 


Владельцы патента RU 2458438:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области спиральных антенн с двумя ортогональными поляризациями, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например, на подвижных объектах. Технический результат заключается в увеличении КПД фидерной системой спиральной антенны без изменения ее характеристик излучения. Спиральная антенна содержит диэлектрический каркас, металлический экран, четырехзаходную спираль. Четырехзаходная спираль содержит первый, второй, третий и четвертый заходы. Первый и второй заходы спирали выполняют из коаксиальных кабелей. Третий и четвертый заходы спирали выполняют из проводника круглого сечения, при этом диаметр проводника равен диаметру коаксиального кабеля. Диэлектрический каркас состоит из ребер и прикреплен широким основанием к металлическому экрану. Со стороны широкого основания диэлектрического каркаса первый и второй заходы спирали через высокочастотные соединители соединены с выходными плечами коаксиального тройника, третий и четвертый заходы крепятся к металлическому экрану. Высокочастотные соединители крепятся к металлическому экрану. Со стороны узкого основания диэлектрического каркаса центральные проводники коаксиальных кабелей первого и второго заходов четырехзаходной спирали соединены с противоположными им проводниками круглого сечения третьего и четвертого заходов. 2 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области спиральных антенн с двумя ортогональными поляризациями, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например, на подвижных объектах.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является четырехзаходная спиральная антенна (Сверхширокополосные антенны. Под ред. Л.С.Бененсона, М.: Мир, 1964 г., стр.101, фиг.9), содержащая диэлектрический каркас, на который намотаны четыре захода спирали. По оси диэлектрического каркаса проложены четыре кабеля питания, которые со стороны первого основания диэлектрического каркаса подключены к заходам спирали. Со стороны второго основания диэлектрического каркаса кабели питания подключаются к фазовращателям. Для обеспечения осевого излучения с круговой поляризацией поля необходимо три фазовращателя. В качестве фазовращателя можно использовать, например, квадратный мост, полупроводниковый фазовращатель и т.д. Кабели питания с фазовращателями являются фидерной системой спиральной антенны. КПД фидерной системы вычисляют следующим образом (Антенно-фидерные системы. А.С.Лавров, Г.Б. Резников, М.: Сов. радио, 1974 г., стр.289):ηΣф1·ηф2·ηк, где ηΣ - суммарный КПД фидерной системы, ηф1 и ηф2 - КПД фазовращателей, ηк - КПД кабеля питания. В зависимости от выбранного типа, КПД одного фазовращателя составит от 84% до 94%. КПД кабеля питания зависит от марки применяемого кабеля и его длины, поэтому положим, что КПД кабеля питания не хуже 94%. Тогда суммарный КПД фидерной системы составит от 67% до 83%.

Недостатком указанного устройства является низкий КПД фидерной системы антенны.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении КПД фидерной системой спиральной антенны без изменения ее характеристик излучения.

Данный технический результат достигается тем, что в спиральной антенне, содержащей диэлектрический каркас, на который намотана четырехзаходная спираль, первый и второй заходы спирали выполнены из коаксиальных кабелей, третий и четвертый заходы спирали выполнены из проводников круглого сечения диаметром, равным диаметру коаксиальных кабелей, разница длин Δl1.2 первого и второго заходов спирали выбрана из соотношения:

Δl1,2=(2n-1)λф/4,

где n=1, 2, 3, …,

λф - длина волны в коаксиальном кабеле,

длины третьего и четвертого заходов спирали равны длинам первого и второго заходов соответственно, одно основание диэлектрического каркаса установлено на металлический экран, на котором закреплены первые концы проводников круглого сечения и высокочастотные коаксиальные соединители, через которые первые концы коаксиальных кабелей соединены с выходными плечами коаксиального тройника, при этом длины выходных плеч коаксиального тройника выбраны равными, со стороны другого основания диэлектрического каркаса центральные проводники вторых концов коаксиальных кабелей первого и второго заходов соединены соответственно со вторыми концами проводников круглого сечения третьего и четвертого заходов спирали.

Для формирования осевой диаграммы направленности с круговой поляризацией поля в коаксиальные кабели первого и второго заходов через высокочастотные коаксиальные соединители, соединенные с выходными плечами коаксиального тройника, подаются сигналы, равные по амплитуде. Так как центральные проводники коаксиальных кабелей соединяются с противоположными им проводниками круглого сечения, то сигналы, текущие по проводниками круглого сечения, находятся в противофазе с сигналами, текущими по внешним оплеткам коаксиальных кабелей. За счет разницы длин коаксиальных кабелей, равной Δl1,2=(2n-1)λф/4, сигналы в первом и третьем заходах отличаются по фазе на 90° от сигналов во втором и четвертом заходах. В результате в заходах спирали формируются сигналы с фазами 0°, 90°, 180° и 270°, необходимые для формирования осевой диаграммы направленности.

