Спиральді антенналар

Вследствие такой структуры электромагнитная энергия из первого сегмента излучателя в первой группе связана со вторым сегментом этого излучателя. Эффективная электрическая длина этих объединенных сегментов вызывает резонанс излучателя в первой группе, состоящей из одного или более излучателей, на заданной частоте.

Достоинство этого варианта с несколькими связанными сегментами состоит в том, что антенна легко может быть настроена на заданную частоту путем регулировки или подгонки длины излучательных сегментов. Поскольку излучатели не являются одной непрерывной линией, а выполняются в виде набора из двух или более сегментов, длина сегментов легко изменяется после того, как антенна изготовлена, чтобы должным образом настраиваться на частоту антенны. Кроме того, полная диаграмма направленности антенны, по существу, не изменяется при настройке, поскольку сегменты могут быть подогнаны без изменения места их расположения.

В другом варианте элементы двухдиапазонной антенны располагаются на основе так, что заземленный слой для возбуждающей части первой однодиапазонной антенны используется как короткозамыкающее кольцо вокруг конца излучателей второй однодиапазонной антенны. Вследствие такой конфигурации нет необходимости в какой-либо дополнительной структуре для обеспечения функции короткого замыкания, что позволяет антенне резонировать при длине, равной половине длины волны резонансной частоты, умноженной на четное целое число.

В еще одном варианте схема возбуждения, используемая для формирования фазовых сигналов для излучателей, модифицирована для экономии пространства (места). А конкретно, части схемы возбуждения размещены на излучательной части антенны, вследствие чего закрывается меньшая область возбуждающей части. В результате полный размер антенны может быть уменьшен и снижается величина потерь в линии подачи питания (возбуждающих сигналов).

В еще одном варианте антенны предлагается контакт для подачи сигнала на первую однодиапазонную антенную секцию. Контакт вытянут от возбуждающей части первой однодиапазонной антенны. Когда антенне придается форма цилиндра или другая соответствующая форма, контакт совмещается с осью антенны. А конкретно, в предпочтительном варианте контакт вытянут радиально внутрь для формирования конструкции, в которой линия подвода питания расположена по центру антенны. Следовательно, контакт и линия питания не влияют на диаграмму направленности второй однодиапазонной антенны.

Достоинство изобретения состоит в том, что диаграммы направленности антенны могут подстраиваться для получения максимального уровня сигнала (напряженности поля) в одном направлении вдоль оси антенны. Следовательно, для определенных приложений, таких как, например, спутниковые системы связи, диаграммы направленности антенны могут быть оптимизированы для получения максимального уровня сигнала в направлении вверх, наружу от земли.

Другое достоинство изобретения состоит в том, что ток, протекающий от излучателей второй антенны в контакт первой антенны, стремится расширить диаграмму направленности первой антенны. Эта тенденция сделать антенну более подходящей для определенных приложений спутниковой связи используется в системах связи, когда спутники вращаются на низкой околоземной орбите.

Краткое описание чертежей Особенности и достоинства настоящего изобретения станут более явными из нижеизложенного подробного описания варианта изобретения с учетом чертежей, на которых аналогичные элементы обозначены одними и теми же номерами позиций. Кроме того, слева стоящая цифра(ы) в номере позиции указывает на номер чертежа, на котором эта позиция появилась впервые.

Фиг.1А - схема, иллюстрирующая обычную проволочную четырехзаходную спиральную антенну.

Фиг. 1В - схема, иллюстрирующая обычную полосковую четырехзаходную спиральную антенну.

Фиг. 2А - схема, иллюстрирующая плоскостное отображение четырехзаходной спиральной антенны с разомкнутым контуром или с разомкнутыми выводами.

Фиг. 2В - схема, иллюстрирующая плоскостное отображение четырехзаходной спиральной антенны с короткозамкнутым контуром.

Фиг. 3 - схема, иллюстрирующая распределение тока по излучателю четырехзаходной спиральной антенны с короткозамкнутым контуром.

Фиг. 4 - схема, иллюстрирующая дальнюю поверхность протравленной основы полосковой спиральной антенны.

Фиг. 5 - схема, иллюстрирующая ближнюю поверхность протравленной основы полосковой спиральной антенны.

Фиг. 6 - схема, иллюстрирующая перспективу протравленной основы полосковой спиральной антенны.

