Спіральна антена

Спіральна антена, що містить коаксіальний фідер, плоский металевий екран, мікрогвинт, підстроювальний елемент та радюпрозорий корпус з розташованою всередині просторовою циліндричною спіраллю, яка відрізняється тим, що вона додатково містить автоматизований електромеханічний привід, а радюпрозорий корпус виконаний як порожнистий спрямовуючий циліндр з розташованими в ньому діелектричним мікрогвинтом та спіраллю з 10-13 витків з можливістю змінювати довжину до 5 разів Антенний пристрій відноситься до галузі радіотехніки, а саме до антенної техніки і стосується широкосмугових однозаходних дротових регульованих просторових циліндричних спіральних структур із радюпеленгаційними діаграмами спрямованості (ДС) Відома регульована просторова циліндрична спіральна антена (Patent PST (WO) N 93/06631, September 23 1992 Н01 Q11/08, 9/14 Scott Kenneth Raymond ADJUSTABE HELICAL ANTENNA FOR A VHF RADIO), що містить коаксіальний фідер, металевий корпус-екран та пружний пластмасовий або каучуковий циліндричний елемент спрямування, просторову циліндричну спіраль, шток Регулююча частина антени виготовлена у формі розімкнутої спіральної пружини стискання і має можливість вкручуватися в опорну металеву втулку, що дозволяє змінювати довжину навитої спіралі за рахунок ВІДПОВІДНИХ механічних деформацій витків спіралі, чим досягається функція підстроювання випромінювальної діаграми спрямованості антени Недоліками цієї антени є те, що металевий корпус, виконаний у формі циліндра, який екранує не тільки зворотне випромінювання, а й не дозволяє антені формувати бокові ДС, що знижує технічні можливості Тому використання такої антени можливо тільки для підстроювання ДС Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється, є наявність коаксіального фідера, корпусу, просторової циліндричної спіралі, елемента спрямування та механічного пристрою регулювання довжини спіралі (штоку) Прототипом вибрана відома регульована просторова циліндрична спіральна антена (Patent US 5146235, H01Q1/36, Dec 18 1989, Stefan Freise HELIKAL UNF TRANSMITTING AND/OR RECEIVSNC ANTENNA), яка містить коаксіальний фідер, плоский металевий екран-диск, радюпрозоровий корпус із розташованою в середині просторовою циліндричною спіраллю, що має 1-5 витків Перший виток спіралі закріплений жорстко до корпусу, а останній - до підстроювального диска, який переміщується по мікрогвинту, що розтягує або стискує спіраль до визначеної довжини, чим здійснює підстроювання діаграми спрямованості Недоліками прототипу є недостатня КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ (від 1 до 5) та незначне змінювання довжини спіралі (до 1/3 від ґі початкової довжини), що не дозволяє використовувати таку антену для формування широкого кола окремих типових діаграм спрямованості Це значно знижує можливість використання її в сучасних широкосмугових радюпеленгаційних системах Спільними З прототипом ознаками є наявність коаксіального фідера, радюпрозорового корпусу з розташованою в середині просторовою циліндричною спіраллю, плоского металевого екрана, мікрометричного гвинта та підстроювального елемента В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спіральну антену, яка шляхом використання тільки однієї спіралі зі збільшеною КІЛЬКІСТЮ ВИТКІВ та змогою регулювання її довжини дозволяє сформувати широке коло будь-яких відомих класичних радюпеленгаційних діаграм спрямованості та багато проміжних ДС в робочому діапазоні 00 ю 4518 хвиль із заданою їх ПОСЛІДОВНІСТЮ Суттєвими ознаками антенного пристрою, що заявляється, є наявність - коаксіального фідера, - плоского металевого екрана, - радюпрозорового корпусу спрямування у вигляді порожнього циліндра, - просторової циліндричної спіралі, що складається з 10-13 витків і має змогу змінюватися по довжині до 5 разів, - діелектричного мікрогвинта та підстроювального елемента, - автоматичного електромеханічного приводу ВІДМІННИМИ ВІД прототипу ознаками є додаткове введення автоматичного електромеханічного приводу, виконання радюпрозорового корпусу спрямування у вигляді порожнього циліндра, в середині якого розташовані спіраль з 10-13 витками, причому спіраль може змінюватись за довжиною до 5 разів, та діелектричний мікрогвинт Антенний пристрій (Фіг 1) складається з коаксіального фідера 1, плоского металевого екрана 2, просторової циліндричної спіралі 3, діелектричної нерухомої втулки 4, радюпрозорового підстроечного елемента 5, радюпрозорового корпусу спрямування 6, діелектричного мікрогвинта 7 та автоматизованого електромеханічного приводу 8 До плоского металевого екрана 2 жорстко закріплені коаксіальний фідер, радюпрозоровий корпус спрямування 6, нерухома діелектрична втулка 4 із закріпленим до неї першим витком спіралі 3, діелектричний мікрогвинт 7 та підстроювальний елемент 5 Антенний пристрій