HU191908B - Flat Archimedian Spiral Antenna with Closed Spot Cavity, Broadband Range Directed and Circularly Polarized Radiation Radius - Google Patents

Flat Archimedian Spiral Antenna with Closed Spot Cavity, Broadband Range Directed and Circularly Polarized Radiation Radius Download PDF

Info

Publication number
HU191908B
HU191908B HU436883A HU436883A HU191908B HU 191908 B HU191908 B HU 191908B HU 436883 A HU436883 A HU 436883A HU 436883 A HU436883 A HU 436883A HU 191908 B HU191908 B HU 191908B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
antenna
reflector
structure according
spiral antenna
antenna structure
Prior art date
Application number
HU436883A
Other languages
Hungarian (hu)
Other versions
HUT35424A (en
Inventor
Jozsef Kapor
Original Assignee
Jozsef Kapor
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jozsef Kapor filed Critical Jozsef Kapor
Priority to HU436883A priority Critical patent/HU191908B/en
Publication of HUT35424A publication Critical patent/HUT35424A/en
Publication of HU191908B publication Critical patent/HU191908B/en

Links

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Lépcsős szerkezetű reflektorüreggel lezárt, széles sávban irányított és körösenpolarizáltsugárzásiteret megvalósító önkomplementer típusú sík szimmetrikustáplálású archimedesispirálantenna azzal jellemezve,hogy az előírt működésisáv a minimális lépcsőszám feltételének eleget téve .....8:4:2:1.... aránynak megfelelő részsávokra van osztva és az egyes lépcsősíkok távolsága a spirálantenna síkjától ahol \ az i-edík lépcsősík által átfogott frekvencia tartomány sávközép! frekvenciájából számított hullámhossz.A self-complementary planar symmetrically fed Archimedean spiral antenna, closed with a stepped reflector cavity, realizing a broad-band directed and circularly polarized radiation field, characterized in that the prescribed operating band is divided into subbands corresponding to the ratio .....8:4:2:1...., satisfying the condition of the minimum number of steps, and the distance of each step plane from the plane of the spiral antenna is where \ is the wavelength calculated from the band center frequency of the frequency range covered by the i-th step plane.

Description

A találmány tárgya olyan lépcsős szerkezetű reflektor (ill. reflektorüreg) alkalmazása, amely biztosítja a sajátosan kiképzett reflektorüreg szájára helyezett sík szimmetrikus táplálású archimedesi spirálantenna szélessávú működését.The present invention relates to the use of a stepped structure reflector (or reflector cavity) which provides broadband operation of a flat symmetrical powered Archimedean spiral antenna placed on the mouth of a specially shaped reflector cavity.

Az 1950-es évek közepén Turner által bevezetett archimedesi spirálantenna típus alkalmazása az 500 MHz-től néhány GHz-es tartományig terjedő frekvenciatartományban vált általánossá. Az antennatípus 500 MHz feletti felhasználását a viszonylag nagy geometriai méretek, 10 GHz felett pedig konstrukciós problémák korlátozzák.In the mid-1950s, the use of the Archimedean spiral antenna type introduced by Turner became commonplace in the frequency range of 500 MHz to a few GHz. The use of the antenna type above 500 MHz is limited by relatively large geometric dimensions and above 10 GHz by design problems.

A magában álló (reflektor nélküli) axiális működési módban gerjesztett önkomplementer (a vezetőkarok szigetelőközök szélessége azonos) típusú sík archimedesi spirálantennával a gyakorlatban 7:1,8:1 arányú frekvenciafogást is elértek. Azonban a magában álló axiális sugárzási módban működő spirálantennának az a tulajdonsága, hogy a spirál síkjára merőleges tengely mentén mindkét irányban sugároz, erősen korlátozza a f elhasználását.In practice, with a single Archimedes helical antenna excited in the axial mode (without reflector), self-complementary (with the same width of the joystick inserts), a frequency response of 7: 1.8: 1 was achieved. However, the property of a helical antenna operating in its own axial mode of radiation to radiate in both directions along an axis perpendicular to the spiral plane severely limits the use of f.