Фиг. 7А - схема, иллюстрирующая излучатель с несколькими связанными сегментами, с разомкнутым контуром, имеющий пять связанных сегментов, в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 7В - схема, иллюстрирующая пару короткозамкнутых излучателей с несколькими связанными сегментами в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 8А - схема, иллюстрирующая плоское отображение четырехзаходной спиральной антенны короткозамкнутой, с несколькими связанными сегментами в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 8В - схема, иллюстрирующая четырехзаходную спиральную антенну с несколькими связанными сегментами, в форме цилиндра в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 9А - схема, иллюстрирующая перекрытие   сегментов излучателя и промежуток s между сегментами в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 9В - схема, иллюстрирующая пример распределения токов излучательных сегментов спиральной антенны с несколькими связанными сегментами.

Фиг.10А - схема, иллюстрирующая два точечных источника, излучающих сигналы, отличающиеся по фазе на 90o.

Фиг. 10В - схема, иллюстрирующая диаграмму направленности по напряженности поля для точечных источников, проиллюстрированных на фиг.10А.

Фиг. 10С - схема, иллюстрирующая диаграмму направленности по напряженности поля с круговой поляризацией для обычной спиральной антенны и диаграмму направленности по напряженности поля с круговой поляризацией для спиральной антенны, имеющей контакт для подвода питания, совмещенный с осью антенны.

Фиг. 11 - схема, иллюстрирующая вариант, в котором каждый сегмент расположен на эквидистантном расстоянии от сегментов с любой стороны.

Фиг. 12 - схема, иллюстрирующая пример выполнения антенны с несколькими связанными сегментами согласно одному из вариантов изобретения.

Фиг.13 - схема, иллюстрирующая плоскостные отображения поверхностей ярусно составленной двухдиапазонной спиральной антенны в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг.14 - схема, иллюстрирующая плоскостные отображения поверхностей ярусно составленной двухдиапазонной спиральной антенны в соответствии с одним из вариантов изобретения, в котором точки возбуждения (подачи сигнала) для излучателей расположены на расстоянии от схемы возбуждения.

Фиг. 15 - схема, иллюстрирующая плоскостное отображение контакта, используемого для подачи питания (сигнала возбуждения) на антенну, представляющую собой ярусно составленную двухдиапазонную спиральную антенну, в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг.16 - схема, иллюстрирующая примерные размеры для ярусно составленной двухдиапазонной спиральной антенны в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг.17 - схема, иллюстрирующая пример обычной схемы возбуждения с квадратурными сигналами.

Фиг.18 - схема, иллюстрирующая схему возбуждения, имеющая части, которые проходят в излучатели антенны, в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 19 - схема, иллюстрирующая схемы возбуждения с сигнальными дорожками, включая пути подачи сигналов, для антенн согласно одному из вариантов изобретения.

Фиг.20 - схема, иллюстрирующая конфигурацию для заземленного слоя антенны, согласно одному из вариантов изобретения.

Фиг. 21 - схема, иллюстрирующая заземленные слои и сигнальные дорожки двухдиапазонной антенны, наложенные согласно одному из вариантов изобретения.

Фиг. 22А - схема, иллюстрирующая конструкцию для закрепления антенны в цилиндрической или другой соответствующей форме в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг.22В-22Е - схемы, иллюстрирующие формирование антенны в форме цилиндра или другой соответствующей форме в соответствии с вариантом, проиллюстрированном на фиг.22А.

Фиг.23А - схема, иллюстрирующая каркас, подходящий для использования при удерживании антенны в форме цилиндра или другой соответствующей форме, согласно одному из вариантов.

Фиг. 23В и 23С - схемы, иллюстрирующие формирование антенны в форме цилиндра или другой соответствующей форме в соответствии с вариантом, проиллюстрированном на фиг.23А.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения I. Обзор и обсуждение изобретения Настоящее изобретение направлено на создание двухдиапазонной спиральной антенны, способной резонировать на двух различных рабочих частотах. Две спиральные антенны ярусно составлены торец к торцу, при этом одна антенна резонирует на первой частоте, а другая антенна резонирует на второй частоте. Каждая антенна имеет излучательную часть, содержащую один или несколько спирально скрученных излучателей. Каждая антенна также имеет возбуждающую часть, содержащую схему возбуждения и заземленный слой. Имеется контакт для подачи сигнала на первую однодиапазонную антенну. Контакт вытянут от возбуждающей части первой однодиапазонной антенны. Когда антенна сформирована в виде цилиндра или другой соответствующей формы, то контакт совмещается с осью антенны. А более конкретно, в предпочтительном варианте контакт вытянут в радиальном направлении внутрь антенны для того, чтобы получить запитывающую структуру, расположенную по центру. Ниже подробно описано, как это реализуется в соответствии с несколькими вариантами изобретения.

