Резонансная спиральная антенна

Изобретение относится к области антенной техники, а именно к малогабаритным резонансным антеннам. Резонансная спиральная антенна состоит из первичной катушки и вторичной катушки. Первичная катушка является рамкой, подключенной к точке питания. Вторичная катушка является плоской спиралью, намотанной проводником в N слоев и M витков. Первичная катушка и вторичная катушка связаны между собой индуктивной связью. Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров, увеличении максимальной подводимой мощности сигнала и повышение эффективности малогабаритных антенн. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области антенной техники, а именно к малогабаритным резонансным спиральным антеннам.

Одной из основных проблем малогабаритных антенн является ограничение максимальной подводимой мощности сигнала.

Известны малогабаритные резонансные рамочные антенны [например, патент RU 2490761, патент US 5072233], которые представляют собой один или несколько витков проводника, подключенного к одному или нескольким конденсаторам переменной емкости. Конденсаторы переменной емкости настраивают рамочную антенну в резонанс и перестраивают по рабочему диапазону частот.Для работы антенны в режиме передачи на достаточную мощность, конденсаторы переменной емкости должны иметь минимальные потери, что могут обеспечить только воздушные или вакуумные конденсаторы. При этом вследствие высокой добротности резонанса существует риск пробоя указанных конденсаторов. Для устранения риска пробоя конденсаторы переменной емкости должны иметь большие габариты.

Недостатком данных антенн, таким образом, является невозможность эффективной работы в режиме передачи на достаточную мощность с сохранением малых массогабаритных показателей.

Известна антенна по изобретению [патент EP 3252959], состоящая из первичной катушки, подключенной к точке питания, и вторичного резонансного контура, содержащего многовитковую рамочную антенну и конденсатор. Первичная катушка также содержит конденсатор, обеспечивающий резонанс первичной катушки, и связана с вторичным резонансным контуром индуктивной связью.

Недостатком указанного изобретения является невозможность эффективной работы в режиме передачи на достаточную мощность с сохранением малых массогабаритных показателей.

Наиболее близкой заявленному изобретению является резонансная спиральная антенна [патент JP 2015164270], состоящая из первичной катушки и вторичных катушек с объемной спиральной намоткой, электрически не соединенных между собой или с катушкой возбуждения. Первичная катушка является рамкой, подключенной к точке питания, и связана индуктивной связью с вторичными катушками, имеющими собственные резонансные частоты, и возбуждает их.

Недостатком являются большие габариты спиральных катушек с объемной намоткой и их малая эффективность в качестве излучающих элементов.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение габаритных размеров, повышение эффективности резонансной спиральной антенны и обеспечение возможности работы на передачу на высокой мощности.

Указанный технический результат достигается тем, что в резонансной спиральной антенне, состоящей из первичной катушки, подключенной к точке питания, и вторичной спиральной катушки, которая связана индуктивной связью с возбуждающей ее первичной катушкой, согласно заявленному изобретению вторичная катушка имеет плоскую спиральную намотку проводником, состоящую из N слоев и M витков, намотанных последовательно.

Такая форма вторичной катушки приводит к тому, что вектор напряженности электрического поля направлен от центра к периферии вторичной катушки перпендикулярно вектору магнитного поля.

Резонансная спиральная антенна может во вторичной катушке содержать токопроводящие области (электроды), расположенные одна в центре, другая по периферии, электрически соединенные с соответствующими концами проводника вторичной катушки.

Резонансная спиральная антенна может содержать несколько плоских вторичных спиральных катушек, электрически соединенных так, что один из концов одной спиральной катушки связан с одним из концов последующей спиральной катушки.

В спиральной резонансной антенне вторичная катушка может быть подключена выводами к конденсатору переменной емкости.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где:

Фиг. 1 - Резонансная спиральная антенна по основному пункту, где M - количество витков намотки в плоскости, N - количество слоев;

Фиг. 2 - Эквивалентная схема резонансной спиральной антенны;

Фиг.3 - Пояснение к принципу работы антенны;

Фиг.4 - Вариант вторичной катушки с электродами;

Фиг.5 - Резонансная спиральная антенна с дополнительной плоской спиральной катушкой;

Фиг.6 - Резонансная спиральная антенна с конденсатором переменной емкости.

На фиг. 1 B1 - максимальный габаритный размер первичной катушки, B2 - максимальный габаритный размер вторичной катушки, M - количество витков вторичной катушки в плоскости, N - количество слоев вторичной катушки, am - расстояние между витками, an - расстояние между слоями.

Согласно настоящему изобретению, плоскость, в которой лежит первичная катушка, и плоскость, в которой лежит вторичная катушка, могут быть разнесены в пространстве и ориентированы не параллельно, помимо этого обе указанные плоскости могут совпадать. Например, в случае, если плоскости совпадают, размер B1 (фиг. 1) может превосходить B2. Помимо этого, первичная катушка может быть выполнена из нескольких последовательных витков. Взаимным расположением первичной и вторичной катушек добиваются необходимого согласования антенны.

Конструктивно вторичная катушка заявляемой антенны может быть выполнена из многожильного провода (литцендрата), намотанного на диэлектрический каркас. Первичная катушка может быть расположена по контуру каркаса.

На фиг. 2 приведена эквивалентная схема резонансной спиральной антенны по настоящему изобретению, на которой первичная катушка эквивалентна индуктивности (1), а вторичная - каскаду П-образных контуров, индуктивности (2) которых обусловлены проводниками со спиральной намоткой, а емкости (3) - межвитковой связью. Отличительной особенностью указанного изобретения является высокий коэффициент связи k первичной катушки, представляющей собой плоскую рамку, и вторичной катушки, представляющей собой плоскую спиральную катушку, который превышает коэффициент связи плоской рамки с объемной спиральной катушкой. В следствии этого возрастает коэффициент полезного действия антенны в целом и обеспечивается простота согласования. Еще одна особенность показана на фиг. 3: разность потенциалов (падение напряжения) и напряженность электрического поля направлены в плоских спиральных катушках радиально от периферии к центру, в объемных - аксиально от начала спиральной намотки проводника до окончания спиральной намотки.