A sugárzás irányítottá (egyirányúv)á tehető ugyan a spirál mögé helyezett reflektortükör segítségével, de ebben az esetben az antenna sávszélessége jelentősen leszűkül. A szakirodalomban található irányított sugárzást biztosító antennamegoldások maximálisan 2:The radiation can be directed (unidirectional) by means of a reflector placed behind the spiral, but in this case the bandwidth of the antenna is significantly reduced. In the literature, antenna solutions providing directional radiation are limited to a maximum of 2:

arányú frekvenciasáv átfogását teszik lehetővé anélkül, hogy az antenna sávközépen mutatott tulajdonságai lényegesen megváltoznának. Ismeretesek ugyan olyan megoldások is, amelynél a frekvenciasáv átfogása 2:1 arányúnál lényegesen nagyobb, de a megadott működési sávban az antennaparaméterek (elsősorban az antennanyereség) jelentősen változnak.frequency range without substantially changing the antenna characteristics in the center of the band. There are also known solutions in which the bandwidth is significantly greater than 2: 1, but the antenna parameters (especially the gain of the antenna) change significantly in the given operating band.

A találmány tárgyát képező reflektorkiképzés úgy teszi lehetővé a sávszélesség elvileg tetszés szerinti arányban való kiterjesztését, hogy az antennajellemzők nem változnak nagyobb mértékben, mint az általánosan használt 2:1 arányú frekvenciasávot átfogó antennák esetében.The reflector design of the present invention allows the bandwidth to be expanded in any proportion, in principle, so that the antenna characteristics do not change much more than with commonly used antennas having a frequency band of 2: 1.

A sávszélességnek a találmányi leírásban megadott módon megvalósítható kiterjesztését az a jól ismert (elméletileg is igazolt) tény alapozza meg, hogy valamely frekvencián a spirálantenna felületéből (pontosabban a felületet alkotó menetekből) nem csak egykét menet és nem is teljes apertúra (felület), hanem egy konkrét szélességű körgyűrű felület sugároz intenzíven. A spirálantennák működését magyarázó áramsáv-elméletből ismert, hogy az antenna gerjesztési frekvenciáját változtatva ez az aktív v. sugárzó gyűrű vándorol (tágul, ill. szűkül) az apertúra belső és külső menetei között.The extension of bandwidth in the manner described herein is based on the well-known (theoretically proven) fact that at a frequency from the surface of the spiral antenna (more specifically, the threads forming the surface), not only one thread and not a full aperture (surface). radial surface of a particular width radiates intensely. Current band theory, which explains the operation of spiral antennas, is known to change the active frequency of the antenna by changing the excitation frequency of the antenna. a radiating ring wanders (widens or narrows) between the inner and outer strands of the aperture.

A sávszélesség kiterjesztését megvalósító módszer lényege: olyan feltételek teremtése, melynél a frekvenciaváltás hatására elmozduló sugárzó körgyűrű az aktuális frekvenciának megfelelően mindig az optimális beállítást jelentő λ/4 távolságra lássa az antenna mögött elhelyezett reflektort.The essence of the bandwidth extension method is to create conditions in which the radiating ring displaced by the frequency change always sees the reflector behind the antenna at the optimum tuning distance λ / 4 according to the current frequency.

Az ábrán vázolt reflektorüregnek a lépcsős kiképzésével, ha nem is valamennyi diszkrét frekvencián, de frekvenciasávonként biztosítható ez az elvárás. MivelThe stepped design of the reflector cavity shown in the figure, if not at all discrete frequencies, but within each frequency band, can meet this requirement. because

908 B 2 egy-egy lépcsővel (a hagyományos reflektorüreges v. „egylépcsős” antennához hasonlóan) maximálisan 2: 1 arányú frekvenciasáv fogható át, ennek megfelelően egy szokásosnál szélesebb sávú antenna megvalósításához a frekvenciasávot a minimális lépcsőszámra törekedve (ugyanis ekkor a legkevesebb a zavaró élek száma) a ....8 :4:2:1 :....stb. arány szerint kell felosztani. Amennyiben a megadott alsó és felső határfrekvenciákra ez a felosztás nem végezhető el, akkor a működési sávot annyira kell önkényesen kiszélesíteni, hogy ez a felosztás megtehető legyen.908 B 2 provides a maximum bandwidth of 2: 1 with each step (similar to a traditional reflector-cavity or "single-step" antenna), thus aiming at a minimum number of steps to achieve a wider band than an ordinary antenna (since at this time, 8) 4: 2: 1: .... etc. should be divided according to proportion. If this division cannot be performed for the specified lower and upper cut-off frequencies, then the operating band must be arbitrarily widened so that this division can be made.

