RU2265926C1 - Полусферическая спиральная антенна - Google Patents
Полусферическая спиральная антенна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265926C1 RU2265926C1 RU2004104514/09A RU2004104514A RU2265926C1 RU 2265926 C1 RU2265926 C1 RU 2265926C1 RU 2004104514/09 A RU2004104514/09 A RU 2004104514/09A RU 2004104514 A RU2004104514 A RU 2004104514A RU 2265926 C1 RU2265926 C1 RU 2265926C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spiral
- coaxial connector
- frequency coaxial
- metal screen
- matching device
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
- Support Of Aerials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области спиральных антенн, навитых на поверхностях вращения, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например на подвижных объектах. Техническим результатом является уменьшение осевых габаритов, согласование с передающей линией, комбинированный режим питания и расширенная полоса пропускания по коэффициенту стоячей волны. Полусферическая спиральная антенна содержит диэлектрическую полусферу 1, закрепленную с одной стороны металлического экрана 2, на которую намотан проводник 3 в виде спирали, первый высокочастотный коаксиальный соединитель 4, закрепленный с противоположной стороны металлического экрана, центральный проводник которого соединен с одним концом спирали, второй высокочастотный коаксиальный соединитель 5, закрепленный в центре металлического экрана со стороны первого высокочастотного коаксиального соединителя 4, согласующее устройство 6, установленное радиально внутри диэлектрической полусферы 1 перпендикулярно металлическому экрану 2, при этом центральный проводник второго высокочастотного коаксиального соединителя соединен с началом центрального проводника 7 согласующего устройства 6, а конец центрального проводника 8 согласующего устройства 6 соединен с другим концом спирали 3, коаксиальный тройник 9, выходные плечи 10 и 11 которого соединены со входами первого и второго высокочастотного коаксиального соединителя. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к области спиральных антенн, навитых на поверхностях вращения, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например на подвижных объектах.
Известна антенна, содержащая цилиндрическую спираль /1, стр.10, рис.В.8.а./ и коаксиальные линии, присоединенные к одному и другому концу спирали так, что возможны два режима питания антенны. Аналог работает следующим образом. Прямая волна Т1 создается в антенне путем подачи входного высокочастотного напряжения на начало спирали у основания. Волна тока в антенне распространяется от начала спирали у основания к концу спирали на вершине. Обозначим режим, при котором создается прямая волна, как режим ПВ.
Обратная волна T-1 создается в антенне путем подачи входного высокочастотного напряжения на конец спирали у вершины. Волна тока в антенне распространяется от конца спирали у вершины к ее началу у основания. Обозначим режим, при котором создается обратная волна, как режим OB.
Принято считать, что ПВ Т1 и ОВ Т-1 в антенне ортогональны, то есть мощности, переносимые каждой волной по спирали, независимы.
Недостатком аналога являются большие осевые габариты, отсутствие возможности одновременного питания двух входов (комбинированного режима).
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой антенне является малогабаритная спиральная антенна на полусферической поверхности /2, стр.53, рис.1./, проводники которой расположены в виде регулярной спирали на полусфере. Эта антенна проста в изготовлении. Недостатком прототипа являются отсутствие комбинированного режима питания антенны и сравнительно узкая полоса пропускания. Конструкция прототипа требует дополнительного согласующего устройства.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является задача создания антенны, согласованной с 50-омным трактом, имеющей уменьшенные осевые габариты, возможность комбинированного режима питания и расширение полосы частот пропускания.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является полусферическая спиральная антенна с уменьшенными, по сравнению с аналогом, осевыми габаритами, согласованная с передающей линией, имеющая комбинированный режим питания и расширенную полосу пропускания по коэффициенту стоячей волны (КСВ) К по уровню К≤2.3 на 5%.