II. Примерные условия эксплуатации В широком смысле изобретение может быть реализовано в любой системе, для которой может использоваться технология спиральных антенн. Одним из примеров таких условий эксплуатации (применений) является система связи, в которой пользователи, имеющие стационарно установленные, мобильные и/или портативные телефоны, связываются с партнерами по спутниковому каналу связи. При этих условиях эксплуатации требуется, чтобы телефон имел антенну, настроенную на частоту спутникового канала связи.

Настоящее изобретение раскрыто через терминологию этих условий эксплуатации. Описание представлено в этих терминах только для удобства. Предполагается, что изобретение не ограничивается применением только в этих условиях эксплуатации. Фактически, после прочтения нижеприведенного описания специалистам в данной области техники станет очевидным, как можно реализовать изобретение в других условиях эксплуатации.

III. Обычная спиральная антенна Перед подробным раскрытием вариантов выполнения изобретения полезно описать излучательную часть некоторых обычных спиральных антенн. А конкретно, в этом разделе документа описаны излучательные части некоторых традиционных четырехзаходных спиральных антенн. Фиг.1А и 1В - схемы, иллюстрирующие излучательную часть 100 обычной четырехзаходной спиральной антенны проволочного типа и полоскового типа соответственно. Излучательная часть 100, проиллюстрированная на фиг.1А и 1В, является частью четырехзаходной спирали антенны, это означает, что она имеет четыре излучателя 104, работающих в фазовой квадратуре. Как показано на фиг.1А и 1В, излучатели 104 закручены для получения круговой поляризации.

Фиг. 2А и 2В - это схемы, иллюстрирующие плоскостное отображение излучательной части обычных четырехзаходных спиральных антенн. Другими словами, фиг. 2А и 2В иллюстрируют излучатели, как они будут выглядеть, если цилиндр антенны развернуть на плоской поверхности.

Фиг. 2А - это схема, иллюстрирующая четырехзаходную спиральную антенну с разомкнутым контуром или с разомкнутыми выводами на дальнем конце. Для такой конфигурации резонансная длина l излучателей 208 равна четверти длины волны требующейся резонансной частоты, умноженной на нечетное целое число (кратна нечетному целому четверти длины волны).

Фиг. 2В - схема, иллюстрирующая четырехзаходную спиральную антенну, которая является короткозамкнутой или электрически соединенной на дальнем конце. В этом случае резонансная длина l излучателей 208 равна четверти длины волны требующейся резонансной частоты, умноженной на четное целое число. Заметим, что в обоих случаях эта установленная резонансная длина l является приблизительной, поскольку обычно требуется небольшая коррекция для того, чтобы скомпенсировать неидеальные короткозамкнутые или разомкнутые выводы.

Фиг. 3 - схема, иллюстрирующая плоскостное отображение излучательной части четырехзаходной спиральной антенны 300, которая включает излучатели 208, имеющие длину l= /2, где   - длина волны требующейся резонансной частоты антенны. Кривая 304 представляет относительную величину тока для сигнала на излучателе 208, который резонирует на частоте f=v/ , где v - скорость сигнала в среде.

Примерные реализации четырехзаходной спиральной антенны, выполненной, используя технологии печатной платы (полосковая антенна), описаны более подробно со ссылками на фиг.4-6. Полосковая четырехзаходная спиральная антенна состоит из полосковых излучателей 104А-104D, протравленных в диэлектрической основе 406. Основа представляет собой тонкий гибкий материал, который скручен в цилиндрическую, коническую или другую соответствующую форму так, что излучатели 104А-104D становятся спирально закрученными относительно центральной оси цилиндра.

Фиг. 4-6 иллюстрируют элементы, используемые для изготовления четырехзаходной спиральной антенны 100. Фиг.4 и 5 представляют изображение дальней поверхности 400 и ближней поверхности 500 основы соответственно. Антенна 100 включает излучательную часть 404 и возбуждающую часть 408.

В вариантах, описанных и проиллюстрированных здесь, антенны описываются, как изготовленные путем формирования основы в виде цилиндрической формы, причем ближняя поверхность находится на наружной поверхности сформированного цилиндра. В других вариантах основа формируется в виде цилиндрической формы, при этом на наружной поверхности цилиндра находится дальняя поверхность.