Ilyen módon a lépcsőszám növelésével elvileg tetszőlegesen széles sávban működő antenna készíthető. Pontosabban olyan sávszélesség érhető el, mint a magában álló spirálantenna esetében. A frekvenciasáv részsávokra osztása a max 2:1 aránytól eltérően kisebb arányok szerint is elvégezhető, de ebben az esetben nő a lépcsőszám és ezzel együtt a zavaró élek száma. /In this way, increasing the number of steps may, in principle, result in an antenna operating in any wide band. More precisely, bandwidth can be achieved as with a spiral antenna alone. The frequency band can be sub-divided into sub-bands in smaller ratios than the max 2: 1 ratio, but in this case the number of steps and thus the number of interfering edges increases. /

A találmány szerinti előnyös tulajdonságok a minimális lépcsőszámra tervezett antennák esetében érvényesülnek leginkább. Ezek az előnyös tulajdonságok:Advantageous features of the invention are particularly true for antennas designed for a minimum number of steps. These beneficial features are:

- A sajátos reflektorkiképzés lehetővé teszi, hogy egyszerű konstrukciós megoldással igen széles sávban irányított és körösen polarizált sugárzást hozzunk létre.- The special reflector design makes it possible to create a very wide band directional and circularly polarized radiation with a simple construction solution.

- Más azonos frekvenciatartományban működő és hasonló tulajdonságokkal rendelkező antennatípusokhoz képest (pld. kúpos spirál) mérete kisebb. A méretcsökkenés főleg az 50-500 MHz-es sávban működő antennáknál jelent lényeges különbséget. Ez a méretkülönbség szembetűnő, ha a 100-500 MHz-es sávban működő prototípus antennát a HTV által gyártott és ugyanebben a sávban működő kúpos logspirál antennával hasonlítjuk össze.- Its size is smaller compared to other types of antennas operating in the same frequency range and having similar characteristics (eg conical spiral). The reduction in size makes a major difference especially for antennas operating in the 50-500 MHz band. This difference in size is striking when comparing a prototype antenna operating in the 100-500 MHz band with a conical log spiral antenna manufactured by HTV and operating in the same band.

- A sík archimedesi spirál (vagy félkörökkel való közelítése) egyszerűbben és olcsóbban megvalósítható, mint egy kúp palástjára tekert logspirál antenna.- A flat Archimedes spiral (or semicircular approximation) is simpler and less expensive than a cone-coiled log spiral antenna.

Hátrányok: a lépcsők homlokához (az élekhez) rendelhető frekvenciákon (és annak kis Áf környezetében) az iránykarakterisztika alakját illetően kisebb torzítás várható nem jelentős nyereségcsökkenéssel.Disadvantages: At the frequencies that can be assigned to the stairs' front (edges) (and its low VAT), a slight distortion is expected with respect to the shape of the directional characteristic, with no significant reduction in profits.

Mivel az inhomogén szerkezetű üreg részletesebb matematikai vizsgálatát még nem végeztük el, az eltérések számítás útján jelenleg nem határozhatók meg. Azonban a találmány tárgyát képező megoldás igazolására készített prototípus antennáknál (2 db) a mérések során nrm tapasztaltunk kirívónak mondható eltérést az antenna jellemzők frekvenciamenetében.As a more detailed mathematical examination of the inhomogeneous cavity has not yet been carried out, the differences cannot be determined by calculation at present. However, in the case of prototype antennas (2) made in order to justify the invention, we found a remarkable deviation in the frequency response of the antenna characteristics during the measurements.

Mivel a prototípus antennák tervezésekor az élek okozta zavaró hatásoktól nem voltak tapasztalataink, mérési eredményeink, ezért a mintaantennáknál a lépcsők helyét (az éleket) olyan frekvenciák alapján határoztuk meg, melyek az antenna üzemszerű működésénél nem használatosak, ill. kevésbé jelentősek. Az antenna bemérését követően megállapítottuk, hogy ez az óvatosság szükségtelen volt.As the prototype antennas were designed with no experience of the interference caused by the edges, we did not have any measurement results, therefore the location of the stairs (edges) of the sample antennas was determined on the basis of frequencies that are not used during the antenna operation. less significant. After measuring the antenna, we found that this caution was unnecessary.

A prototípus antennák elkészítése, ül. üzemeltetése folyamán nyert tapasztalatokat az alábbiak szerint foglalhatjuk össze:Preparation of prototype antennas, sitting. experience gained during the operation can be summarized as follows:

-2HU 191 908 Β-2HU 191 908 Β

A két működő antenna bebizonyította, hogy a találmány tárgyát képező reflektormegoldással elvileg tetszőlegesen széles sávú antenna készíthető. A sávszélességet a gyakorlatban a felhasznált balun trafó sávszélessége, valamint a spirálantenna jellemzőinek, elsősorban a bemeneti impedanciának a frekvenciamenettel való nagyobb eltérése, ill. ingadozása korlátozza. Ugyanis az archimedesi spirálantenna nem származtatható le a V. H. Rumsay által levezetett és a szigorúan frekvenciafüggetlen antennák geometriáját megadó összegüggésből, mint pld. az egyetlen szöggel jellemezhető logspirál antenna.The two working antennas have proven that, in principle, the broadband antenna can be constructed with the reflector solution of the present invention. In practice, bandwidth is a function of the balun transformer bandwidth used, as well as a greater variation in the characteristics of the spiral antenna, in particular of the input impedance with frequency. fluctuation limits. In fact, the Archimedean spiral antenna cannot be derived from a relation derived by V. H. Rumsay, which gives the geometry of strictly frequency independent antennas, such as the single-angle log spiral antenna.

Ez az oka annak, hogy a magában álló spirálantennánál az antennajellemzők a frekvenciával, ha lassan is, de változnak. így a sávszélesség kiterjesztésénél a gyakorlatban a legnagyobb problémát a bemeneti impedancia ingadozásának a minél szélesebb sávban való kompenzálása jelenti.This is the reason why the antenna characteristics of a stand-alone spiral antenna change with frequency, though slowly. Thus, in practice, the greatest problem with bandwidth expansion is to compensate for the variation of the input impedance over the widest band.

Az antenna bemeneti impedanciájának és egyéb jellemzőinek a frekvenciával való változása csökkenthető (lassítható), ha az antenna apertúráján sugárirányban kifelé haladva a kardszélességet frekvenciasávonként (lépcsőnként) ugrásszerűen úgy növeljük meg, hogy ezekben a tartományokban, vagyis az egyes lépcsősíkok felett, a menetszám azonos (ill. közel azonos) maradjon. Az így megvalósított antennát egy szorosan tekercselt (a«l; r-exp a<£>; ahol „a” spirálállandó) logspirál antenna diszkrét közelítésének foghatjuk fel, melynek megfelelően az antennajellemzők a frekvenciának egy lassabban változó függvényeivé válnak.The frequency change of the antenna input impedance and other characteristics can be reduced (slowed down) by stepwise increasing the sword width per frequency band (step) by radially outwardly moving the aperture of the antenna so that in these ranges, i.e. (almost the same). The antenna thus realized can be seen as a discrete approximation of a tightly coiled (coil constant a <1; r-exp a <£>; where a is a helix), whereby the antenna characteristics become a slower-changing function of the frequency.

A’lépcső üreg szájára szerelt sík archimedesi spirálantenna külső meneteit célszerű disszipatív (elnyelő) tulajdonságú anyaggal bevonni ül. a végeket megfelelően lezárni a végekről reflektált hullámok káros hatásának a kiküszöbölése ül. csökkentése végett. Ez a megoldás az antenna geometriai méretének a csökkentését teszi lehetővé. Ugyanis nincs szükség azoknak a legszélső meneteknek a meghagyására, melyeknek a szerepe csupán a reflektált hullámok hatásának a csökkentése.The external threads of a flat Archimedean spiral antenna mounted on the mouth of a stairwell are preferably covered with a material having dissipative properties. sealing the ends properly eliminates the detrimental effects of waves reflected from the ends. to reduce it. This solution allows you to reduce the size of the antenna geometry. It is not necessary to leave the outermost turns, whose role is merely to reduce the effect of the reflected waves.

Claims (8)

SZABADALMI IGÉNYPONTOKPATENT CLAIMS 1. Lépcsős szerkezetű reflektorüreggel lezárt, széles sávban irányított és körösen polarizált sugárzási teret megvalósító önkomplementer típusú sík szimmetrikus táplálású archimedesi spirálantenna, azzal jellemezve, hogy az előírt működési sáv a minimális lépcsőszám feltételének eleget léve ....8:4:2:1.... aránynak megfelelő részsávokra van osztva és az egyes lépcsősíkok távolsága a spirálantenna síkjától ahol \ az i-edik lépcsősík által átfogott frekvenciatartomány sávközépi frekvenciájából számított hullámhossz. (Lábra)A self-complementary flat symmetric powered archimedes helix antenna with a stepped structure reflector cavity, providing a broadband directional and circularly polarized radiation field, characterized in that the specified operating range meets the minimum step ratio condition ... 8: 4: 2: 1. is divided into sub-bands corresponding to the ratio ... and the distance of each step plane from the plane of the spiral antenna where \ is the wavelength of the center frequency of the frequency range encompassed by the i-th step plane. (Ft) 2. Az 1. igénypont szerinti antennaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a működési sáv a minimális lépcsőszámot biztosító 2:1 aránjú frekvenciaátfogástól eltérően van felosztva úgy, hogy a lépcsők közül egyetlen, egy sem valósít meg 2:1 arányúnál nagyobb sávátfogást.Antenna structure according to Claim 1, characterized in that the operating band is divided differently from the 2: 1 frequency coverage providing a minimum number of steps, so that none of the steps achieves a band coverage greater than 2: 1. 3. Az 1. igénypont alatti antennaszerkezet, azzal jellemezve , hogy a minimális lépcsőszám alapján kialakított reflektor fölé helyezett nyomtatott sík spirálantenna vezetőkarjának a szélessége lépcsőnként úgy van kialakítva, hogy a 2:1 arányú frekvenciasávokat átfogó lépcsősíkok felett a menetszám állandó maradjon.Antenna structure according to Claim 1, characterized in that the width of the lever of the printed flat helix antenna above the reflector formed on the basis of the minimum number of steps is formed so that the number of passes remains constant over the step planes encompassing the 2: 1 frequency bands. 4. Az 1-3. igénypontok szerinti antennaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a lépcsős reflektor elé helyezett sík archimedesi spirálantenna nem önkomplementer (komplementer) felépítésű.4. Antenna structure according to claims 1 to 5, characterized in that the planar archimedean spiral antenna placed in front of the step reflector is not self-complementary. 5. Az 1-3. igénypontok szerinti antennaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a lépcsős reflektor elé helyezett sík archimedesi spirálantenna egykaros megoldású (aszimmetrikus táplálású).5. Antenna structure according to claims 1 to 5, characterized in that the planar archimedean spiral antenna placed in front of the step reflector is a single-arm (asymmetrical power supply). 6. Az 1-4. igénypontok szerinti antennaszerkezet azzal jellemezve, hogy a legszélső menetek végei disszipatív (elnyelő) anyaggal van bevonva, ill. lezárva, melynek megfelelően az antennaszerkezet mérete átmérőben kisebb.6. Antenna structure according to Claims 1 to 3, characterized in that the ends of the outermost threads are coated with a dissipative material. closed so that the size of the antenna structure is smaller in diameter. 7. Az 1-6. igénypontok szerinti antennaszerkezet, azzal jellemezve, hogy a lépcsős szerkezetű reflektor üregszáját szorosan tekerecselt (exp a<p; a<l, ahol „a” a spirálállandó) logspirál antenna zárja le.7. Antenna structure according to claims 1 to 3, characterized in that the cavity of the stepped reflector is closed by a tightly wound (exp a <p; a <l, where "a" is a helix constant) log spiral antenna. 8. Az 1-7. igénypontok szerinti antennaszerkezetek, azzal jellemezve, hogy a sík struktúrájú antennák különböző profilú (pl.8. Antenna structures according to claims 1 to 5, characterized in that planar antennas have different profiles (e.g. 0 ; 0 ; ςύ ;stb) vezetőből vannak kialakítva.0; 0; ςύ; etc) are made up of a leader.
HU436883A 1983-12-21 1983-12-21 Flat Archimedian Spiral Antenna with Closed Spot Cavity, Broadband Range Directed and Circularly Polarized Radiation Radius HU191908B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU436883A HU191908B (en) 1983-12-21 1983-12-21 Flat Archimedian Spiral Antenna with Closed Spot Cavity, Broadband Range Directed and Circularly Polarized Radiation Radius

