RU2485642C1 - Method for manufacturing of spiral antenna (versions) - Google Patents
Method for manufacturing of spiral antenna (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485642C1 RU2485642C1 RU2011150136/08A RU2011150136A RU2485642C1 RU 2485642 C1 RU2485642 C1 RU 2485642C1 RU 2011150136/08 A RU2011150136/08 A RU 2011150136/08A RU 2011150136 A RU2011150136 A RU 2011150136A RU 2485642 C1 RU2485642 C1 RU 2485642C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductors
- spiral
- substrates
- antenna
- conductor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике. Преимущественная область применения спиральных антенн в качестве широкодиапазонных антенн бортовой радиоаппаратуры.The invention relates to antenna technology. The preferred area of application of helical antennas as wide-range antennas on-board radio equipment.
Известен способ изготовления спиралей плоских спиральных антенн, который состоит в том, что спиральную форму, по которым протекает волна излучающего тока, изготавливают путем вырезания спиральной ленты требуемой формы из тонкого металлического листа ножницами или штамповкой (Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. - М., Сов. Радио, 1974, см. стр.175).A known method of manufacturing spirals of flat spiral antennas, which consists in the fact that the spiral form along which the wave of the radiating current flows is made by cutting a spiral tape of the desired shape from a thin metal sheet with scissors or stamping (A. Lavrov, G. Reznikov Antenna-feeder devices. - M., Sov. Radio, 1974, see p. 175).
При изготовлении спиральной антенны таким способом плоскости витков спиральной антенны расположены перпендикулярно электрической оси антенны. В этом случае, при заданном рабочем диапазоне частот, уменьшить диаметр апертуры антенны можно за счет увеличения числа витков ее проводников, и уменьшения их ширины. Уменьшение ширины проводников ведет к уменьшению их индуктивности и увеличению омических потерь за счет увеличения потерь в скин-слое проводников, а следовательно, к уменьшению коэффициента усиления антенны.In the manufacture of a spiral antenna in this way, the planes of the turns of the spiral antenna are perpendicular to the electrical axis of the antenna. In this case, for a given operating frequency range, it is possible to reduce the antenna aperture diameter by increasing the number of turns of its conductors and reducing their width. A decrease in the width of the conductors leads to a decrease in their inductance and an increase in ohmic losses due to an increase in losses in the skin layer of the conductors, and, consequently, to a decrease in the antenna gain.
В этом случае при проектировании антенн возникает техническое противоречие: улучшение одной технической характеристики (необходимое уменьшение диаметра апертуры антенны бортовой радиоаппаратуры) ведет к ухудшению другой технической характеристики (к уменьшению коэффициента усиления антенны этой аппаратуры). Это техническое противоречие является недостатком аналога, не позволяющим уменьшить диаметр апертуры антенны при заданном рабочем диапазоне частот.In this case, a technical contradiction arises when designing antennas: an improvement in one technical characteristic (a necessary decrease in the aperture diameter of the antenna of the on-board radio equipment) leads to a deterioration of another technical characteristic (to a decrease in the antenna gain of this equipment). This technical contradiction is a disadvantage of the analogue, which does not allow to reduce the diameter of the aperture of the antenna for a given operating frequency range.
Общим признаком изобретения и аналога является изготовление проводников антенны в виде многозаходной спирали и гальваническое соединение внутренних концов ветвей спиральных проводников антенны с концами фидера.A common feature of the invention and its analogue is the manufacture of antenna conductors in the form of a multi-helix and galvanic connection of the internal ends of the branches of the spiral conductors of the antenna with the ends of the feeder.
Наиболее близким аналогом - прототипом заявляемого способа является печатный способ изготовления спиральных проводников плоских спиральных антенн на плоских жестких диэлектрических подложках (Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учебник для радиотехнических специальностей вузов. - М.: Высшая школа, 1988, см. стр.266), который состоит в изготовлении спиральных проводников многозаходной арифметической спиральной антенны путем вытравливания профиля проводников из листа металлической проводящей фольги, предварительно наклеенной на твердую диэлектрическую подложку. Размеры подложки и слоя фольги соответствуют габаритам антенны. Причем поверхность фольги, соответствующая профилю проводников, предварительно защищается от воздействия травящего состава стойким покрытием. Затем начальные участки ветвей спиралей в центре антенны гальванически соединяются с фидером.The closest analogue - the prototype of the proposed method is a printed method for the manufacture of spiral conductors of flat spiral antennas on flat rigid dielectric substrates (Sazonov D.M. Antennas and microwave devices: Textbook for radio engineering specialties of universities. - M .: Higher school, 1988, see page .266), which consists in the manufacture of spiral conductors of a multi-start arithmetic spiral antenna by etching the profile of the conductors from a sheet of metal conductive foil pre-glued onto a solid dielectric substrate. The dimensions of the substrate and the foil layer correspond to the dimensions of the antenna. Moreover, the surface of the foil corresponding to the profile of the conductors is previously protected from the action of the etching composition by a resistant coating. Then, the initial sections of the branches of the spirals in the center of the antenna are galvanically connected to the feeder.
Прототипу присущи недостатки аналога.The prototype has inherent disadvantages of the analogue.
Общими признаками прототипа и изобретения являются закрепление проводника из металлической фольги на диэлектрическую подложку и гальваническое соединение с фидером начальных участков ветвей спиралей в центре антенны.Common features of the prototype and invention are the fastening of a metal foil conductor to a dielectric substrate and galvanic connection with the feeder of the initial sections of the spiral branches in the center of the antenna.