Коаксиальные кабели первого и второго заходов спирали, соединенные с выходными плечами коаксиального тройника, являются фидерной системой спиральной антенны. КПД фидерной системы вычисляют следующим образом: ηΣт·ηк, где ηΣ - суммарный КПД фидерной системы, ηт - КПД тройника, ηк - КПД коаксиального кабеля. КПД коаксиального тройника при полном согласовании его выходных плеч составит 94%. КПД коаксиального кабеля зависит от марки применяемого коаксиального кабеля и его длины. Длина коаксиального кабеля определяется углом намотки заходов и высотой спирали, марка применяемого кабеля определяется минимальным радиусом изгиба. Например, КПД коаксиального кабеля марки РК-50-4-21 длиной 2 метра в дециметровом диапазоне составит от 86% до 92%. Тогда суммарный КПД фидерной системы составит от 80% до 86%.

Таким образом, использование описанной выше конструкции позволяет увеличить КПД фидерной системой на 3-13%, обеспечивая при этом возможность формирования осевой диаграммы направленности с круговой поляризацией ноля.

На фиг.1 представлен вариант выполнения спиральной антенны.

На фиг.2 представлена диаграммообразующая схема, иллюстрирующая соединение заходов спиральной антенны, в режиме формирования осевой диаграммы направленности.

Спиральная антенна (фиг.1) содержит диэлектрический каркас 1, металлический экран 2, четырехзаходную спираль 3. Четырехзаходная спираль 3 содержит первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 заходы. Первый 4 и второй 5 заходы спирали выполняют из коаксиальных кабелей. Третий 6 и четвертый 7 заходы спирали выполняют из проводника круглого сечения, при этом диаметр проводника равен диаметру коаксиального кабеля. Диэлектрический каркас 1 состоит из ребер и прикреплен одним (широким) основанием к металлическому экрану 2. Со стороны широкого основания диэлектрического каркаса 1 первый 4 и второй 5 заходы спирали 3 через высокочастотные коаксиальные соединители 8 и 9 соединены с выходными плечами коаксиального тройника 10, третий 6 и четвертый 7 заходы крепятся к металлическому экрану 2 (на фиг.1 не показано). Высокочастотные соединители 8 и 9 крепятся к металлическому экрану 2. Со стороны другого (узкого) основания диэлектрического каркаса 1 центральные проводники коаксиальных кабелей первого 4 и второго 5 заходов четырехзаходной спирали 3 соединены с противоположными им проводниками круглого сечения третьего 6 и четвертого 7 заходов и образуют диаграммообразующую схему 11 соединения заходов четырехзаходной спирали 3 (фиг.2).

Спиральная антенна работает следующим образом.

Для формирования осевой диаграммы направленности, например, с правой круговой поляризацией поля, центральные проводники коаксиальных кабелей 4 и 5 соединяются с диаметрально противоположными им проводниками 6 и 7 по схеме, приведенной на фиг.2. В коаксиальные кабели 4 и 5 через высокочастотные коаксиальные соединители 8 и 9, соединенные с выходными плечами коаксиального тройника 10, подаются сигналы, равные по амплитуде. Так как центральные проводники коаксиальных кабелей 4 и 5 соединяются с диаметрально противоположными им проводниками круглого сечения 6 и 7 (фиг.2), то сигналы, текущие по проводникам 6 и 7, находятся в противофазе с сигналами, текущими по внешним оплеткам коаксиальных кабелей 4 и 5. За счет разницы длин коаксиальных кабелей 4 и 5, равной Δl12=(2n-1)λф/4, сигналы в заходах 5 и 7 отличаются по фазе на 90° от сигналов в заходах 4 и 6. В результате в заходах 4, 5, 6 и 7 спирали 3 формируются сигналы с фазами 0°, 90°, 180° и 270°, необходимые для формирования осевой диаграммы направленности с круговой поляризацией.

Коаксиальные кабели заходов 4 и 5 спирали, соединенные с выходными плечами коаксиального тройника 10, являются фидерной системой спиральной антенны. КПД фидерной системы вычисляют следующим образом: ηΣт·ηк, где ηΣ - суммарный КПД фидерной системы, ηт - КПД тройника, ηк - КПД коаксиального кабеля. КПД коаксиального тройника при полном согласовании его выходных плеч составит 94%. КПД коаксиального кабеля зависит от марки применяемого коаксиального кабеля и его длины. Длина коаксиального кабеля определяется углом намотки заходов и высотой спирали, марка применяемого кабеля определяется минимальным радиусом изгиба. Например, КПД коаксиального кабеля марки РК-50-4-21 длиной 2 метра в дециметровом диапазоне составит от 86% до 92%. Тогда суммарный КПД фидерной системы составит от 80% до 86%.