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
HU436883A HU191908B (en) 1983-12-21 1983-12-21 Flat Archimedian Spiral Antenna with Closed Spot Cavity, Broadband Range Directed and Circularly Polarized Radiation Radius

Publications (2)

Publication Number Publication Date
HUT35424A HUT35424A (en) 1985-06-28
HU191908B true HU191908B (en) 1987-04-28

Family

ID=10967767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU436883A HU191908B (en) 1983-12-21 1983-12-21 Flat Archimedian Spiral Antenna with Closed Spot Cavity, Broadband Range Directed and Circularly Polarized Radiation Radius

Country Status (1)

Country Link
HU (1) HU191908B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
HUT35424A (en) 1985-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Teni et al. Research on a novel miniaturized antipodal Vivaldi antenna with improved radiation
US4169267A (en) Broadband helical antennas
US4658258A (en) Taperd horn antenna with annular choke channel
US20050017903A1 (en) Ultra wideband antenna
CN109643855B (en) Antenna feeder assembly of multi-band antenna and multi-band antenna
US20050237253A1 (en) Feed structure and antenna structures incorporating such feed structures
US20130201070A1 (en) Wireless communications device having loop waveguide transducer with spaced apart coupling points and associated methods
US20060082513A1 (en) Simultaneous multi-band ring focus reflector antenna-broadband feed
CN106785469A (en) Double-frequency coaxial feed and the antenna with it
US10109925B1 (en) Dual feed slot antenna
US4636798A (en) Microwave lens for beam broadening with antenna feeds
Terlapu et al. On the notch band characteristics of Koch fractal antenna for UWB applications
Nakano et al. Characteristics of modified spiral and helical antennas
CN116315619A (en) Ultra Wideband High Gain Helical Antenna
HU191908B (en) Flat Archimedian Spiral Antenna with Closed Spot Cavity, Broadband Range Directed and Circularly Polarized Radiation Radius
US4313122A (en) Open cavity radiating source excited by a dipole
Raj et al. A compact design of circularly polarized fractal patch antenna for 5G application
Ram et al. A Quad Band Sierpinski Trapezoidal Fractal Patch Antenna for Wireless Applications.
CN114759354B (en) Miniaturized broadband stable beam horn feed source antenna
CN101572349A (en) Small helical antenna
Hiratsuna et al. Dielectric Loaded Coaxial Grooves Horn with Ku/Ka feed systems for Low Cross Polarization use
Prasad et al. SIW slot fed circular dielectric rod antenna
Yu et al. A Low-profile Wideband Dielectric Resonator Antenna Suitable for Beam-forming Applications
Soni et al. Doubly helical antenna by spiro mode maintaining radiation
Prakash et al. A Rigid Coaxial Cable-Based Wideband Antenna

Legal Events

Date Code Title Description
HU90 Patent valid on 900628
HMM4 Cancellation of final prot. due to non-payment of fee