Спіральна антена з керованою поляризацією випромінювання

Спіральна антена з керованою поляризацією випромінювання, що містить дві спіралі, екран, два коаксіальних з'єднувачі, суміщені з узгоджувальними елементами, пристрій фазового керування збудженням антени, яка відрізняється тим, що для спрощення конструкції, розширення функціональних можливостей антени, збільшення діапазону робочих частот, дві спіралі виконані у вигляді гілок двозахідної арифметичної спіралі, гальванічне сполучені в центрі антени, збудження здійснюється через коаксіальні з'єднувачі, які суміщені з узгоджувальними елементами та підключені до зовнішніх кінців гілок двозахідної арифметичної спіралі, притому крок а двозахідної арифметичної спіралі, кількість витків n та відстань до екрана d вибрані з співвідношень: Винахід відноситься до антенної техніки та може бути використаний як широкодіапазонний датчик для вимірювань поляризаційних характеристик електромагнітного поля, а також як елемент фазованої антенної решітки. Відомі різні варіанти конструкцій спіральних антен, виконаних на різних поверхнях обертання (циліндр, конус і т. д.), а також на площині. Близькими по конструктивному виконанню є плоскі спіральні антени, що містять двозахідну арифметичну спіраль, коаксіальний з'єднувач, суміщений з узгоджувальним елементом. Гілки двозахідної арифметичної спіралі збуджуються протифазне у її центрі (див. наприклад, Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. - М., 1988. - С. 266-269). Такі антени дозволяють сформувати поле випромінювання з поляризацією лише одного вигляду, близького до кругової в осьовому напрямі, і обертанням вектора поляризації, напрямом намотування витків спіралі, і не дозволяють сформувати в тому ж напрямі кероване лінійно-поляризоване випромінювання, що обмежує функціональні можливості спіральної антени. Для спрощення конструкції пропонується в спіральній антені, що містить двозахідну арифметичну спіраль, коаксіальний з'єднувач, суміщений з узгоджувальним елементом, гальванічне з'єднати внутрішні кінці гілок двозахідної арифметичної спі ралі і збудити їх синфазно в центрі спіральної антени (див. там же, С. 266, рис. 10.24, б). Однак при синфазному збудженні такої антени у її центрі відсутнє випромінювання в осьовому напрямі (див. там же, с. 269, рис. 10.25, б), що обмежує діапазон практичного використання та зменшує точність при антенних вимірюваннях. Найбільш близькою до запропонованого винаходу за технічною суттю є спіральна антена з керованою поляризацією випромінювання, що містить дві циліндричні спіралі, з протилежним намотуванням, розташовані перпендикулярно екрану на деякій відстані один від одного, два коаксіальних з'єднувачі, суміщених з узгоджувальними елементами, пристрій фазового управління збудження антени (див., наприклад, Пат. 2013830 Россия. Биспиральная антенна А.И.Самусенко (Россия). № 4943407/09; Заявл. 16.04.91; Опубл. 3.05.94; Бюл. № 10. - 4 с.). Однак така антена має великі габаритні розміри, обмежені функціональні можливості, внаслідок просторового формування поля випромінювання з заданими поляризаційними властивостями, а також малий діапазон робочих частот, що ускладнює її використання. Задачею запропонованого винаходу є спрощення конструкції, розширення функціональних можливостей спіральної антени з керованою по a = n -1 × [0,13 exp (n -0, 208 ) - 0,04] × λ ; 1,5 £ n £ 10,5 ; d = (0,1...0,15) l, (19) UA (11) 38008 (13) A де: λ - максимальна довжина хвилі робочого діапазону. 