Спиральді антенналар

 
                                   Рис. 5а                                                                 Рис.5б

 
                                   Рис. 5а                                                                 Рис.5б

 

Рис.6

 
            На рис. 6  показан вариант выполнения широкополосного трансформатора в полосковом исполнении для спиральной антенны. Трансформатор представляет собой полосковую линию, переменной ширины, расположенную над экраном (рефлектором) антенны. Полосок вырезается из тонкой листовой меди или латуни толщиной 0,3-0,6 мм. Чтобы выдержать точное расстояние над экраном и хорошо закрепить полосок, на экран приклеить кольцо из пенопласта и на это кольцо приклеить полосок. При расчете волнового сопротивления учитывается диэлектрическая проницаемость пенопласта  1,1.

Так как полосок должен быть равен длине волны и чтобы он не занимал много места, его лучше выполнить по диаметру спирали. Рис. 6А. Разделив полосок на десять равных частей, переносим размеры ширины полоска согласно Рис.7, на Рис.7а.

 

Рис. 7 
 
 
Рис. 7а

Толщина пенопласта 7 мм. В нашем примере трансформатор трансформирует     120 Ом в 75 Ом. Согласно графику можно изготовить трансформатор с другим коэффициентом трансформации. Рис.8.

 

            На рис.9 антенна дециметрового диапазона, несущая траверса склеена из двух частей, прямоугольная стеклопластиковая труба от хоккейной клюшки, вторая часть круглая стеклопластиковая труба от лыжной палки. Каждый виток спирали опирается на четыре стеклотекстолитовые распорки. В качестве распорок использовалась крайняя секция от пластиковой телескопической удочки (хлыстик), который всегда можно приобрести в продаже отдельно (без удочки). По длине траверсы с постоянным шагом сверлятся отверстия, в которые вклеиваются на эпоксидный клей распорки. Спираль выполнена из медной шинки прямоугольного сечения. Несмотря на большую длину антенны, имеет хорошую жесткость. Антенна расчалена тонким капроновым шнуром, это придает антенне дополнительную жесткость, а так же защищает от птиц. Для уравновешивания конструкции с задней стороны экрана  крепится металлическая труба с грузом на конце.

 
Рис.8

 
Рис.8

 

Рис. 9

Согласование в узкой полосе частот можно осуществить с помощью четвертьволнового трансформатора, сопротивление которого рассчитывается по известной формуле

 
            При приеме слабого сигнала, желательно применить согласование в узкой полосе частот. Автором была изготовлена и испытана антенна в диапазоне 70 см которая позволяла принимать станции не только в любительском диапазоне, и в телевизионном ДМВ диапазоне. O спирали 167 мм, расстояние между витками спирали 154 мм. В точке подключения широкополосного трансформатора к разъему СР-75, дополнительно подключался короткозамкнутый четвертьволновой шлейф, который позволял заузить полосу пропускания антенны в нужном участке диапазона, при этом наблюдалось улучшение качества изображения на принимаемом канале.

 
            При приеме слабого сигнала, желательно применить согласование в узкой полосе частот. Автором была изготовлена и испытана антенна в диапазоне 70 см которая позволяла принимать станции не только в любительском диапазоне, и в телевизионном ДМВ диапазоне. O спирали 167 мм, расстояние между витками спирали 154 мм. В точке подключения широкополосного трансформатора к разъему СР-75, дополнительно подключался короткозамкнутый четвертьволновой шлейф, который позволял заузить полосу пропускания антенны в нужном участке диапазона, при этом наблюдалось улучшение качества изображения на принимаемом канале.

Спиральная антенна

Спиральная антенна (Патент RU 2210844):    H01Q21/28 - комбинированные конструкции из почти независимых и не взаимодействующих антенных узлов или систем      Авторы патента:    Беляев В.В.  Богданов Ю.Н.  Маюнов А.Т.      Вледельцы патента:    5 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации Другие патенты: Антенна // 2084995 Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано, как приемопередающеее антенное устройство Совмещенное антенное устройство // 2072598 Изобретение относится к антенной технике и в частности к совмещенным антеннам, устанавливаемым на морских судах и кораблях Приемопередающая антенная система // 1239775 Изобретение относится к антенной технике Адаптивное антенное устройство // 1210167 Изобретение относится к радиотехнике , а именно к антенным устройствам с адаптацией по поляризации Антенна горизонтальной поляризации // 1141483 Невыступающая антенна // 348144 Передающая многоэтажная телевизионная антенна // 240047 Патент 189032 // 189032 Многоспектральный датчик с общей апертурой // 2234177 Изобретение относится к многоспектральным активно-пассивным системам обнаружения и распознавания объектов в условиях помех и высокоточного сопровождения объектов по угловым координатам Компактная двухрежимная интегрированная система антенн для наземных сотовых и спутниковых телекоммуникаций // 2255397 Антенная система // 2334320 Антенное устройство // 2462833 Изобретение относится к антенному устройству и системе беспроводной связи Переносной амплитудный радиопеленгатор // 2493571 Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при решении задач радиопеленгации с помощью переносных (малогабаритных) средств в декаметровом и метровом диапазонах радиоволн. Технический результат - повышение точности определения азимута на источник радиоизлучений и обеспечение возможности для автоматического слежения за его перемещениями. Переносной амплитудный радиопеленгатор содержит штыревую 1 и рамочную 2 антенны, основной 3.1 и дополнительный 3.2 приемные каналы, вычитающее устройство 4, усилитель 5 низкой частоты, телефон 6, входные цепи 7.1 и 7.2, усилители 8.1 и 8.2 высокой частоты, преобразователи 9.1 и 9.2 частоты, усилители 10.2 и 10.2 промежуточной частоты, детектор 11.1 и 11.2, платформу 12, редуктор 13, указатель 14 угла, блок 15 деления, пороговый блок 16, ключи 17 и 20, фазовый детектор 18, блок 19 формирования управляющего напряжения, мотор 21 и сумматор. 5 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано как самостоятельная антенна или как элемент антенной решетки. Техническим результатом является создание решетки двухчастотной двухканальной антенны. Новым в спиральной антенне, рассчитанной на нижнюю частоту, является то, что в нее введен диэлектрический стержень с согласующим и излучающим концами, выполненными в виде конусов, и отрезок волновода, который прикреплен к контуру отверстия с противоположной от спирали стороны, а диэлектрический стержень установлен внутри диэлектрического каркаса, причем согласующим концом помещен в волновод соосно со спиралью с возможностью перемещения и образует с волноводом диэлектрическую антенну, рассчитанную на верхнюю частоту. Предлагаемая спиральная антенна может быть создана с соотношением нижней (fн) и верхней (fв) частот, равным или меньшим 1/2, то есть fн/fв 1/2. При этом по условию применимости диэлектрических стержневых антенн 10000 fв 2000 МГц, что позволяет использовать предлагаемую спиральную антенну при создании "нелинейных" РЛС. 1 ил., 1 табл. Изобретение относится к антенной технике к может быть использовано как самостоятельная антенна или как элемент антенной решетки при создании нелинейных РЛС с соотношением нижней (fн) и верхней (fв) частот, равным или меньшим 1/2, то есть fн/fв<1/2.<p> Известна="" двухканальна="" антенна="" (см.="" АС="" 1467631,="" кл.="" Н="" 01="" q="" 13="" 00,="" 1986),="" содержащая="" первый="" металлический="" диск,="" расположенный="" над="" экраном,="" входной="" коаксиальный="" кабель="" первого="" канала,="" присоединенный="" через="" симметрирующее="" устройство="" к="" экрану="" двум="" штырям,="" расположенным="" диаметрально="" противоположно="" на="" первом="" металлическом="" диске="" равных="" расстояниях="" от="" его="" центра,="" и="" второго="" который="" соединен="" с="" центром="" металлического="" диска="" стойкой,="" проходящей="" отверстие,="" выполненное="" экране,="" нижнем="" конце="" стойки="" параллельно="" установлен="" второй="" помещенный="" в="" стакан,="" соединенный="" причем="" диаметр="" 1 первого металлического диска выбран из соотношения D1 = (0,6-0,74) , где   - длина рабочей волны, а диаметр второго металлического диска D2 = (0,48-0,64)D1. Недостатком данной антенны является невозможность работы в двухчастотном режиме - при создании "нелинейных" РЛC, потому что ее излучающие, питающие и настроечные элементы выполнены для работы в одночастотном режиме. Наиболее близкой по технической сущности является спиральная антенна (см. АС 1483511, кл. H 01 Q 11/08, 1986), содержащая цилиндрическую спираль, установленную над металлическим экраном, размещенную на диэлектрическом каркасе и подключенную к коаксиальному фидеру, и разомкнутое проводящее кольцо, диаметр которого равен диаметру цилиндрической спирали, установленное на диэлектрическом каркасе без гальванического контакта со свободным концом цилиндрической спирали, таи этом длина разомкнутого проводящего кольца равна (0,4-0,6) , где   - наибольшая длина волны рабочего диапазона. Недостатком прототипа является невозможность работы одновременно на двух частотах в двухканальном режиме, поскольку имеет один одночастотный канал излучения (приема), что не позволяет использовать ее при создании "нелинейных" РЛС, работающих на различных частотах излучения и приема. Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в создании двухчастотной двухканальной антенны для "нелинейных" РЛС. Поставленная задача решается за счет того, что в известную спиральную антенну, содержащую цилиндрическую спираль, установленную над металлическим экраном, размещенную на диэлектрическом каркасе и подключенную к коаксиальному фидеру, к разомкнутое проводящее кольцо, диаметр которого равен диаметру цилиндрической спирали, установленное на диэлектрическом каркасе без гальванического контакта со свободным концом цилиндрической спирали, рассчитанной на нижнюю частоту, введены диэлектрический стержень с согласующим и излучающим концами, выполненными в виде конусов, и отрезок волновода, при этом диэлектрический каркас спирали выполнен полым, в центре экрана прорезано отверстие по форме волновода, отрезок волновода прикреплен к контуру отверстия с противоположной от спирали стороны, а диэлектрический стержень расположен внутри диэлектрического каркаса, причем согласующим концом вставлен в волновод с возможностью перемещения соосно со спиралью и образует с волноводом диэлектрическую антенну, рассчитанную на верхнюю частоту, при этом отношение нижней fн и верхней fв удовлетворяет условию fн/fв 1/2 при 10000 fв 2000 МГц. Дополнительное введение в известное устройство диэлектрического стержня и отрезка волновода, выполнение диэлектрического каркаса полым, размещение диэлектрического стержня соосно со спиралью позволило образовать второй частотный канал, получить двухчастотную антенну и решить поставленную задачу. Конструктивно, для того чтобы диэлектрический стержень мог разместиться внутри диэлектрического каркаса, соотношение нижней (fн) и верхней (fв) частот должно быть выбрано из условия fн/fв 1/2 (1). При этом существует ограничение в области применимости стержневых диэлектрических антенн, то есть 10000 fв 2000 МГц, что определяет верхнюю рабочую частоту. Нижняя рабочая частота будет определяться приведенным соотношением (1), а в целом антенна будет удовлетворять требованиям к двухчастотному диапазону работы "нелинейных" РЛС. На чертеже изображен общий вид предлагаемой спиральной антенны. Спиральная антенна состоит из отрезка волновода 1, экрана 2, диэлектрического каркаса 3, спирали 4, разомкнутого проводящего кольца 5, диэлектрического стержня 6, отверстия в экране 7, коаксиального разъема 8. К экрану 2 с отверстием 7 прикреплены с одной стороны отрезок волновода 1, а с другой стороны - полый диэлектрический каркас 3, на котором размещена спираль 4 и разомкнутое проводящее кольцо 5. Спираль 4 и кольцо 5 рассчитаны на нижнюю частоту. Внутри диэлектрического каркаса размещен диэлектрический стержень 6, который согласующим конусом вставлен в отрезок волновода 1 с возможностью перемещения. Диэлектрический стержень 6 совместно с отрезком волновода 1 образует диэлектрическую антенну. Спиральная антенна работает следующим образом. Энергия сигнала на нижней частоте подводится к спиральной антенне 4 с помощью коаксиального разъема 8, расположенного снизу от оси излучения. Согласование спиральной антенны 4 осуществляется с помощью разомкнутого кольца 5, расположенного на диэлектрическом каркасе 3, не имеющего гальванического контакта со свободным концом спирали 4. Подвод (отвод) энергии верхней частоты производится посредством волновода 1, а формирование диаграммы излучения осуществляется диэлектрическим стержнем 6. Для согласования с волноводом 1 стержень 6 имеет согласующий конус. Дополнительная настройка производится перемещением стержня 6 относительно волновода 1. Экран 2 с отверстием 7 является основанием для всех элементов и отражающим элементом спиральной антенны. Основные размеры спиральной и стержневой антенн рассчитываются по известным формулам (см. Корбанский И.Н. Антенны. - М.: Энергия, 1973, с. 298-302, 306-313). В качестве примеров выполнения предлагаемой антенны в таблице приведены размеры антенн, рассчитанных применительно к крайним частотам применимости данных антенн, когда 10000 fв 2000 МГц. Предлагаемая антенна содержит спиральную антенну, рассчитанную на нижнюю частоту (fн), и расположенную внутри нее диэлектрическую антенну, рассчитанную на верхнюю частоту (fв), при этом из условия размещения диэлектрической антенны внутри спиральной соотношение частот выбрано из условия fн/fв 1/2, а верхняя частота ограничена условием 10000 fв 2000 МГц. Выбранные на основе перечисленных условий частотные показатели антенны находятся в диапазоне работы "нелинейных" РЛС, что указывает на решение поставленной задачи и осуществимость изобретения. Формула изобретения Спиральная антенна, содержащая цилиндрическую спираль, установленную над металлическим экраном, размещенную на диэлектрическом каркасе и подключенную к коаксиальному разъему, и разомкнутое проводящее кольцо, диаметр которого равен диаметру цилиндрической спирали, установленное на диэлектрическом каркасе без гальванического контакта со свободным концом цилиндрической спирали, рассчитанной на нижнюю частоту, отличающаяся тем, что в нее введены диэлектрический стержень с согласующим и излучающим концами, выполненными в виде конусов, и отрезок волновода, при этом диэлектрический каркас спирали сделан полым, в центре экрана выполнено отверстие по форме волновода, который прикреплен к контуру отверстия с противоположной от спирали стороны, а диэлектрический стержень установлен внутри диэлектрического каркаса, причем согласующим концом помещен в волновод соосно со спиралью с возможностью перемещения и образует с волноводом диэлектрическую антенну, рассчитанную на верхнюю частоту, при этом отношение нижней (fн) и верхней (fв) частот удовлетворяет условию fн/fв 1/2 при 10000 fв 2000 МГц.</p>>

 

Изобретение относится к антеннам. Техническим результатом является обеспечение работы в двух частотных диапазонах. Двухдиапазонная спиральная антенна включает две однодиапазонные антенные секции, каждая из которых имеет схему возбуждения, заземленный слой, находящийся напротив схемы возбуждения, и группу из одного или нескольких излучателей, вытянутых от схемы возбуждения. Согласно одному из аспектов изобретения контакт вытянут от схемы возбуждения одной из антенн и обеспечивает возбуждение для этой антенны. Контакт также обеспечивает путь для протекания тока из излучателей второй антенны вдоль оси второй антенны, чтобы тем самым увеличить энергию, излучаемую в направлениях, перпендикулярных к оси. Согласно еще одному признаку изобретения заземленный слой одной антенны используется в качестве короткозамыкающего кольца для другой антенны. 3 с. и 22 з.п.ф-лы, 23 ил.

Предшествующий уровень техники I. Область техники Настоящее изобретение относится к антеннам. Более конкретно, настоящее изобретение относится к новой и улучшенной двухдиапазонной спиральной антенне, имеющей связанные (электромагнитно) излучательные сегменты.

II. Уровень техники Современные  устройства персональной связи  находят успешное и широко  распространяемое использование  в многочисленных мобильных и  портативных приложениях. Для традиционных  мобильных применений желание  минимизировать размер устройства  связи, такого как, например, мобильный  телефон, привело к небольшому  снижению габаритов и массы  устройства. Однако поскольку популярность  портативных и ручных применений  увеличивается, то резко возросла  потребность в устройствах все  меньших по размеру. Последние  разработки в области технологии  изготовления процессоров, технологии  изготовления аккумуляторов и  технологии изготовления средств связи позволили за последние несколько лет очень существенно снизить размер и вес портативных устройств.

Антенные устройства - это та область, в которой требуется снижение размеров. Размер и вес антенны играет важную роль в снижении габаритов и массы устройств связи. Полный размер антенны может влиять на размер корпуса устройства. Антенны с меньшим диаметром и более короткой длиной могут обеспечить меньшие размеры устройства в целом, а также и меньшие размеры корпуса.

Размер устройства - это не единственный фактор, который должен учитываться при конструировании антенн для портативных применений. Другим фактором, который должен учитываться при конструировании антенн, является ослабление и/или эффекты затенения, возникающие из-за близости к антенне пользователя при нормальных режимах работы. Кроме того, еще одним фактором являются параметры линии связи, такие как, например, диаграммы направленности антенны и рабочие частоты.

Антенна, которая находит широкое использование в спутниковых системах связи, - это спиральная антенна. Одной из причин популярности спиральной антенны в спутниковых системах является ее способность создавать и принимать излучение с круговой поляризацией, используемое в таких системах. Кроме того, поскольку спиральная антенна способна создавать диаграмму направленности, которая близка к полусферической, спиральная антенна особенно хорошо подходит для использования в спутниковых системах мобильной связи и в навигационных спутниковых системах.

Традиционные спиральные антенны изготавливаются путем скручивания излучателей антенны в спиральную структуру. Обычная спиральная антенна - это четырехзаходная (четырехэлементная) спиральная антенна, в которой используются четыре излучателя, пространственно разнесенные равномерно вокруг сердечника и возбуждаемые в фазовой квадратуре (т.е. излучатели возбуждаются сигналами, которые отличаются по фазе на одну четверть периода или 90o). Длина излучателей обычно кратна целому числу четверти длины волны рабочей частоты устройства связи. Диаграммы направленности антенны обычно настраиваются путем изменения шага излучателя, длины излучателя (кратна целому числу четверти длины волны) и диаметру сердечника.