Предлагаемый способ изготовления спиральных антенн разрешает техническое противоречие за счет того, что плоскости проводников антенны размещаются параллельно электрической оси антенны, поэтому при увеличении длины проводников спирали антенны при уменьшении диаметра ее апертуры при заданном рабочем диапазоне частот, за счет увеличения числа ее витков, не требуется уменьшать их ширину, поэтому омическое сопротивление антенны не увеличивается, омические потери не возрастают.The proposed method for the manufacture of spiral antennas resolves a technical contradiction due to the fact that the planes of the antenna conductors are parallel to the electrical axis of the antenna, therefore, with an increase in the length of the conductors of the antenna spiral with a decrease in the diameter of its aperture at a given operating frequency range, it is not necessary to reduce their width, therefore, the ohmic resistance of the antenna does not increase, the ohmic losses do not increase.
Техническим результатом изобретения, при заданном рабочем диапазоне частот, является уменьшение диаметра апертуры антенны и увеличение ее коэффициента усиления, что обеспечивается расположением боковых поверхностей плоских металлических проводников спиральной антенны параллельно электрической оси антенны.The technical result of the invention, for a given operating frequency range, is to reduce the diameter of the antenna aperture and increase its gain, which is ensured by the location of the side surfaces of the flat metal conductors of the spiral antenna parallel to the electrical axis of the antenna.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлена плоская диэлектрическая подложка прямоугольной формы с закрепленным на ней ленточным проводником по первому варианту исполнения изобретения.Figure 1 shows a flat rectangular dielectric substrate with a tape conductor mounted on it according to the first embodiment of the invention.
На фиг.2 представлена плоская диэлектрическая подложка прямоугольной формы с закрепленным на ней ленточным проводником по второму варианту исполнения изобретения.Figure 2 presents a rectangular flat dielectric substrate with a tape conductor mounted on it according to the second embodiment of the invention.
На фиг.3 представлен вид на апертуру плоской спиральной антенны, изготовленной заявляемым способом по первому и второму варианту исполнения изобретения.Figure 3 presents a view of the aperture of a flat helical antenna manufactured by the claimed method according to the first and second embodiment of the invention.
На фиг.4 представлен график зависимости от рабочей длины волны антенн, отношение коэффициента усиления антенны, изготовленной по способу-прототипу, к коэффициенту усиления антенны, изготовленной по изобретению. На графике по оси абсцисс отложена рабочая длина волны антенн в миллиметрах, а по оси ординат - относительный коэффициент усиления антенн.Figure 4 presents a graph of the dependence on the working wavelength of the antennas, the ratio of the gain of the antenna made by the prototype method to the gain of the antenna made according to the invention. On the graph, the abscissa axis shows the working wavelength of the antennas in millimeters, and the ordinate axis shows the relative antenna gain.
На фигурах введены обозначения.The designations are introduced in the figures.
1 - проводник спирали антенны;1 - conductor spiral antenna;
2 - диэлектрическая подложка;2 - dielectric substrate;
3 - вывод проводника, изготовленный заодно с проводником.3 - output conductor, made at the same time with the conductor.
Первый вариант исполнения изобретения.The first embodiment of the invention.
Способ изготовления плоской спиральной антенны по первому варианту изобретения состоит в следующем.A method of manufacturing a flat spiral antenna according to the first embodiment of the invention is as follows.
По числу заходов спирали антенны изготавливают ленточные проводники спирали антенны, например, из латунной фольги (фиг.1). Длину проводника L спирали рассчитывают по известной формуле (1):By the number of visits of the antenna spiral, tape conductors of the antenna spiral are made, for example, of brass foil (Fig. 1). The length of the conductor L of the spiral is calculated according to the well-known formula (1):
где b - начальный радиус спирали, причем b≤λмin/2π ДНwhere b is the initial radius of the spiral, and b≤λ min / 2π DN
(ДН - диаграмма направленности антенны).(DN - radiation pattern of the antenna).
N - число витков спирали, w - толщина проводника спирали, М - отношение произведения суммы толщины подложки, на которую будет нанесен проводник, и толщины проводника на число заходов спирали к толщине проводника).N is the number of turns of the spiral, w is the thickness of the conductor of the spiral, M is the ratio of the product of the sum of the thickness of the substrate on which the conductor will be applied, and the thickness of the conductor by the number of spiral runs to the thickness of the conductor).
N - определяется из соотношения (2):N - is determined from relation (2):
где Dмах - максимальный диаметр спиральной антенны, зависит от максимальной рабочей длины волны λмах и определяется из неравенства Dмах≥λмах/π.where D max is the maximum diameter of the spiral antenna, depends on the maximum working wavelength λ max and is determined from the inequality D max ≥λ max / π.
Ширина ленточного проводника больше глубины проникновения электромагнитной волны за апертуру антенны и не зависит от его длины.The width of the tape conductor is greater than the depth of penetration of the electromagnetic wave beyond the aperture of the antenna and does not depend on its length.
По числу проводников спирали изготавливают плоские ленточные гибкие диэлектрические подложки (фиг.1), толщина которых зависит от диаметра апертуры антенны, требуемого числа витков проводника и числа заходов спирали и определяется по формуле (3):According to the number of spiral conductors, flat ribbon flexible dielectric substrates are made (Fig. 1), the thickness of which depends on the aperture diameter of the antenna, the required number of turns of the conductor and the number of spiral passes and is determined by the formula (3):
где d - толщина подложки, Z - число заходов спирали.where d is the thickness of the substrate, Z is the number of spirals.
Ширина подложки должна быть больше ширины h прямолинейного проводника, причем h<<λмin, где λмin - минимальная рабочая длина волны.The width of the substrate should be greater than the width h of the rectilinear conductor, with h << λ min , where λ min is the minimum operating wavelength.
Подложки изготавливают из гибких листов диэлектрического материала, например полиэтилена, фторопласта с малым тангенсом угла потерь (tg'<0,01, где ε' - действительная часть относительной комплексной диэлектрической проницаемости материала листов) нарезают ленточные полоски, ширина которых равна или более ширины проводников антенны, а длина равна длине проводников.The substrates are made of flexible sheets of a dielectric material, for example polyethylene, fluoroplastic with a small loss tangent (tg '<0.01, where ε' is the real part of the relative complex permittivity of the sheet material), cut ribbon strips whose width is equal to or greater than the width of the antenna conductors , and the length is equal to the length of the conductors.
После чего на каждую диэлектрическую подложку наклеивают или другим способом жестко закрепляют ленточные металлические полоски - проводники.After that, tape metal strips - conductors are glued to each dielectric substrate or otherwise rigidly fixed.
Подложки с прикрепленными проводниками собирают в пакет путем накладывания их одна на другую разными сторонами: подложка с проводником - подложка без проводника, и так, чтобы проводники были напротив друг друга. Жестко скрепляют один конец плоского пакета, содержащий выводы проводников, например, склеиванием или тонким хомутом из диэлектрика. Скрепленный конец пакета подложек накладывают на жесткий цилиндрический предмет, диаметр которого равен двум начальным радиусам спирали антенны, а длина больше ширины подложек, после чего накручивают пакет из подложек и проводников на цилиндрический предмет, например вручную. Подложки с проводниками принимают форму круговых спиралей. Жестко фиксируют изготовленный цилиндрический пакет, например механически, путем помещения в жесткую цилиндрическую обойму (корпус). Из готового жесткого цилиндрического пакета вынимают цилиндрический предмет.Substrates with attached conductors are collected in a package by stacking them one on the other with different sides: a substrate with a conductor - a substrate without a conductor, and so that the conductors are opposite each other. Rigidly fasten one end of a flat package containing the leads of the conductors, for example, by gluing or with a thin clamp made of a dielectric. The bonded end of the substrate package is placed on a rigid cylindrical object, the diameter of which is equal to the two initial radii of the antenna helix, and the length is greater than the width of the substrates, after which a package of substrates and conductors is wound onto a cylindrical object, for example, manually. Substrates with conductors take the form of circular spirals. The manufactured cylindrical package is rigidly fixed, for example mechanically, by being placed in a rigid cylindrical holder (case). A cylindrical object is taken out of the finished rigid cylindrical bag.
Внутренние концы спиральных проводников гальванически, например путем пайки, соединяют с соответствующими проводниками фидера или согласующего трансформатора (3) (фиг.3).The inner ends of the spiral conductors are galvanically, for example by soldering, connected to the corresponding conductors of the feeder or matching transformer (3) (figure 3).
После этой операции плоская спиральная антенна готова к ее использованию.After this operation, the flat helical antenna is ready for use.
Отличительные признаки изобретения по первому варианту.Distinctive features of the invention according to the first embodiment.
Изготавливают плоские ленточные проводники спирали антенны по числу заходов спирали, длину которых определяют по формуле (1):They make flat ribbon conductors of the antenna spiral according to the number of spiral runs, the length of which is determined by the formula (1):
где b - начальный радиус спирали, причем b≤λмin/2π;where b is the initial radius of the spiral, with b≤λ min / 2π;
N - число витков спирали, w - толщина проводника спирали;N is the number of spiral turns, w is the thickness of the spiral conductor;
М - отношение произведения суммы толщины подложки и толщины проводника на число заходов спирали к толщине проводника. Ширина ленточных проводников больше глубины проникновения электромагнитной волны за апертуру антенны.M is the ratio of the product of the sum of the thickness of the substrate and the thickness of the conductor by the number of spirals to the thickness of the conductor. The width of the tape conductors is greater than the penetration depth of the electromagnetic wave beyond the antenna aperture.
Изготавливают плоские ленточные подложки из гибкого диэлектрического материала с малым тангенсом угла потерь по числу подводников, толщина которых рассчитывается по формуле (3):Flat ribbon substrates are made of flexible dielectric material with a small loss tangent by the number of submariners, the thickness of which is calculated by the formula (3):
где d - толщина подложки, Z - число заходов спирали.where d is the thickness of the substrate, Z is the number of spirals.
Ширина подложки больше ширины h прямолинейного проводника, причем h<<λмin, где λмin - минимальная рабочая длина волны рабочего диапазона частот антенны.The width of the substrate is greater than the width h of the rectilinear conductor, and h << λ min , where λ min is the minimum working wavelength of the working frequency range of the antenna.
На поверхности каждой диэлектрической подложки жестко закрепляют ленточные проводники.Tape conductors are rigidly fixed to the surface of each dielectric substrate.
Подложки с прикрепленными проводниками собирают в пакет путем накладывания их одна на другую разными сторонами: подложки с проводником - подложка без проводника, и так чтобы проводники были напротив друг друга.Substrates with attached conductors are collected in a package by stacking them one on the other with different sides: substrates with a conductor - a substrate without a conductor, and so that the conductors are opposite each other.
Жестко скрепляют один конец плоского пакета, скрепленный конец пакета подложек накладывают на боковую поверхность твердого цилиндрического предмета, диаметр которого равен двум начальным радиусам спирали, а длина больше ширины подложек, накручивают на этот предмет пакет из подложек и проводников.One end of a flat bag is rigidly fastened, the bonded end of the substrate package is placed on the side surface of a solid cylindrical object, the diameter of which is equal to the two initial radii of the spiral, and the length is greater than the width of the substrates, a package of substrates and conductors is wound on this object.
Жестко фиксируют изготовленный цилиндрический пакет подложек с проводниками, из жесткого цилиндрического пакета подложек вынимают цилиндрический предмет, после чего внутренние концы спиральных проводников соединяют гальванически с соответствующими проводниками фидера или согласующего трансформатора.The manufactured cylindrical package of substrates with conductors is rigidly fixed, a cylindrical object is removed from the rigid cylindrical package of substrates, after which the inner ends of the spiral conductors are galvanically connected to the corresponding conductors of the feeder or matching transformer.
Второй вариант исполнения изобретения.The second embodiment of the invention.
Способ изготовления плоской спиральной антенны по второму варианту исполнения изобретения.A method of manufacturing a flat spiral antenna according to the second embodiment of the invention.
По числу заходов спирали антенны изготавливают зигзагообразные ленточные проводники спирали антенны, например, в форме меандра из латунной фольги (фиг.2). Длину выпрямленного проводника L спирали рассчитывают по известной формуле (1):According to the number of visits of the antenna spiral, zigzag ribbon conductors of the antenna spiral are made, for example, in the form of a meander made of brass foil (Fig. 2). The length of the straightened conductor L of the spiral is calculated according to the well-known formula (1):
где b - начальный радиус спирали, причем b≤λмin/2π;where b is the initial radius of the spiral, with b≤λ min / 2π;
N - число витков спирали из спрямленных проводников, w - толщина проводника спирали;N is the number of spiral turns of straightened conductors, w is the thickness of the spiral conductor;
М - отношение произведения суммы толщины подложки и толщины проводника на число заходов спирали к толщине проводника;M is the ratio of the product of the sum of the thickness of the substrate and the thickness of the conductor by the number of spirals to the thickness of the conductor;
N - определяется из соотношения (2):N - is determined from relation (2):
где Dмах - максимальный диаметр спиральной антенны, зависит от максимальной рабочей длины волны λмах и определяется из неравенства Dмах≥λмах/π.where D max is the maximum diameter of the spiral antenna, depends on the maximum working wavelength λ max and is determined from the inequality D max ≥λ max / π.
Ширина ленточного проводника больше глубины проникновения электромагнитной волны за апертуру антенны и не зависит от его длины.The width of the tape conductor is greater than the depth of penetration of the electromagnetic wave beyond the aperture of the antenna and does not depend on its length.
По числу проводников спирали изготавливают плоские ленточные гибкие диэлектрические подложки (фиг.2), толщина которых зависит от диаметра апертуры антенны, требуемого числа витков проводника и числа заходов спирали и определяется по формуле (3)According to the number of spiral conductors, flat ribbon flexible dielectric substrates are made (Fig. 2), the thickness of which depends on the diameter of the antenna aperture, the required number of turns of the conductor and the number of spiral passes and is determined by the formula (3)
где d - толщина подложки, Z - число заходов спирали.where d is the thickness of the substrate, Z is the number of spirals.
Ширина подложки должна быть больше ширины h габаритной ширины зигзагообразного проводника, причем h<<λмin, где λмin - минимальная рабочая длина волны.The width of the substrate should be greater than the width h of the overall width of the zigzag conductor, with h << λ min , where λ min is the minimum operating wavelength.
Подложки изготавливают из гибких листов диэлектрического материала, например полиэтилена, фторопласта с малым тангенсом угла потерь (tg'<0,01, где ε' - действительная часть относительной комплексной диэлектрической проницаемости материала листов) нарезают ленточные полоски, ширина которых равна или более габаритной ширины зигзагообразных проводников антенны, а длина равна габаритной длине зигзагообразных проводников.The substrates are made of flexible sheets of a dielectric material, for example polyethylene, fluoroplastic with a small loss tangent (tg '<0.01, where ε' is the real part of the relative complex dielectric constant of the sheet material), tape strips are cut whose width is equal to or more than the overall width of the zigzag antenna conductors, and the length is equal to the overall length of the zigzag conductors.
После чего на каждую диэлектрическую подложку наклеивают или другим способом жестко закрепляют зигзагообразные ленточные проводники.Then zigzag ribbon conductors are glued onto each dielectric substrate or otherwise rigidly fixed.
Подложки с прикрепленными проводниками собирают в пакет путем накладывания их одна на другую разными сторонами: подложка с проводником - подложка без проводника, и так, чтобы проводники были напротив друг друга. Жестко скрепляют один конец плоского пакета, содержащий выводы проводников, например, склеиванием или тонким хомутом из диэлектрика. Скрепленный конец пакета подложек накладывают на жесткий цилиндрический предмет, диаметр которого равен двум начальным радиусам спирали антенны, а длина больше ширины подложек, после чего накручивают пакет из подложек и проводников на цилиндрический предмет, например вручную. Подложки с проводниками принимают форму круговых спиралей. Жестко фиксируют изготовленный цилиндрический пакет, например механически, путем помещения в жесткую цилиндрическую обойму (корпус). Из готового жесткого цилиндрического пакета вынимают цилиндрический предмет.Substrates with attached conductors are collected in a package by stacking them one on the other with different sides: a substrate with a conductor - a substrate without a conductor, and so that the conductors are opposite each other. Rigidly fasten one end of a flat package containing the leads of the conductors, for example, by gluing or with a thin clamp made of a dielectric. The bonded end of the substrate package is placed on a rigid cylindrical object, the diameter of which is equal to the two initial radii of the antenna helix, and the length is greater than the width of the substrates, after which a package of substrates and conductors is wound onto a cylindrical object, for example, manually. Substrates with conductors take the form of circular spirals. The manufactured cylindrical package is rigidly fixed, for example mechanically, by being placed in a rigid cylindrical holder (case). A cylindrical object is taken out of the finished rigid cylindrical bag.
Внутренние концы - выводы 3 (фиг.3) спиральных проводников гальванически, например путем пайки, соединяют с соответствующими проводниками фидера или согласующего трансформатора.The inner ends of the conclusions 3 (figure 3) of the spiral conductors galvanically, for example by soldering, are connected to the corresponding conductors of the feeder or matching transformer.
После этой операции плоская спиральная антенна готова к ее использованию.After this operation, the flat helical antenna is ready for use.
Физическая длина металлических прямоугольных полосок зигзагообразной формы больше длины подложек обеспечивает увеличение их индуктивности по сравнению с первым вариантом исполнения изобретения, что позволяет снизить размеры апертуры антенны еще больше, чем в первом варианте исполнения изобретения.The physical length of the metal rectangular strips of a zigzag shape greater than the length of the substrates provides an increase in their inductance compared to the first embodiment of the invention, which makes it possible to reduce the size of the antenna aperture even more than in the first embodiment of the invention.
Отличительные признаки изобретения по второму варианту.Distinctive features of the invention according to the second embodiment.
Изготавливают зигзагообразные ленточные проводники спирали антенны, длину выпрямленного проводника L спирали рассчитывают по известной формуле (1):Zigzag ribbon conductors of the antenna spiral are made, the length of the rectified spiral conductor L of the spiral is calculated according to the well-known formula (1):
где b - начальный радиус спирали, причем b≤λмin/2π;where b is the initial radius of the spiral, with b≤λ min / 2π;
N - число витков спирали, w - толщина проводника спирали;N is the number of spiral turns, w is the thickness of the spiral conductor;
М - отношение произведения суммы толщины подложки и толщины проводника на число заходов спирали к толщине проводника;M is the ratio of the product of the sum of the thickness of the substrate and the thickness of the conductor by the number of spirals to the thickness of the conductor;
N - определяется из соотношения (2):N - is determined from relation (2):
где Dмах - максимальный диаметр спиральной антенны определяется из неравенства Dмax≥λмах/π.where D max - the maximum diameter of the spiral antenna is determined from the inequality D max ≥λ max / π.
Ширина ленточного проводника выполнена больше глубины проникновения электромагнитной волны за апертуру.The width of the ribbon conductor is made greater than the depth of penetration of the electromagnetic wave beyond the aperture.
По числу проводников спирали изготавливают плоские ленточные гибкие диэлектрические подложки, толщину которых определяют по формуле (3):By the number of spiral conductors, flat ribbon flexible dielectric substrates are made, the thickness of which is determined by the formula (3):
где d - толщина подложки, Z - число заходов спирали;where d is the thickness of the substrate, Z is the number of spirals;
ширина подложки больше ширины h габаритной ширины зигзагообразного проводника, причем h<<λмin где λмin - минимальная рабочая длина волны.the width of the substrate is greater than the width h of the overall width of the zigzag conductor, with h << λ min where λ min is the minimum operating wavelength.
Подложки изготавливают из гибких листов диэлектрического материала с малым тангенсом угла потерь, нарезают ленточные полоски, ширина которых равна или более габаритной ширины зигзагообразных проводников антенны, а длина равна габаритной длине зигзагообразных проводников.The substrates are made of flexible sheets of dielectric material with a small loss tangent, the strip strips are cut, the width of which is equal to or more than the overall width of the zigzag conductors of the antenna, and the length is equal to the overall length of the zigzag conductors.
После чего на каждую диэлектрическую подложку жестко закрепляют зигзагообразные ленточные проводники, подложки с прикрепленными проводниками собирают в пакет путем накладывания их одна на другую, разными сторонами: подложка с проводником - подложка без проводника, и так чтобы проводники были напротив друг друга, жестко скрепляют один конец плоского пакета, содержащий выводы проводников.After that, zigzag ribbon conductors are rigidly fixed to each dielectric substrate, the substrates with attached conductors are assembled into a bag by stacking them one on the other, with different sides: the substrate with a conductor is a substrate without a conductor, and so that the conductors are opposite each other, rigidly fasten one end flat pack containing conductors leads.
Скрепленный конец пакета подложек накладывают на жесткий цилиндрический предмет, диаметр которого равен двум начальным радиусам спирали антенны, а длина больше ширины подложек.The bonded end of the package of substrates is applied to a rigid cylindrical object, the diameter of which is equal to the two initial radii of the antenna helix, and the length is greater than the width of the substrates.
После чего накручивают пакет из подложек и проводников на цилиндрический предмет, жестко фиксируют изготовленный цилиндрический пакет, из готового жесткого цилиндрического пакета вынимают цилиндрический предмет, внутренние концы - выводы спиральных проводников гальванически соединяют с соответствующими проводниками фидера или согласующего трансформатора.Then a package of substrates and conductors is wound onto a cylindrical object, the manufactured cylindrical package is rigidly fixed, a cylindrical object is removed from the finished rigid cylindrical package, the inner ends of the leads of the spiral conductors are galvanically connected to the corresponding conductors of the feeder or matching transformer.
Реализация способаThe implementation of the method
Заявляемым способом была изготовлена двухзаходная плоская арифметическая спиральная антенна, которая имела следующие характеристики.The inventive method was made two-way flat arithmetic spiral antenna, which had the following characteristics.
Параметры двухзаходной антенны, изготовленной по первому варианту исполнения изобретения:Parameters of a two-way antenna made according to the first embodiment of the invention:
- диапазон частот измерений от 1 до 4,7 ГГц;- measurement frequency range from 1 to 4.7 GHz;
- диапазон длин волн измерений 300-64 мм;- a range of wavelengths of measurements of 300-64 mm;
- максимальный диаметр антенны - 100 мм;- maximum antenna diameter - 100 mm;
- число витков одного плеча антенны - 5;- the number of turns of one arm of the antenna - 5;
- количество подложек - 2;- the number of substrates - 2;
- длина и ширина прямоугольных подложек 945×15 мм;- the length and width of rectangular substrates 945 × 15 mm;
- длина и ширина прямоугольных проводников 945×4 мм;- the length and width of rectangular conductors 945 × 4 mm;
- толщина проводников - 0,05 мм;- thickness of conductors - 0.05 mm;
- количество проводников - 2;- number of conductors - 2;
- диаметр жесткого цилиндрического тела 20 мм.- the diameter of the rigid cylindrical body is 20 mm.
Кроме того, была изготовлена антенна по способу-прототипу.In addition, the antenna was made according to the prototype method.
Параметры двухзаходной антенны, изготовленной по способу-прототипу:The parameters of the two-way antenna made by the prototype method:
- диапазон частот измерений от 1 до 4,7 ГГц;- measurement frequency range from 1 to 4.7 GHz;
- диапазон длин волн измерений 300-64 мм;- a range of wavelengths of measurements of 300-64 mm;
- максимальный диаметр антенны - 100 мм;- maximum antenna diameter - 100 mm;
- число витков одного плеча антенны - 5;- the number of turns of one arm of the antenna - 5;
- длина и ширина прямоугольных проводников - 945×2;- the length and width of rectangular conductors - 945 × 2;
- толщина проводников - 0,05 мм;- thickness of conductors - 0.05 mm;
- минимальный диаметр спирали антенны - 20 мм.- the minimum diameter of the antenna spiral is 20 mm.
Лабораторные измерения антенны, изготовленной по способу-прототипу, и антенны, изготовленной по предлагаемому способу, показали уменьшение рабочей частоты нижней границы рабочего диапазона на 30% и увеличение коэффициента усиления антенны в 2 раза, изготовленной по изобретению, по сравнению с прототипом с ростом рабочей длины волны (фиг.4). На наибольшей длине волны коэффициент усиления антенны прототипа в два с лишним раза меньше, чем у предлагаемой антенны за счет большей мощности потерь в антенне из-за меньшего сечения проводника. Изготовить антенну по способу-прототипу с шириной проводников w=4 мм при М=4 и числе витков N=5 принципиально невозможно, поэтому в антенне-прототипе невозможно обеспечить такое же значение коэффициента усиления.Laboratory measurements of the antenna manufactured by the prototype method and the antenna manufactured by the proposed method showed a decrease in the working frequency of the lower boundary of the working range by 30% and an increase in the antenna gain by a factor of 2, made according to the invention, compared with the prototype with an increase in the working length waves (figure 4). At the longest wavelength, the antenna gain of the prototype is more than two times less than that of the proposed antenna due to the higher power loss in the antenna due to the smaller cross section of the conductor. It is fundamentally impossible to manufacture an antenna according to the prototype method with a width of conductors w = 4 mm at M = 4 and the number of turns N = 5, therefore, it is impossible to provide the same gain value in the prototype antenna.
Лабораторные измерения антенны, изготовленной по изобретению, и антенны, изготовленной по способу-прототипу, показали, что омические потери в проводниках антенны, изготовленной заявляемым способом, в два раза меньше потерь в проводниках антенны, изготовленной по способу-прототипу.Laboratory measurements of the antenna made according to the invention and the antenna made by the prototype method showed that the ohmic losses in the conductors of the antenna made by the claimed method are two times less than the losses in the conductors of the antenna made by the prototype method.
Аналогичным образом был произведен эксперимент со вторым вариантом исполнения изобретения и был получен объявленный технический результат изобретения.Similarly, an experiment was carried out with a second embodiment of the invention and the declared technical result of the invention was obtained.
Claims (2)
где b - начальный радиус спирали, причем b≤λmin/2π ДН
(ДН - диаграмма направленности антенны);
N - число витков спирали, w - толщина проводника спирали;
М - отношение произведения суммы толщины подложки и толщины
проводника на число заходов спирали к толщине проводника;
причем ширина ленточных проводников больше глубины проникновения электромагнитной волны на апертуру антенны, кроме того, изготавливают плоские ленточные подложки из гибкого диэлектрического материала с малым тангенсом угла потерь по числу проводников, толщина которых рассчитывается по формуле (3):
где d - толщина подложки, Z - число заходов спирали,
ширина подложки больше ширины h прямолинейного проводника, причем h<<λmin, где λmin - минимальная рабочая длина волны рабочего диапазона частот антенны, после чего на поверхности каждой диэлектрической подложки жестко закрепляют ленточные проводники, причем подложки с прикрепленными проводниками собирают в пакет путем накладывания их одна на другую разными сторонами: подложки с проводником - подложка без проводника, и так, чтобы проводники были напротив друг друга, жестко скрепляют один конец плоского пакета, скрепленный конец пакета подложек накладывают на боковую поверхность твердого цилиндрического предмета, диаметр которого равен двум начальным радиусам спирали, а длина больше ширины подложек, накручивают на этот предмет пакет из подложек и проводников, жестко фиксируют изготовленный цилиндрический пакет подложек с проводниками, из жесткого цилиндрического пакета подложек вынимают цилиндрический предмет, после чего внутренние концы спиральных проводников соединяют гальванически с соответствующими проводниками фидера или согласующего трансформатора.1. A method of manufacturing a spiral antenna based on fixing the helix conductors on a flat dielectric substrate, comprising connecting the inner ends of the helical conductors galvanically with the corresponding conductors of the feeder or matching transformer, characterized in that they make flat ribbon conductors of the helix antenna according to the number of spiral passes, the length of which is determined by the formula (1):
where b is the initial radius of the spiral, and b≤λ min / 2π DN
(DN - radiation pattern of the antenna);
N is the number of turns of the spiral, w is the thickness of the spiral conductor;
M is the ratio of the product of the sum of the thickness of the substrate and the thickness
conductor by the number of spirals to the thickness of the conductor;
moreover, the width of the tape conductors is greater than the depth of penetration of the electromagnetic wave onto the antenna aperture, in addition, flat tape substrates are made of flexible dielectric material with a small loss tangent by the number of conductors, the thickness of which is calculated by the formula (3):
where d is the thickness of the substrate, Z is the number of spirals,
the width of the substrate is greater than the width h of the rectilinear conductor, and h << λ min , where λ min is the minimum working wavelength of the working frequency range of the antenna, after which tape conductors are rigidly fixed on the surface of each dielectric substrate, and the substrates with attached conductors are collected in a package by applying they are one on the other with different sides: substrates with a conductor - a substrate without a conductor, and so that the conductors are opposite each other, rigidly fasten one end of a flat package, the fastened end of the package is vain the jacks are placed on the side surface of a solid cylindrical object, the diameter of which is equal to two initial radii of the spiral, and the length is greater than the width of the substrates, a package of substrates and conductors is wound on this object, the manufactured cylindrical package of substrates with conductors is rigidly fixed, a cylindrical object is removed from the rigid cylindrical package of substrates after which the inner ends of the spiral conductors are galvanically connected to the corresponding conductors of the feeder or matching transformer.
где b - начальный радиус спирали, причем b≤λmin/2π;
N - число витков спирали, w - толщина проводника спирали;
М - отношение произведения суммы толщины подложки и толщины проводника на число заходов спирали к толщине проводника;
N - определяется из соотношения (2):
где Dmax - максимальный диаметр спиральной антенны - определяется из неравенства Dmax≥λmax/π;
причем ширина ленточного проводника больше глубины проникновения электромагнитной волны за апертуру, по числу проводников спирали изготавливают плоские ленточные гибкие диэлектрические подложки, толщину которых определяют по формуле (3):
где d - толщина подложки, Z - число заходов спирали;
ширина подложки больше ширины h габаритной ширины зигзагообразного проводника, причем h<<λmin, где λmin - минимальная рабочая длина волны, причем подложки изготавливают из гибких листов диэлектрического материала с малым тангенсом угла потерь, нарезают ленточные полоски, ширина которых равна или более габаритной ширины зигзагообразных проводников антенны, а длина равна габаритной длине зигзагообразных проводников, после чего на каждую диэлектрическую подложку жестко закрепляют зигзагообразные ленточные проводники, подложки с прикрепленными проводниками собирают в пакет путем накладывания их одна на другую разными сторонами: подложка с проводником - подложка без проводника, и так, чтобы проводники были напротив друг друга, жестко скрепляют один конец плоского пакета, содержащий выводы проводников, скрепленный конец пакета подложек накладывают на жесткий цилиндрический предмет, диаметр которого равен двум начальным радиусам спирали антенны, а длина больше ширины подложек, после чего накручивают пакет из подложек и проводников на цилиндрический предмет, жестко фиксируют изготовленный цилиндрический пакет, из готового жесткого цилиндрического пакета вынимают цилиндрический предмет, внутренние концы - выводы спиральных проводников гальванически соединяют с соответствующими проводниками фидера или согласующего трансформатора. 2. A method of manufacturing a spiral antenna based on fixing the spiral conductors on a flat dielectric substrate, comprising connecting the inner ends of the spiral conductors galvanically with the corresponding conductors of the feeder or matching transformer, characterized in that they make zigzag ribbon conductors of the spiral antenna, the length of the straightened spiral wire L is determined by known formula (1):
where b is the initial radius of the spiral, with b≤λ min / 2π;
N is the number of turns of the spiral, w is the thickness of the spiral conductor;
M is the ratio of the product of the sum of the thickness of the substrate and the thickness of the conductor by the number of spirals to the thickness of the conductor;
N - is determined from relation (2):