Этот технический результат достигается тем, что в полусферической спиральной антенне, выполненной в виде диэлектрической полусферы, закрепленной с одной стороны металлического экрана, на которую намотан проводник с образованием спирали, первого высокочастотного коаксиального соединителя, закрепленного с противоположной стороны металлического экрана, соединенного с одним концом спирали, новым является то, что введены второй высокочастотный коаксиальный соединитель, закрепленный в центре металлического экрана со стороны первого высокочастотного коаксиального соединителя, согласующее устройство в виде коаксиальной линии с центральными проводниками экспоненциальной формы длиной l1 и цилиндрической формы длиной l2, соединенными последовательно так, что l1+l2=λ/4, которое установлено радиально внутри диэлектрической полусферы перпендикулярно металлическому экрану, при этом центральный проводник второго высокочастотного коаксиального соединителя соединен с началом центрального проводника согласующего устройства, а конец центрального проводника согласующего устройства соединен с другим концом спирали, коаксиальный тройник, выходные плечи которого соединены со входами первого и второго высокочастотного коаксиального соединителя, разница длин выходных плеч коаксиального тройника выбрана равной l3-l4=Δl34=(2n-1)λф/4, где n=1,2,3, λф - длина волны в фидере, l3 - длина выходного плеча коаксиального тройника, соединенного с первым коаксиальным соединителем, l4 - длина выходного плеча коаксиального тройника, соединенного со вторым коаксиальным соединителем.
Совокупность существенных признаков заявляемого технического решения позволяет в полусферической спиральной антенне уменьшить осевые габариты, понизить КСВ в диапазоне частот до уровня 2.3 и реализовать комбинированный режим питания антенны.
На фиг.1 приведен эскиз полусферической спиральной антенны. На фиг.2 приведены графики КСВ полусферической спиральной антенны.
Полусферическая спиральная антенна (фиг.1) содержит диэлектрическую полусферу 1, закрепленную с одной стороны металлического экрана 2, на которую намотан проводник 3 с образованием спирали, первый высокочастотный коаксиальный соединитель 4, закрепленный с противоположной стороны металлического экрана, центральный проводник которого соединен с одним концом спирали, второй высокочастотный коаксиальный соединитель 5, закрепленный в центре металлического экрана со стороны первого высокочастотного коаксиального соединителя 4, согласующее устройство 6 в виде коаксиальной линии с центральными проводниками экспоненциальной формы 7 длиной l1 и цилиндрической формы 8 длиной l2, соединенными последовательно так, что l1+l2=λ/4, которое установлено радиально внутри диэлектрической полусферы 1 перпендикулярно металлическому экрану 2, при этом центральный проводник второго высокочастотного коаксиального соединителя соединен с началом центрального проводника 7 согласующего устройства 6, а конец центрального проводника 8 согласующего устройства 6 соединен с другим концом спирали 3, коаксиальный тройник 9, выходные плечи 10 и 11 которого соединены со входами первого и второго высокочастотного коаксиального соединителя, разница длин выходных плеч коаксиального тройника выбрана равной l3-l4=Δl34=(2n-1)λф/4, где n=1,2,3,λф - длина волны в фидере, l3 - длина выходного плеча 11 коаксиального тройника 9, соединенного с первым высокочастотным коаксиальным соединителем 4, l4 - длина выходного плеча 10 коаксиального тройника 9, соединенного со вторым высокочастотным коаксиальным соединителем 5.
На фиг.2 приведены экспериментальные графики зависимости от частоты значения коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВ). Кривая 1 соответствует измерениям КСВ макета полусферической спиральной антенны без согласующего устройства, кривая 2 - с согласующим устройством.
Полусферическая спиральная антенна представляет собой антенну прямой и обратной волны с двумя входами.
Полусферическая спиральная антенна работает следующим образом
ВЧ напряжение СВЧ генератора подается на вход коаксиального тройника «Вход». Мощность генератора делится поровну между плечами коаксиального тройника. Напряжение через одно выходное плечо 10 коаксиального тройника подается на высокочастотный коаксиальный соединитель 4, соединенный с одним концом спирали у основания полусферы, через другое плечо 11 - на высокочастотный коаксиальный соединитель 5, соединенный через согласующее устройство с другим концом спирали у вершины полусферы. Далее прямая волна Т1 создается в антенне путем подачи входного высокочастотного напряжения на начало спирали у основания полусферы. Волна тока в антенне распространяется от начала спирали у основания полусферы к концу спирали на вершине. Обратная волна Т-1, создается в антенне путем подачи входного высокочастотного напряжения на конец спирали у вершины полусферы. Волна тока в антенне распространяется от конца спирали у вершины полусферы к ее началу у основания полусферы. Полусферическая спиральная антенна работает в комбинированном режиме, при котором одновременно существует прямая и обратная волна. При этом высокочастотное напряжение от генератора подается через коаксиальный тройник сразу на два входа. Длина плеч коаксиального тройника выбирается так, чтобы высокочастотное колебание, поступающее на один из входов, запаздывало относительно другого входа на время τ=π/2. В результате этого ПВ и ОВ в антенне находятся во временной квадратуре.
Полусферическая поверхность может быть изготовлена из любого диэлектрического материала, например, фторопласта Ф-4, пенополиуретана и т.п.
Проводник, образующий спираль может быть изготовлен из проволоки произвольного сечения, например, медной проволоки круглого сечения, диаметром 2.5 мм. Рекомендуемый продольный размер поперечного сечения проводника DП≤0.005 lв, где lв - длина проводника.
В качестве коаксиальных соединителей может быть использован любой высокочастотный коаксиальный промышленный соединитель, например СР50 - 150Ф или СР50 - 73Ф.
Внешний проводник 6 согласующего трансформатора может быть изготовлен из любой трубки, например латунной трубки типа «Труба ДКНМР16×10Л63 ГОСТ 494 - 75»
Центральные проводники 7 и 8 согласующего устройства могут быть изготовлены из латунных прутков любой марки, например ЛС59-1 ГОСТ 15527 - 74.
В целях подтверждения осуществляемости заявляемой полусферической спиральной антенны изготовлен макет антенны со следующими данными:
- рабочая частота f0=700 МГц;
- диаметр проводника спирали 2 мм;
- спираль регулярная, с постоянным шагом по дуге;
- спираль имеет один заход и четыре витка;
- радиус диэлектрической полусферы 75 мм;
- диаметр металлического экрана 250 мм;
- внешний диаметр согласующего устройства 16.6 мм;
- длина согласующего устройства 73 мм.
Покажем, что предлагаемая полусферическая спиральная антенна согласована с 50-омным трактом и имеет в полосе частот КСВ≤2.3. На графике фиг.2 представлены графики КСВ макета антенны, измеренные без согласующего устройства и с согласующим устройством.
Проведенный анализ показывает, что предлагаемая полусферическая спиральная антенна удовлетворяет условиям патентоспособности, технически реализуется и имеет промышленную применимость.
Источники информации
1. О.А.Юрцев, А.В.Рунов, А.Н.Казарин. Спиральные антенны, М.: Сов. радио, 1974 г.
2. Лобкова Л.М., Проценко М.Б., Молчанов В.В. Малогабаритная спиральная антенна на полусферической поверхности. Известия вузов, радиоэлектроника. Том №11. Ноябрь, 2000, стр.53-61.
3. В.Рамзей. Частотно-независимые антенны. М., Мир, 1968 г.