Обычная спиральная антенна может быть изготовлена с использованием проволочной или полосковой технологии. При полосковой технологии излучатели антенны протравливаются или наносятся на тонкую гибкую основу. Излучатели располагаются так, чтобы они были параллельны друг другу, но были под тупым углом к сторонам (или краям) основы. Затем основа формируется или скатывается в цилиндрическую, коническую или другую соответствующую форму, в результате чего полосковые излучатели приобретают форму спирали.

Однако эта традиционная спиральная антенна также имеет длину излучателей, равную кратному целому четверти длины волны резонансной частоты; в результате полная длина антенны больше, чем длина, необходимая для некоторых портативных или мобильных применений.

Кроме того, в применениях, где передача и прием сигналов связи осуществляется на разных частотах, требуются двухдиапазонные антенны. Однако часто имеющиеся двухдиапазонные антенны не обладают требуемой конфигурацией. Например, один из способов изготовления двухдиапазонной антенны состоит в том, что две однодиапазонные четырехзаходные спиральные антенны составляются ярусно торец к торцу так, что они образуют единый цилиндр. Однако недостаток такого решения заключается в том, что антенна длиннее, чем та, которая могла бы потребоваться для портативных или переносных устройств.

В соответствии с другой технологией обеспечения работы на двух диапазонах использовались две отдельные однодиапазонные антенны. Однако для переносных устройств такие две антенны должны быть расположены в непосредственной близости друг от друга. Две однодиапазонные антенны, расположенные вблизи друг от друга на портативных или переносных устройствах, будут приводить к взаимодействию между этими двумя антеннами, приводя к ухудшению рабочих параметров и к нежелательным помехам.

Раскрытие изобретения Настоящее изобретение реализуется в новой улучшенной двухдиапазонной спиральной антенне, имеющей две группы из одного или нескольких спирально скрученных излучателей. Излучатели скручены или накручены так, что антенна имеет цилиндрическую, коническую или другую соответствующую форму для того, чтобы оптимизировать или, по-другому, получить требующиеся диаграммы направленности антенны. Согласно изобретению одна группа излучателей предназначена для работы на первой частоте, а вторая группа излучателей выполнена для работы на второй частоте, которая предпочтительно отличается от первой частоты. Каждая группа излучателей имеет соответствующую схему возбуждения для получения сигналов, возбуждающих излучатели. Таким образом, двухдиапазонная антенна может быть описана как состоящая из двух однодиапазонных антенн, причем каждая однодиапазонная антенна имеет излучательную часть и возбуждающую часть.

Для обеспечения двухдиапазонной работы в объединенном антенном блоке две группы излучателей и соответствующие им схемы возбуждения (т.е. две однодиапазонные антенны) составляются ярусно или располагаются торец к торцу так, что они оказываются соосно ориентированными по отношению друг к другу.

В одном из вариантов составленные антенны располагаются так, что они имеют одну и ту же ориентацию. То есть, их возбуждающие части ориентированы в направлении одного конца двухдиапазонной антенны, а их излучательные части ориентированы в направлении другого конца. Следовательно, части двухдиапазонной антенны, от одного конца антенны до другого, следующие: излучательная часть первой однодиапазонной антенны, возбуждающая часть первой однодиапазонной антенны, излучательная часть второй однодиапазонной антенны и возбуждающая часть второй однодиапазонной антенны.

В одном из вариантов каждый излучатель из по меньшей мере одной группы излучателей состоит из двух излучательных сегментов. Один излучательный сегмент вытянут в виде спирали от первого конца излучательной части антенны в направлении другого конца излучательной части. Второй излучательный сегмент вытянут в виде спирали от центральной области двухдиапазонной антенны (т.е. от другого конца излучательной части второй однодиапазонной антенны) в направлении первого конца излучательной части.

В этом варианте каждый сегмент в группе физически отделен от соседнего сегмента (соседних сегментов) в этой группе, но электромагнитно с ним связан. Длина сегментов в группе выбирается так, чтобы группа (т.е. излучатель(и)) резонировала на конкретной частоте. Поскольку сегменты в группе физически отделены друг от друга, но электромагнитно связаны друг с другом, длина, на которой излучатель резонирует, для заданной частоты может быть выполнена более короткой, чем длина излучателя обычной спиральной антенны.