38008 ляризацією випромінювання, збільшення діапазону робочих частот. Вирішення цієї задачі досягається тим, що у спіральній антені з керованою поляризацією випромінювання, що містить дві спіралі, екран, два коаксіальних з'єднувачі, суміщених з узгоджувальними елементами, пристрій фазового управління збудженням антени, дві спіралі виконані у вигляді гілок двозахідної арифметичної спіралі. Внутрішні кінці гілок двозахідної арифметичної спіралі гальванічно сполучені в центрі антени. Збудження здійснюється через коаксіальні з'єднувачі, суміщеними з узгоджувальними елементами та підключеними до зовнішніх кінців гілок двозахідної арифметичної спіралі. Притому, що крок a двозахідної арифметичної спіралі, кількість витків n та відстань до екрана d вибрані з співвідношення: антени в осьовому напрямі. Для просторового формування лінійно-поляризованого поля випромінювання необхідно збільшити відстань між циліндричними спіральними випромінювачами для зменшення їх взаємного впливу, що призводить до збільшення габаритного розміру антени в поперечному напрямі. Використання ж спіральної антени з керованою поляризацією випромінювання кінцевих габаритних розмірів як у осьовому, так і у поперечному напрямах призводить до спотворень поляризаційної структури поля, що обмежує також функціональні можливості спіральної антени з керованою поляризацією випромінювання. Неможливо також збільшити діапазон робочих частот. Оскільки циліндричні спіральні випромінювачі формують поле випромінювання з поляризацією, близькою до кругової в осьовому напрямі лише в обмеженому частотному діапазоні. Використання двох циліндричних спіральних випромінювачів, розташованих на незначній відстані один від одного, внаслідок їх взаємного впливу, також призводить до зменшення діапазону робочих частот. Таким чином, відмінні ознаки технічного розв'язку, що пропонується, є істотними і цей технічний розв'язок відповідає критерію "істотні відмінності". На фіг. 1 представлена структурна схема запропонованої спіральної антени з керованою поляризацією випромінювання. Спіральна антена, зображена на фіг.1, містить двозахідну арифметичну спіраль, гілки якої позначені 1, екран 2, два коаксіальних з'єднувачі, суміщених з узгоджувальними елементами 3, пристрій фазового управління збудження антени (на фіг. 1 не показаний). Конструкція запропонованої спіральної антени з керованою поляризацією випромінювання характеризується наступними розмірами і відношеннями між ними: крок двозахідної арифметичної спі a = n -1 × [0,13 exp (n -0, 208 ) - 0,04] × λ ; 1,5 £ n £ 10,5 ; d = (0,1...0,15) l, де: λ - максимальна довжина хвилі робочого діапазону. У порівнянні з відомим, запропоноване технічне рішення виявляє нову технічну властивість, що полягає у тому, що в спіральній антені з керованою поляризацією випромінювання, що містить дві спіралі, екран, два коаксіальних з'єднувачі, суміщеними з узгоджувальними елементами, пристрій фазового управління збудженням антени, дві спіралі виконаний у вигляді гілок двозахідної арифметичної спіралі. Внутрішні кінці гілок двозахідної арифметичної спіралі гальванічно сполучені в центрі антени. Збудження здійснюється через коаксіальні з'єднувачі, які суміщені з узгоджувальними елементами та підключеними до зовнішніх кінців гілок двозахідної арифметичної спіралі, притому що форма спіралей та відношення розмірів: крок а двозахідної арифметичної спіралі, кількість витків n і відстань до екрана d обрані зі співвідношення: ралі дорівнює a = n -1 × [0,13 exp (n -0, 208 ) - 0,04] × λ ; кількість витків двозахідної арифметичної спіралі дорівнює 1,5 £ n £ 10,5 ; відстань до екрана рівна d = (0,1...0,15)l, де: λ - максимальна довжина хвилі робочого діапазону. Спіральна антена з керованою поляризацією випромінювання у режимі, наприклад, випромінювання, працює таким чином. ТЕМ-хвиля, що біжить через коаксіальний з'єднувач, суміщений з узгоджувальним елементом трансформується в поверхневу хвилю стр уму активної області двозахідної арифметичної спіралі, периметр якої приблизно рівний довжині хвилі. У активній області відбувається інтенсивне випромінювання хвилі струму і її згасання. Наявність екрана дозволяє сформувати однонаправлене випромінювання в осьовому напрямі. При збудженні спіральної антени з керованою поляризацією випромінювання через один з її входів напрям поширення поверхневої хвилі з лінійною зміною фази струму відповідає напряму намотування