Спіральна антена

Спіральна антена, що містить діелектричний циліндричний каркас, квадрифілярний спіральний випромінювач з верхньою точкою живлення, збуджуючий та узгоджуючий коаксіал, яка відрізняється тим, що в ній на верхньому торці діелектричного каркаса установлена діелектрична плата з виконаними на ній чотирма підковоподібними провідниками та пружним металевим повзунком, причому кожний із підковоподібних провідників з'єдна C2 1 3 74827 4 10° по фазі та 0,5дБ по амплітуді. рного спірального випромінювача, а виходи фазуЗ відомих конструкцій найближчою до пропоючого (зсувом фаз токів на 90°) квадратного мосту нованої є "Радіочастотна антена" по патенту Вез'єднані з високочастотними з'єднувачами, утвориликобританії №2292257А від 14 лютого 1996р. ти спіральну антену з розширеним діапазоном Квадрифілярна радіочастотна антена з круговою частот. поляризацією має чотири спіральні антенні елеВинахід характеризується слідуючими суттєменти (полоски), розміщені на діелектричному цивими ознаками: ліндрі з високим рівнем діелектричної постійної. В - Установлено на верхньому торці діелектричсередині циліндра співвісно розміщений коаксіал з ного циліндричного каркасу діелектричну плату з симетруючими щілинами теж заповнений діелектвиконаними на ній чотирма підковоподібними прориком з високою діелектричною сталою. відниками, здатними з допомогою пружного повзуНавкруги цього циліндру розміщена другий рунка змінювати свою електричну довжину; хомий, пружний діелектричний циліндр для забез- На осі діелектричного каркасу встановлений печення зміни робочої частоти. Зверху два сусідні металевий циліндр з верхнім та нижнім фланцями, спіральні елементи забезпечені електричним конрозділений разом з верхнім фланцем подовжніми тактом з внутрішнім провідником коаксіалу, а два пазами, близькими до /4, на чотири сегменти з других - з зовнішнім. Знизу спіральні гілки з'єднувиконаними в двох сусідніх із них крізними отвоються між собою та зовнішнім провідником коаксірамі, в яких коаксіально розташовано по провідниалу спеціальним перехрестям. Взаємний зв'язок ку, перетвореного таким чином в блок узгоджуюдеталей в жорстку конструкцію досягається просчих, електрично розв'язаних між собою тим процесом спаювання. Але результат буде подовжніми пазами збуджуючих в протифазі коакменший ніж при використанні сучасного рівня техсіалів та симетруючих шлейфів; ніки (інфрачервоне паяння). Основний її недолік - На нижньому фланці металевого циліндра той, що в ній, як і в аналогах, використовується установлений симетричний квадратний міст. Сукувузькополосний спосіб збудження спіральних гілок пність цих відомих та нових суттєвих ознак дозвов квадратурі, а саме, з допомогою одного коаксіалила досягти технічного результату. лу треба живити в протифазі дві пари слаборозДля пояснення суті винаходу та його роботи в'язаних спіральних вібраторів, які в свою чергу, додаються креслення, на яких: тільки за рахунок високої точності виготовлення, - фіг. 1 показує в аксонометрії загальний виповинні складатися з одного індуктивного вібратогляд основного варіанту конструкції спіральної ра, а другого - ємкісного з рівними амплітудами антени; активної та реактивної частини їх вхідного опору, - фіг. 2 показує в аксонометрії загальний витобто, електричний струм в них повинен бути зсугляд спіральної антени без діелектричного карканутим по фазі на 90°. Якщо ж в антені використосу; вувати діелектрики з високими діелектричними - фіг. 3 показує в аксонометрії конструкцію месталими (40-50), то ці недоліки будуть ще більше талевого циліндра (блоку коаксіалів); усугублятися. Тобто, така антена не придатна до - фіг. 4 показує в розрізі конструкцію квадрифіфункціонування в більш широкополосній радіосислярного випромінювача з екраном квадратного темі, ніж GPS, наприклад, в телеметричній радіомосту; системі. - фіг. 5 показує варіант печатного виконання В запропонованій конструкції спіральної