where D max - the maximum diameter of the spiral antenna - is determined from the inequality D max ≥λ max / π;
moreover, the width of the ribbon conductor is greater than the depth of penetration of the electromagnetic wave beyond the aperture, flat ribbon flexible dielectric substrates are made by the number of spiral conductors, the thickness of which is determined by the formula (3):
where d is the thickness of the substrate, Z is the number of spirals;
the width of the substrate is greater than the width h of the overall width of the zigzag conductor, and h << λ min , where λ min is the minimum working wavelength, and the substrates are made of flexible sheets of dielectric material with a small loss tangent, and tape strips are cut, the width of which is equal to or more than the overall the width of the zigzag conductors of the antenna, and the length is equal to the overall length of the zigzag conductors, after which zigzag ribbon conductors are fixed to each dielectric substrate, the substrate is attached These conductors are assembled in a package by laying them one on the other with different sides: a substrate with a conductor — a substrate without a conductor, and so that the conductors are opposite each other, rigidly fasten one end of a flat package containing the leads of the conductors, the bonded end of the substrate package is laid on a rigid a cylindrical object, the diameter of which is equal to the two initial radii of the antenna helix, and the length is greater than the width of the substrates, after which a package of substrates and conductors is wound onto a cylindrical object, rigidly fixing The manufactured cylindrical package is removed, a cylindrical object is removed from the finished rigid cylindrical package, the inner ends of the leads of the spiral conductors are galvanically connected to the corresponding conductors of the feeder or matching transformer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011150136/08A RU2485642C1 (en) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Method for manufacturing of spiral antenna (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011150136/08A RU2485642C1 (en) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Method for manufacturing of spiral antenna (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2485642C1 true RU2485642C1 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011150136/08A RU2485642C1 (en) | 2011-12-12 | 2011-12-12 | Method for manufacturing of spiral antenna (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2485642C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530264C1 (en) * | 2013-08-28 | 2014-10-10 | Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Spiral antenna |
| RU2625093C1 (en) * | 2016-10-27 | 2017-07-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of spiral antenna manufacture |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1032958B1 (en) * | 1997-11-18 | 2003-02-05 | Ericsson Inc. | Compact antenna feed circuits |
| RU2208272C2 (en) * | 1996-07-31 | 2003-07-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Helix antenna with bent segments |
| US7002530B1 (en) * | 2004-09-30 | 2006-02-21 | Etop Technology Co., Ltd. | Antenna |
| UA18428U (en) * | 2006-04-17 | 2006-11-15 | Univ Bukovyna State Medical | Method for generating terminolateral anastomosis in stomach resection |
| RU2369948C1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Helical antenna |
-
2011
- 2011-12-12 RU RU2011150136/08A patent/RU2485642C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2208272C2 (en) * | 1996-07-31 | 2003-07-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Helix antenna with bent segments |
| EP1032958B1 (en) * | 1997-11-18 | 2003-02-05 | Ericsson Inc. | Compact antenna feed circuits |
| US7002530B1 (en) * | 2004-09-30 | 2006-02-21 | Etop Technology Co., Ltd. | Antenna |
| UA18428U (en) * | 2006-04-17 | 2006-11-15 | Univ Bukovyna State Medical | Method for generating terminolateral anastomosis in stomach resection |
| RU2369948C1 (en) * | 2008-04-30 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Helical antenna |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2530264C1 (en) * | 2013-08-28 | 2014-10-10 | Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Spiral antenna |
| RU2625093C1 (en) * | 2016-10-27 | 2017-07-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method of spiral antenna manufacture |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | Multilayered composite right/left-handed leaky-wave antenna with consistent gain | |
| US9531077B1 (en) | Flexible antenna and method of manufacture | |
| US20170373385A1 (en) | Dielectric-core antennas surrounded by patterned metallic metasurfaces to realize radio-transparent antennas | |
| US9780434B1 (en) | Flexible antenna and method of manufacture | |
| WO2013166589A1 (en) | Broadband end-fire multi-layer yagi antenna | |
| EP3200281B1 (en) | Compact slot-type antenna | |
| JP2009188895A (en) | Antenna device | |
| de Cos Gómez et al. | Ultra-thin compact flexible antenna for IoT applications | |
| RU2485642C1 (en) | Method for manufacturing of spiral antenna (versions) | |
| Masihi et al. | Rapid prototyping of a tunable and compact microstrip antenna by laser machining flexible copper tape | |
| Cure et al. | Study of a flexible low profile tunable dipole antenna using barium strontium titanate varactors | |
| Madhav et al. | An asymmetric liquid crystal polymer based fractal slotted UWB monopole antenna with notch band characteristics | |
| Sran et al. | Rectangular microstrip patch antenna with triangular slot | |
| Dong et al. | Miniaturized zeroth order resonance antenna over a reactive impedance surface | |
| JP2006222918A (en) | Meander line antenna and manufacturing method therefor | |
| US20170373399A1 (en) | Beam-steering system of high-gain antenna using paraelectric material | |
| Immagulate et al. | Design and analysis of multiband microstrip antenna using coaxial feed for C & X-Band | |
| Rahaoui et al. | Compact Cylindrical Dielectric Resonator Antenna excited by a Microstrip Feed Line | |
| Abutarboush et al. | A highly bendable log-periodic array antenna for flexible electronics | |
| EP1689027B1 (en) | Radiating element designed to operate in a small antenna | |
| Wen-bo et al. | A dual-band RFID slot tag antenna for ITS application | |
| Padhi et al. | Meander Line and Loop Resonator Loaded Dual Band Electrically Small Antenna | |
| US9912077B2 (en) | Broadband polarization diversity antennas | |
| Ivanov et al. | Printed microstrip antenna for harvesting energy from mobile phone base stations | |
| RU2812810C2 (en) | Method for exciting slot antenna with multi-loop conductor and device for its implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170227 |