відповідної гілки двозахідної арифметичної спіралі, що дозволяє сформувати поле випромінювання з поляризацією близькою до кругової. Внаслідок різних напрямів намотування гілок двозахідної арифметичної спіралі відносно входів їх збудження, спіральна антена з керованою поляри a = n -1 × [0,13 exp (n -0, 208 ) - 0,04] × λ ; 1,5 £ n £ 10,5 ; d = (0,1...0,15) l, де: λ - максимальна довжина хвилі робочого діапазону, а також їх взаємне розміщення та збудження дозволяють спростити конструкцію, розширити функціональні можливості запропонованої спіральної антени з керованою поляризацією випромінювання, збільшити діапазон робочих частот. Ці властивості запропонованої спіральної антени з керованою поляризацією випромінювання є новими, оскільки у прототипі, внаслідок властивих йому недоліків, що полягають у виконанні випромінюючих елементів у вигляді двох циліндричних спіралей з протилежним намотуванням, рознесених на деякій відстані один від одного неможливо спростити конструкцію шляхом зменшення габаритних розмірів. Оскільки для формування поля випромінювання з поляризацією, близькою до кругової, з циліндричних спіралей окремо, необхідно збільшувати кількість витків циліндричної спіралі, що призводить до збільшення габаритного розміру 2 38008 зацією випромінювання у даному режимі дозволяє формувати поле випромінювання в різних кругових поляризаційних базисах. При збудженні спіральної антени з керованою поляризацією випромінювання через обидва її входи рівно амплітудно змінюється амплітуднофазовий розподіл поверхневої хвилі струму вздовж випромінюючого провідника. Причому активна область двозахідної арифметичної спіралі збуджується синфазно, що призводить до формування поля випромінювання в осьовому напрямі з лінійною поляризацією. Орієнтація площини поляризації поля визначається зсувом фаз між вхідними струмами джерел. Зміна фазового зсуву здійснюється за допомогою пристрою фазового збудження антени та приводить до зміни початкової фази активної області двозахідної арифметичної спіралі при збереженні синфазного збудження цієї області, що свідчить про поворот площини поляризації лінійнополяризованого випромінювання. Виконання випромінюючого провідника антени у вигляді двозахідної арифметичної спіралі, внутрішні кінці гілок якої гальванічне сполучені, а через зовнішні кінці гілок здійснюється збудження антени, дозволяє: істотно зменшити габаритні розміри антени, що призводить до спрощення конструкції; здійснювати формування поля випромінювання із заданими поляризаційний властивостями за рахунок форми і розташування струмопровідної повер хні, а також шляхом управління амплитуднофазовим розподілом струму вздовж даної поверхні, що дозволяє істотно підвищити поляризаційну частоту поля, що випромінюється; збільшити діапазон робочих частот, внаслідок використання плоских арифметичних спіральних випромінювачів, що мають підвищені діапазонні властивості відносно циліндричних спіральних випромінювачів і тим самим повністю реалізувати потенційні можливості антени. Економічний ефект від запропонованого винаходу обумовлюється тим, що його технічна сутність забезпечує створення спіральної антени з керованою поляризацією випромінювання, яка має більш спрощену конструкцію, розширені функціональні можливості та більший діапазон робочих частот у порівнянні з пристроєм-прототипом. Економічний ефект досягається за рахунок, по-перше, спрощення конструкції шляхом зменшення габаритних розмірів антени, що дозволяє зменшити матеріалоємність виробу та підвищити технологічність його виготовлення; по-друге, розширення функціональних можливостей, що підвищує точність і продуктивність, зокрема, при антенних вимірюваннях і, по-третє, розширення діапазону робочих частот антени, що в свою чергу, забезпечує можливість застосування одного передбачуваного пристрою замість декількох антен, що перекривають той самий діапазон частот. 3 38008 Фіг. 1 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4