антеквадратного мосту. ни використовується більш широкополосний споЗапропонована спіральна антена складається сіб збудження квадрифілярної антени в квадратурі з циліндричного діелектричного каркаса, виготовз допомогою двох розв'язаних коаксіалів та фазуленого із пінополіуретанового матеріалу 1 з викоючого квадратного мосту. наними на ньому боковими лівогвинтовими спіраВ основу винаходу спіральної антени поставльними та нижніми радіальними канавками для лено задачу шляхом установки на верхньому торці розміщення в них чотирьох провідників 2 квадрициліндричного каркасу діелектричної фольгованої філярного спірального випромінювача, виконаних плати з виконаними на ній чотирма, здатними з з мідного дроту діаметром 1мм. На верхньому тодопомогою пружного повзунка змінювати свою рці цього каркаса установлено круглу діелектричну електричну довжину, провідниками, одним кінцем фольговану плату 3, на якій печатним способом з'єднаними з верхніми кінцями бокових гілок квадвиконані підковоподібні провідники 4. Одні кінці рифілярного спірального випромінювача, а другим підковоподібних провідників 4 з'єднані паянням з - з сегментами установленого на подовжній осі верхніми кінцями бокових спіральних провідників 2 каркасу металевого циліндра з верхнім та нижнім випромінювача, а другі кінці підковоподібних профланцями, розділеного разом з верхнім фланцем відників 4, в яких виконано по одному крізному подовжніми, близькими до /4 пазами на чотири отвору, з'єднані разом з повзунком 5 з сегментами сегменти, в двох сусідніх із яких в товщі стінки мециліндра 6 за допомогою гвинтів 7, вкручених в талевого циліндра виконано по одному подовжрізьбові отвори 8 цих сегментів. ньому крізному отвору з коаксіально установленим Нижні кінці провідників 2 квадрифілярного вив ньому провідником, верхній кінець кожного з них промінювача зігнуті радіально, вставлені в чотири з'єднаний з діаметрально протилежним сегменотвори, виконані в вузьких стінках кільця 9 через том, а нижній - з входами фазуючого квадратного 90° одно відносно другого, і запаяні в цих отворах. мосту - екрану, установленого на нижньому фланКільце 9, розташоване в нижнім торці каркаса 1, ці згаданого циліндру, котрий з'єднаний через кімає, крім згаданих, ще чотири отвори 10 з різьбою, льце з нижніми кінцями бокових гілок квадрифілявиконані в широких стінках кільця 9 зсунутими на 5 74827 6 90° відносно згаданих отворів. Ці різьбові отвори пари в 50Ом, узгоджуючи його з 50Ом-ним квадра10 потрібні для скріплення кільця 9 з нижнім флатним мостом та фідерним трактом. нцем циліндра 6 і установленим на ньому діелектВесь квадрифілярний випромінювач буде узричним фольгованим диском 11, на внутрішній годжений та збуджений в квадратурі, придатний стороні котрого виконаний квадратний міст 12. для прийому або випромінювання електромагнітСкріплення виконано гвинтами 13, котрі проходять ної енергії з круговою поляризацією. В високочасчерез отвори в дискові 11 та отвори 14 в нижньому тотному з'єднувачеві 25, при лівосторонньому нафланці циліндра і вкручені в різьбові отвори 10 пряму навивки спіралі квадрифілярного кільця. випромінювача з верхнім збудженням буде права Згаданий циліндр 6 розташований по осі карполяризація, узгоджена з поляризацією, яка викасу 1 і виконаний з верхнім та нижнім фланцями промінюється антенами супутників системи GPS за одне ціле. Цей циліндр разом з верхнім флан(NAVSTAR). цем розділено подовжніми пазами 15 довжиною Розроблена для цієї радіосистеми антена має такі основні характеристики: біля /4 на чотири сегменти. В товщі стінок сусідніх - Максимальна висота - 53мм; двох сегментів виконано по одному крізному по- Діаметр квадрифілярного випромінювача довжньому отвору 16. В кожний отвір 16 коаксіа34мм; льно з допомогою трубки 17 вкладено по одному - Діаметр дроту спіральних гілок випромінювапровіднику 18. Верхні кінці провідників 18 з допоча - 1мм; могою гвинтів 19 з'єднані з діаметрально