Claims (1)
- Полусферическая спиральная антенна, выполненная в виде диэлектрической полусферы, закрепленной с одной стороны металлического экрана, на которую намотан проводник в виде спирали, высокочастотный коаксиальный соединитель, закрепленный с противоположной стороны металлического экрана, соединен с одним концом спирали, отличающаяся тем, что введены второй высокочастотный коаксиальный соединитель, закрепленный в центре металлического экрана со стороны первого высокочастотного коаксиального соединителя, согласующее устройство в виде коаксиальной линии с центральными проводниками экспоненциальной формы длиной l1 и цилиндрической формы длиной l2, соединенными последовательно так, что l1+l2=λ/4, которое установлено радиально внутри диэлектрической полусферы перпендикулярно металлическому экрану, при этом центральный проводник второго высокочастотного коаксиального соединителя соединен с началом центрального проводника согласующего устройства, а конец центрального проводника согласующего устройства соединен с другим концом спирали, коаксиальный тройник, выходные плечи которого соединены со входами первого и второго высокочастотного коаксиального соединителя, разница длин выходных плеч коаксиального тройника выбрана равной l3-l4=Δl34=(2n-1)λφ/4, где n=1, 2, 3, λф - длина волны в фидере, l3 - длина выходного плеча коаксиального тройника, соединенного с первым коаксиальным соединителем, l4 - длина выходного плеча коаксиального тройника, соединенного со вторым коаксиальным соединителем.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004104514/09A RU2265926C1 (ru) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Полусферическая спиральная антенна |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004104514/09A RU2265926C1 (ru) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Полусферическая спиральная антенна |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004104514A RU2004104514A (ru) | 2005-07-27 |
RU2265926C1 true RU2265926C1 (ru) | 2005-12-10 |
Family
ID=35843276
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004104514/09A RU2265926C1 (ru) | 2004-02-16 | 2004-02-16 | Полусферическая спиральная антенна |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2265926C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103490153A (zh) * | 2013-09-17 | 2014-01-01 | 电子科技大学 | 超小型超宽带螺旋天线 |
RU2620766C1 (ru) * | 2016-04-19 | 2017-05-29 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Спиральная антенна |
RU2687895C1 (ru) * | 2018-03-27 | 2019-05-16 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Сверхширокополосная спиральная антенна |
-
2004
- 2004-02-16 RU RU2004104514/09A patent/RU2265926C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЛОБКОВА Л.М. и др. Малогабаритная спиральная антенна на полусферической поверхности. Известия вузов, радиоэлектроника, 2000, т.11, с.53-61, рис.1. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103490153A (zh) * | 2013-09-17 | 2014-01-01 | 电子科技大学 | 超小型超宽带螺旋天线 |
RU2620766C1 (ru) * | 2016-04-19 | 2017-05-29 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Спиральная антенна |
RU2687895C1 (ru) * | 2018-03-27 | 2019-05-16 | Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Сверхширокополосная спиральная антенна |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004104514A (ru) | 2005-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100521367C (zh) | 天线 | |
Lee et al. | Ultra wideband microstrip diamond slotted patch antenna with enhanced bandwidth | |
Omar et al. | UWB coplanar waveguide-fed-coplanar strips spiral antenna | |
Zeain et al. | Design of helical antenna for next generation wireless communication | |
US4225869A (en) | Multislot bicone antenna | |
Chen et al. | A broadband planar spiral antenna design for electromagnetic signal monitoring | |
RU2265926C1 (ru) | Полусферическая спиральная антенна | |
RU2419928C1 (ru) | Полосковая щелевая антенна | |
King et al. | Helical antennas | |
Rana et al. | High gain circularly-polarized dielectric resonator antenna array with helical exciter | |
US9882285B2 (en) | Dielectric hollow antenna | |
US7538743B1 (en) | Balanced and shortened antennas | |
Wongpaibool | Improved axial-mode-helical-antenna impedance matching utilizing triangular copper strip for 2.4-GHz WLAN | |
Singh et al. | Performance analysis of high gain beamforming conformal array for avionic applications | |
Guo et al. | A band-notched UWB log-periodic dipole antenna fed by strip line | |
Zeain et al. | Investigation of Printed Helical Antenna Using Varied Materials for Ultra-wide band Frequency | |
Dey et al. | Millimeter-wave leaky-wave antennas based on polymer rod with periodic annular metal strips | |
Yadav et al. | A TM 0 Mode Launcher Designed with Gear Shaped Planar Structure | |
Rana et al. | High gain circularly polarized rectangular dielectric resonator antenna array with helical-like exciter | |
Srivastava | Design and implementation of quadrifilar helical antenna for 60 GHz band application | |
RU2356140C1 (ru) | Логопериодическая вибраторная антенна | |
RU2514094C1 (ru) | Мультипольная антенна (варианты) | |
Khan et al. | Gain enhancement of the helical antenna by effecting turnspacing | |
Zhao et al. | Circularly polarized patch antenna with miniaturized quarter-mode slotted SIW cavity | |
Abdulhameed et al. | Design and Modelling of Printed Log Periodic Dipole Array Antenna with Different Feeding Methods |