Таким образом, использование описанной выше конструкции позволяет увеличить КПД фидерной системой на 3-13%, обеспечивая при этом возможность формирования осевой диаграммы направленности с круговой поляризацией поля.

Был изготовлен лабораторный макет спиральной антенны, испытания которого подтвердили достижения заявленного технического результата.

Спиральная антенна, содержащая диэлектрический каркас, на который намотана четырехзаходная спираль, первый и второй заходы спирали выполнены из коаксиальных кабелей, третий и четвертый заходы спирали выполнены из проводников круглого сечения диаметром, равным диаметру коаксиальных кабелей, разница длин Δ11,2 первого и второго заходов спирали выбрана из соотношения
Δl1,2=(2n-1)λф/4,
где n=1, 2, 3, …,
λф - длина волны в коаксиальном кабеле,
длины третьего и четвертого заходов спирали равны длинам первого и второго заходов соответственно, одно основание диэлектрического каркаса установлено на металлический экран, на котором закреплены первые концы проводников круглого сечения и высокочастотные коаксиальные соединители, через которые первые концы коаксиальных кабелей соединены с выходными плечами коаксиального тройника, при этом длины выходных плеч коаксиального тройника выбраны равными, со стороны другого основания диэлектрического каркаса центральные проводники вторых концов коаксиальных кабелей первого и второго заходов соединены соответственно со вторыми концами проводников круглого сечения третьего и четвертого заходов спирали.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенным устройствам, которое может применяться при разработке установок для измерения радиолокационных характеристик (поляризационной матрицы рассеяния) объектов различного назначения.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в стационарных и мобильных системах связи в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн.

Изобретение относится к области акустики и гидроакустики и представляет собой комплексную систему генерирования мощных акустических полей при помощи искровых электрических разрядов в воздушной и водной средах.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве антенны приемного устройства спутниковой навигации. .

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенно-фидерной технике, и может быть использовано для приема радиосигналов в коротковолновом диапазоне частот.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенно-фидерной технике, и может быть использовано для приема радиосигналов в коротковолновом диапазоне частот.

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться при конструировании сверхширокополосных антенн, работающих в непрерывном диапазоне ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот.

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться при конструировании широкополосных малоразмерных спиральных антенн линейной поляризации небольшого размера, которые в ряде случаев могут быть альтернативой укороченным вибраторным антеннам.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании передающих и приемных антенн радиосвязи, радиовещания, телевидения, систем охранной сигнализации и телеметрии.

Изобретение относится к устройствам для получения линейной вертикальной поляризации сигнала и может быть использовано на базовых станциях подвижной связи, например стандарта GSM 900, для обеспечения излучения сигнала с вертикальной линейной поляризацией при использовании антенн с двойной линейной наклонной поляризацией +45° и -45°.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании передающих и приемных антенн радиосвязи, радиовещания, телевидения, систем охранной сигнализации, телеметрии, радиолокации

Изобретение относится к антенной технике, а более конкретно к широкодиапазонным малогабаритным антеннам для радиосвязи и радиолокации

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной сверхширокополосной антенны, либо в качестве базового элемента антенной решетки