працює таким чином коливання надвисокої частоти (НВЧ) по коаксіальному фідеру 1 подаються крізь екран 2 на вхід першого витка спіралі 3, проходять по поверхні спіралі 3 і випромінюють у вільний простір Для настройки антени на відповідну радюпеленгаційну діаграму спрямованості довжину спіралі 3 змінюють на довжину, яку необхідно мати за умовами формування потрібної ДС Отримують відповідну ДС за допомогою обертання діелектричного мікрогвинта 7 автоматизованим електромеханічним пристроєм 8, яким керує комп'ютер (на кресленні не позначено) На Фіг 1 зображена конструкція спіральної антени в стані зі зімкнутими та максимально розтягнутими витками спіралі На Фіг 2 зображена ДС спіральної антени в полярних координатах, яка отримана при зімкнених витках спіралі Розподіл амплітуд поля в дальній зоні близький до форми тора 1 - експериментальна ДС, 2 - теоретична ДС Отримана ДС відома як класична і й використовують на практиці для виявлення в ефірі факту існування невідомих або відомих НВЧ коливань у робочому діапазоні хвиль Така ДС спроможна "прослуховувати" ефір у будь-якому ракурсі На Фіг 3 зображено ДС просторової циліндричної спіральної антени в полярних системах координат ДС з "гострим максимумом" по осі симетрії спіралі Таку діаграму спрямованості використовують як класичну радюпеленгаційну ДС випромінювання для вимірювання пеленгу на відомий або невідомий випромінювач з використанням методу випромінювач з використанням методу пеленгування за "максимальним сигналом" Розподіл амплітуд поля випромінювання в дальній зоні підтверджує, що ДС має максимум по осі симетрії спіралі 1 - експериментальна ДС, 2 теоретична ДС На Фіг 4 в полярних координатах зображена класична радюпеленгаційна ДС з "гострим мінімумом" по осі симетрії спіралі Розподіл амплітуд поля випромінювання в дальній зоні підтверджує її "лійкоподібність" з мінімумом прийому сигналу по осі симетрії 1 - експериментальна ДС, 2 - теоретична ДС Лійкоподібну ДС використовують у техніці радіопеленгування, як класичну радюпеленгаційну ДС для точного вимірювання пеленгу на відомий або на невідомий випромінювач НВЧ - коливань, а також для одержання точних координат випромінювача Залежність характеристик та параметрів випромінювання (діаграм спрямованості) від механічних параметрів спіралі довжини Ц початкового кроку навитої спіралі Si, кута підйому витка а,, КІЛЬКОСТІ витків спіралі N та довжини робочої хвилі X, підтверджує також відоме рівняння (Юрцев О А Спиральные антенны - М «Сов Радио», 1974, 2 2 4 с , С 109) ,._. . .. ... m A sin{7iN[y (0)-i]} f(0) = J o (kasin0)cos0—і— L u o —*•, (1) 1 ( 9 ) де f(0) - функція розподілу амплітуд поля випромінювання в дальній зоні в горизонтальній площині, [%і} J o - амплітуда струму, що задає передавач, [А], к =— - хвильовий коефіцієнт випромінюван ня, N - КІЛЬКІСТЬ витків спіралі, уо(0) - механічна характеристика спіралі, Хо - довжина хвилі у вільному просторі, [м], а - радіус спіралі, [м], 0 - кут спостерігання за ціллю, [град] Приклад конкретного виконання Спіральна антена має коаксіальний фідер 1, по якому підводиться енергія НВЧ Щоб позбавитися зворотного випромінювання спіралі, застосовують плоский металевий екран 2 з діаметром D = 0 65 X де D діаметр екрану, [м], X - довжина робочої хвилі, [м] Спіраль антени виконана зі сталевого пружного дроту з матеріалу сталь ст65 Г з термічною обробкою Для зниження хвильового опору поверхня дроту покрита тонким шаром срібла Радіус дроту спіралі становила го = 5 10" 5 [м]] Радіус навитої спіралі - а = 0,05 [м] 4518 Автоматизований електромеханічний привод 8 складається з двох пар черв'ячних передач із сумарним передаточним числом і = 185, електричного двигуна та комп'ютера, що подає команду на електродвигун для обертання мікрогвинта 7 до моменту, коли спіраль досягне відповідної довжини, що є необхідною умовою для формування заданої ДС Спіральна антена може використовуватись в існуючих та нових мобільних і стаціонарних радіотехнічних системах космічного радіозв'язку, радюкерування, радіонавігації, радіоастрономи, радіовимірювання, радіорозвідки, радіо боротьби, радіопеленгації Заявлена спіральна антена дозволяє формувати широке коло діаграм спрямованості (поле випромінювання) в дальній зоні, в тому числі і для формування трьох відомих класичних радюпеленгаційних діаграм спрямованості, шляхом змінювання довжини спіралі до 5 разів Спіральна антена має такі параметри довжина антени - 0,220 м, ширина - 0,120 м, висота 0,100 м Маса антени - 1,5 кг Для настройки антени на відповідну діаграму спрямованості потрібно декілька секунд Заявлена спіральна антена відповідає критеріям корисної моделі 8 Фіг. 1 Фіг. 2 4518 JI МІ * * Л! >v,4 •у . • . 1 Ш v S O „ £ /->» Фіг. З Фіг. 4 Комп'ютерна верстка А. Крулевский Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 42, 01601