протиле- Діаметр квадратного мосту - 60мм; жними сегментами, а нижні кінці провідників 18 - Діаметр рефлектора - 70мм; з'єднані з входами 20 і 21 квадратного мосту, ви- Вага антени - 130г; конаного із дисків 11, 26 і установленого на ниж- Форма діаграми випромінювання - кардіоїда. ньому торці металевого циліндра 6. Вихідні виводи Запропонована спіральна антена має коефіціквадратного мосту 22 і 23 з'єднуються з центральєнт стоячої хвилі (КСХ) не більший ніж 1,5 в полосі ними провідниками високочастотних з'єднувачів 24 робочих частот не менше 60МГц, а зменшення і 25. Нижній діелектричний диск 26 покритий фолькоефіцієнту підсилення (КП) антени на 0,5дБ в гою лише з зовнішньої сторони. смузі частот не менше ніж ±10%. Спіральна антеПри кінцевому складанні антени диски 11 та на пропонованої конструкції виконана без викори26 набираються в пакет, накриваються силовими стання високих технологій, має порівняно невеликі кільцями 27 і 28, потім стягуються пустотілими розміри та вагу, з суттєво розширеними полосогвинтами 29 та гайками 30 в єдину жорстку консвими характеристиками. трукцію. Антена кріпиться на посадочному місці Завдяки наявності фольгованого диска, котрий гвинтами, що проходятьчерез крізні отвори в гвивиконує роль рефлектора, антена має стабільні нтах 29. характеристики, незалежні від її міста установки. Слід відзначити, що антенна працездатна і без Наявність другого високочастотного з'єднувача каркасу 1, при цьому спіральні випромінювачі модозволяє при закритій антені металевим кожухом жна виконати з дроту або металевих смужок з допроводити наземні випробовування бортової апапомогою шаблона, (див. фіг. 2). ратури радіосистеми без випромінювання та відкВ запропонованій спіральній антені, на відміну лючення антенно-фідерного пристрою і не викоривід прототипу, кожний із чотирьох спіральних вібстовуючи для цього спеціальних антенних насадок раторів квадрифілярного випромінювача виконуабо адаптерів, які можуть бути навіть складніші та ється однаковим з іншими і заздалегідь довшим дорожчі від антени. від /2 завдяки підковоподібни провідниками 4. З Така нова функціональна спроможність антени допомогою повзунка 5 кожний вібратор врешті пояснюється тим, що завдяки глибокому розлагонастроюється в резонанс на середній частоті родженню антени, вантажні імпеданси квадратного бочого діапазону. моста приводять до зміни розв'язки між високочаВиконаний вище згаданим чином циліндр 6 стотними з'єднувачами (з ~30дБ до 3-5дБ). Завдяявляє собою блок електрично розв'язаних між соки цього наземний еквівалент сигналу можливо бою з допомогою четвертьхвильових пазів двох подавати в приймальний пристрій через другий коаксіалів та двох симетруючих шлейфіввисокочастотний з'єднувач. сегментів, завдяки яким протилежні вібратори збуСлід визначити, що з допомогою виконаного джуються в протифазі та симетрично. Побудовані компактного жорсткого блоку розв'язаних коаксіатаким чином пари вібраторів, рівним являють лів можливо легко збуджувати в квадратурі і другі собою біфілярні замкнені спіральні рамки, розтатипи випромінювачів, наприклад, лінійні або похилі шовані одна відносно другої на 90°. Кожна така чвертьхвильові вібратори та виконувати малогарамка (в залежності від діаметру дроту або ширибаритні антени з круговою або еліптичною полярини металевих смужок) має на середній частоті вхізацією. дний опір, рівний 15-30Ом. Крім того, з допомогою цього блоку коаксіалів В залежності від величини цього опору вибиможливо для збудження в квадратурі застосовуварається і товщина центрального дроту, утвореного ти інші фазуючі пристрої, як, наприклад, 3-х дБ таким чином коаксіального четвертьхвильового направлений відгалужувач. трансформатора, тобто його хвильовий опір, котрий в точці підключення до входів квадратного мосту перетворює вхідний опір квадрифілярної 7 Комп’ютерна верстка M. Клюкін 74827 8 Підписне Тираж 26 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