Изобретение относится к средствам беспроводной связи, а более конкретно к электронным устройствам, которые имеют системы настраиваемых антенн. Технический результат - повышение точности настройки в используемых диапазонах частоты радиосвязи. Для этого электронное устройство имеет схему беспроводной передачи данных, содержащую систему настраиваемой антенны, подсоединенную к приемопередатчику радиочастоты. Система настраиваемой антенны может содержать один или более настраиваемых электрических компонентов, которые управляются схемой хранения и обработки данных в электронном устройстве. Настраиваемые электрические компоненты могут содержать переключатели и компоненты, которые могут быть настроены между многими различными состояниями. Настраиваемые электрические компоненты могут быть подсоединены между компонентами антенной системы, такими как элементы линии передачи, элементы согласующей схемы, элементы антенны и антенные фидеры. Настройкой настраиваемых электрических компонентов схема хранения и обработки данных может подстраивать систему настраиваемой антенны и обеспечивать покрытие системой настраиваемой антенны используемых диапазонов частоты радиосвязи. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 24 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к спиральным антеннам диапазона ДКМВ. Техническим результатом является снижение трудоемкости установки антенны. Спиральная антенна диапазона ДКМВ выполнена в виде четырехзаходной равноугольной спирали, содержит четыре изолированных друг от друга проводника антенны, четыре резистивные нагрузки, опорную мачту с оттяжками и анкерами мачты, металлический корпус, внутри которого размещен узел питания антенны с высокочастотными разъемами для подключения фидеров и антенными вводами, к которым подключены верхние концы проводников антенны, четыре диэлектрические оттяжки с установленными на них фиксаторами для закрепления проводников антенны, опорная мачта выполнена телескопической, между металлическим корпусом и опорной мачтой введен монтажный узел, в металлическом корпусе выполнено отверстие, в которое входит верхняя часть монтажного узла и планка, фиксирующая взаимное положение корпуса и монтажного узла; нижняя часть монтажного узла подвижно состыкована с верхним звеном мачты, средняя часть выполнена в виде верхнего и нижнего дисков, в нижнем диске выполнены четыре отверстия, куда входит крюк карабина с защелкой, закрепленного на верхнем конце каждой из диэлектрических оттяжек, а на другом конце каждой из оттяжек установлено натяжное устройство, механически связанное с анкером оттяжек, вблизи анкеров на поверхности грунта размещены четыре противовеса, каждый из которых образован группой проводов, гальванически связанных друг с другом, а каждая из резистивных нагрузок включена между противовесом и нижним концом проводника антенны. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к антенной технике, находящей широкое применение в радиотехнике, в радиосвязи, в радиолокации, в радионавигации, где требуются широкополосные или сверхширокополосные антенны, обладающие однонаправленной диаграммой направленности. Технический результат - снижение коэффициента стоячей волны антенны по входу, снижение уровня обратного излучения и достижения постоянства формы диаграммы в широком диапазоне частот и обеспечение постоянства фазового центра антенной системы. Для этого V-образная многорезонансная однонаправленная вибраторная антенна содержит пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, конусы образованы 2N металлическими полосками, являющимися плечами вибраторов и расположенными попарно друг против друга на боковых поверхностях конусов, металлический рефлектор, внутренний объем этих конусов разделен круговыми пластинками, параллельными основанию конуса, на ряд полостей, заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости и образующих последовательную цепочку полупрозрачных полых резонаторов, резонансные частоты которых образуют логопериодическую последовательность или последовательность, близкую к логопериодической. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно, к антенной технике, находящей широкое применение в радиосвязи, в радиолокации, в радионавигации, где требуются широкополосные или сверхширокополосные антенны, обладающие однонаправленной диаграммой направленности. Технический результат - увеличение широкополосности частотного диапазона и обеспечение однонаправленности антенны путем создания постоянного фазового центра, приподнятого над плоским рефлектором. Для этого V-образная однонаправленная вибраторная антенна содержит пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, подключенную к вершинам конусов. Оси симметрии плеч вибраторов полых конусов расположены в одной плоскости. Перпендикулярно плоскости, в которой лежат оси симметрии плеч вибраторов полых конусов, размещен плоский металлический рефлектор. Вершины полых конусов приподняты над плоским рефлектором для создания постоянного фазового центра, а кромки плеч вибраторов соединены с кромкой плоского рефлектора шлейфами в форме металлических штырей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к антенной и микрополосковой технике. Технический результат - повышение кросс-поляризационных характеристик при достижении вращающейся круговой или эллиптической поляризации и равномерной диаграммы направленности в широкой полосе частот, а также габаритных размерах антенны, значительно меньших максимальной рабочей длины волны. Мультипольная антенна, содержащая диэлектрическую подложку, на которой расположены симметрично по окружности, по меньшей мере, четыре идентичные полуволновые вибратора, каждый из которых выполнен в виде резонансного отрезка периодической микрополосковой линии с шириной в центре, равной четверти средней длины волны и линейно уменьшающейся к периферийной области. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области связных антенн, а также антенн космической навигации и может быть использовано на всех воздушных и морских судах и кораблях, а также на обитаемых подводных аппаратах. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот. Совмещенное антенное устройство, состоящее из двухзаходного или многозаходного спирального конусного излучателя с углом при вершине конуса α и экрана-отражателя с диаметром В, в устройство введены еще один или несколько конусных излучателей с углом при вершине β<α, у которых диаметр верхнего основания нижнего излучателя равен диаметру нижнего основания верхнего излучателя и совмещен с ним, а также переизлучатель, выполненный в виде металлического кольца с диаметром А<В и расположенный на расстоянии h=λ/4 параллельно экрану-отражателю со стороны конусных излучателей без гальванической связи с основным экраном-отражателем, где λ - длина волны рабочего диапазона. 6 ил.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к спиральным антеннам. Технический результат - расширение диаграммы направленности антенны в верхней части рабочего диапазона. Спиральная антенна, содержащая комбинированную спираль, дополнена корректором диаграммы направленности, выполненным в виде металлического конуса, установленного соосно с антенной на расстоянии 0,2 λ верх. впереди витков плоской спирали, основание конуса имеет диаметр 0,2 λ верх. и угол при вершине около 60°, вершина конуса направлена в центр спирали, а сам конус установлен внутри полого диэлектрического цилиндра, закрепленного на центральной части плоской спирали. 1 ил.
Наверх