Таким образом, в антенне возникающие электрические и магнитные поля перпендикулярны, что способствует увеличению излучающей способности антенны.

Последняя особенность позволяет сконструировать спиральную катушку с электродами, расположенными один в центре, другой по периферии, электрически соединенными с соответствующими концами проводника спиральной катушки, добавляющими дополнительную емкость и увеличивающими электрическую компоненту поля излучения антенны, как изображено на фиг. 4. Электрод, находящийся по периферии, имеет разрыв, чтобы не возникало кольцевого тока.

На фиг. 5 представлена резонансная спиральная антенна, содержащая несколько дополнительных плоских спиральных катушек, электрически соединенных с основной вторичной катушкой. Размеры каждой дополнительной спиральной катушки могут отличаться друг от друга. При этом, в зависимости от их взаимного расположения и расположения относительно рамки возбуждения, будет зависеть резонансная частота.

На фиг. 6 представлен вариант включения во вторичную катушку конденсатора переменной емкости. Данный вариант пригоден для работы при небольшой подводимой мощности сигнала. Изменение емкости конденсатора позволяет производить перестройку резонансной частоты в область более низких частот, относительно частоты собственного резонанса спирали вторичной катушки.

1. Резонансная спиральная антенна, состоящая из первичной катушки, подключенной к точке питания, и вторичной спиральной катушки, которая связана индуктивной связью с возбуждающей ее первичной катушкой, отличающаяся тем, что вторичная катушка имеет плоскую спиральную намотку проводником, состоящую из N слоев и M витков, намотанных последовательно.

2. Резонансная спиральная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что вторичная катушка содержит токопроводящие области (электроды), расположенные один в центре, другой по периферии, электрически соединенные с соответствующими концами проводника вторичной катушки.

3. Резонансная спиральная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что содержит одну или несколько дополнительных вторичных спиральных катушек, электрически соединенных с основной вторичной катушкой.

4. Резонансная спиральная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что вторичная катушка подключена выводами к конденсатору переменной емкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат – возможность поддержки антенными блоками множества системных функций.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к щелевым антеннам резонаторного типа с полунаправленной диаграммой направленности, и может быть использовано в технике связи, особенно на борту космического объекта.

Изобретение относится к сверхширокополосным антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, которые могут использоваться в качестве передающих и приемных антенн портативных, носимых, возимых и базовых радиостанций.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосистемах передачи информации, предъявляющих требования высокой степени электромагнитной совместимости конструктивных элементов системы, например, в малогабаритных космических аппаратах (КА).

Изобретение относится к технологии малой антенны, использующей схемный резонанс, в мобильном терминале, поддерживающем различные дополнительные функции. Антенна содержит топологический рисунок антенны; первую электрическую схему и вторую электрическую схему, соответственно, соединенные между обоими концами топологического рисунка антенны и системной "землей"; и третью электрическую схему, расположенную между топологическим рисунком антенны и линией питания, причем первая электрическая схема, вторая электрическая схема и третья электрическая схема увеличивают длины электромагнитных волн топологического рисунка антенны, чтобы увеличить согласование входного импеданса.

Изобретение относится к антенной технике. Особенностью заявленной двухрезонансной емкостной антенны является то, что дополнительно введены третья токопроводящая поверхность, образующая с заземленной токопроводящей поверхностью емкостного элемента второй емкостной элемент, катушка индуктивности, соединенная с третьей токопроводящей поверхностью, и согласующее устройство, два вывода которого подключены ко вторым выводам катушек индуктивности, один вывод заземлен, а вход подключен к центральному проводнику фидерной линии.

Изобретение относится к антенной технике. Особенностью заявленной малогабаритной антенны является то, что схема питания выполнена в виде равноамплитудного синфазного делителя мощности на N каналов, штыревые элементы возбуждения расположены на окружности, центр которой лежит на общей оси вращения, причем угловое расстояние между соседними штыревыми элементами возбуждения равно 2π/N, а, по крайней мере, в одном металлическом проводнике выполнены М кольцевых щелей, где М≥1, центры кольцевых щелей располагаются на общей оси вращения.

Изобретение относится к компактным патч-антеннам, в частности для установки в транспортном средстве. Технический результат - меньшие размеры патч-антенны и высокая избирательность ширины пропускания на резонансной частоте.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - обеспечение широкоугольного сканирования в коническом угле, превышающем 60 ° от оси антенны, сохранение хорошего коэффициента эллиптичности круговой поляризации в заданных частотных диапазонах, малого веса и малой толщины антенных элементов.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве антенны приемного устройства спутниковой навигации. Антенна содержит диэлектрическую пластину, металлический экран и полосковый проводник, которые расположены соответственно на нижней и верхней поверхностях диэлектрической пластины, и не менее двух элементов возбуждения.

Изобретение относится к области антенной техники, а именно к малогабаритным резонансным антеннам. Резонансная спиральная антенна состоит из первичной катушки и вторичной катушки. Первичная катушка является рамкой, подключенной к точке питания. Вторичная катушка является плоской спиралью, намотанной проводником в N слоев и M витков. Первичная катушка и вторичная катушка связаны между собой индуктивной связью. Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров, увеличении максимальной подводимой мощности сигнала и повышение эффективности малогабаритных антенн. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх