RU2744042C1

RU2744042C1 - Weakly directional helical antenna with circular polarization of the radiation field

Info

Publication number: RU2744042C1
Application number: RU2019145512A
Authority: RU
Inventors: Владислав Викторович Головин; Юрий Николаевич Тыщук; Юрий Петрович Михайлюк; Денис Владимирович Начаров
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2021-03-02

Abstract

FIELD: antennas.

SUBSTANCE: invention relates to antenna devices and can be used in telecommunication systems. The technical result consists in the development of an antenna with a radiation pattern which is omnidirectional in the azimuthal plane and directed in the elevation plane, with a maximum radiation oriented in the azimuthal plane or deviated from it, with a radiation field close to circular polarization within the width of the main lobe of the radiation pattern, with the possibility of reducing the width of the main lobe of the radiation pattern. This goal is achieved by the fact that the antenna consists of four identical cylindrical spiral conductors, which are characterized by the radius of the supporting cylinder forming them, the number of turns and a variable angle of winding of the conductors, which increases linearly from the beginning of the conductors at their power point to the outer end of the conductors, while the spiral conductors are placed on the support cylinder and rotated around the cylinder axis with a step of 90°, while certain numerical values of the geometric parameters of the spiral conductors are selected, which are the same for all conductors, and a certain mode of excitation of the conductors is implemented at their power points, which are located on the surface of the reflecting screen.

EFFECT: development of an optimized antenna device.

1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к антенным устройствам и может быть использовано в телекоммуникационных системах.The invention relates to antenna devices and can be used in telecommunication systems.

Известны ненаправленные антенны с полем излучения линейной или круговой поляризации, выполненные на основе диполей, щелевых, коаксиальных или спиральных излучателей (см., например, Ротхамель, К. Антенны / К. Ротхамель. - М: Додека, 2005. - Т. 2. - С. 102-129.).Known non-directional antennas with a radiation field of linear or circular polarization, made on the basis of dipoles, slot, coaxial or spiral radiators (see, for example, Rothamel, K. Antennas / K. Rothamel. - M: Dodeka, 2005. - T. 2. - S. 102-129.).

Традиционное использование в составе базовых станций телекоммуникационных систем ненаправленных в азимутальной плоскости антенн линейной поляризации с узкой диаграммой направленности (ДН) в угломестной плоскости позволяет создать зону доступа с определенным радиусом, причем по мере удаления от антенны скорость работы абонентского оборудования будет уменьшаться из-за потерь мощности электромагнитных волн в беспроводном канале связи. Эти потери обусловлены характеристиками среды распространения, интерференцией падающей и отраженных волн в точке приема, рассогласованием по поляризации между электромагнитной волной, распространяющейся со стороны базовой станции, и приемной антенной, что обусловлено деполяризацией электромагнитной волны и произвольным положением приемной антенны. Для расширения зоны доступа или увеличения скорости работы системы на внешнем периметре этой зоны необходимо либо уменьшать ширину главного луча диаграммы направленности антенны в угломестной плоскости, либо использовать в составе базовой станции ненаправленную в азимутальной плоскости антенну с круговой поляризацией поля излучения. При этом необходимо выполнить требования по массогабаритным параметрам антенной системы и по ветровой нагрузке, минимизировать потери в распределительном тракте антенны, обеспечить качественные технико-экономические показатели антенной системы.The traditional use of non-directional in the azimuthal plane antennas of linear polarization with a narrow directional pattern (BP) in the elevation plane as part of base stations of telecommunication systems makes it possible to create an access zone with a certain radius, and with distance from the antenna, the speed of operation of subscriber equipment will decrease due to power losses electromagnetic waves in a wireless communication channel. These losses are due to the characteristics of the propagation medium, the interference of the incident and reflected waves at the receiving point, the polarization mismatch between the electromagnetic wave propagating from the base station and the receiving antenna, which is due to the depolarization of the electromagnetic wave and the arbitrary position of the receiving antenna. To expand the access zone or increase the speed of the system on the outer perimeter of this zone, it is necessary either to reduce the width of the main beam of the antenna directional pattern in the elevation plane, or to use an antenna with circular polarization of the radiation field as part of the base station. At the same time, it is necessary to fulfill the requirements for the weight and size parameters of the antenna system and for the wind load, minimize losses in the antenna distribution path, and ensure high-quality technical and economic indicators of the antenna system.

Известна компактная ненаправленная в азимутальной плоскости антенна с круговой поляризацией [2010/0188308 А1 США, МКИ H01Q 21/06 Compact circularly polarized omni-directional antenna. Royden M. Honda, Robert J. Conley - №12/692,556; Заявлено 23.01.2009. Опубл. 29.07.2010]. Антенна состоит из двух излучателей линейной поляризации и системы возбуждения. Два излучателя расположены соосно относительно друг друга. Один из излучателей представляет собой симметричный вибратор, плечи которого представляют собой два соосных полых цилиндра, каждый длиной немного более четверти длины волны. Второй излучатель образован двумя щелями, прорезанными продольно в стенках цилиндров со стороны их внешних торцов на глубину четверти длины волны. Первый и второй излучатели в соответствие с типовой схемой турникетной антенны возбуждаются в квадратуре, когда их входные токи имеют равную амплитуду и отличаются по фазе на 90°. Антенна в целом характеризуется ненаправленным излучением в плоскости, перпендикулярной к оси антенны. В данной плоскости поле излучения имеет круговую поляризацию. В плоскости, проходящей через продольную ось антенны, формируется ДН с двумя максимумами, расположенными в плоскости, ортогональной продольной оси антенны. Рассматриваемые парциальные ДН антенны аналогичны ДН полуволнового симметричного вибратора в Н- и Е-плоскостях, соответственно, с тем отличием, что в ортогональной к продольной оси антенны плоскости поле имеет эллиптическую поляризацию. Ширина главного лепестка ДН антенны составляет 78° по уровню половинной мощности. Для уменьшения ширины диаграммы направленности и увеличения коэффициента усиления антенны излучатели составляют линейную антенную решетку.Known compact circularly polarized omni-directional antenna [2010/0188308 A1 USA, MKI H01Q 21/06 Compact circularly polarized omni-directional antenna. Royden M. Honda, Robert J. Conley # 12 / 692,556; Stated 01/23/2009. Publ. 07/29/2010]. The antenna consists of two linear polarization emitters and an excitation system. Two emitters are located coaxially relative to each other. One of the emitters is a symmetrical vibrator, the arms of which are two coaxial hollow cylinders, each slightly longer than a quarter of the wavelength. The second radiator is formed by two slots cut longitudinally in the walls of the cylinders from the side of their outer ends to a depth of a quarter of the wavelength. The first and second radiators, in accordance with a typical scheme of a turnstile antenna, are excited in quadrature when their input currents have equal amplitude and differ in phase by 90 °. The antenna as a whole is characterized by non-directional radiation in a plane perpendicular to the antenna axis. In this plane, the radiation field is circularly polarized. In a plane passing through the longitudinal axis of the antenna, a pattern is formed with two maxima located in a plane orthogonal to the longitudinal axis of the antenna. The considered partial antenna patterns are similar to those of a half-wave symmetric dipole in the H- and E-planes, respectively, with the difference that in the plane orthogonal to the longitudinal axis of the antenna, the field has elliptical polarization. The antenna main lobe width is 78 ° at half power level. To reduce the width of the radiation pattern and increase the antenna gain, the radiators make up a linear antenna array.

Данная антенна обладает несколькими недостатками.This antenna has several disadvantages.

1. Антенна характеризуется относительно широкой диаграммой направленности в угломестной плоскости, проходящей через продольную ось антенны, что не удовлетворяет требованиям к антенным устройствам телекоммуникационных систем.1. The antenna is characterized by a relatively wide directional pattern in the elevation plane passing through the longitudinal axis of the antenna, which does not meet the requirements for antenna devices of telecommunication systems.

2. При переходе от одиночного излучателя к линейной антенной решетке существенно возрастает сложность конструктивного исполнения системы возбуждения (синфазной или с заданным линейным фазовым сдвигом) всей антенной решетки в целом.2. With the transition from a single radiator to a linear antenna array, the complexity of the design of the excitation system (in-phase or with a given linear phase shift) of the entire antenna array as a whole increases significantly.

3. Усложнение структуры системы возбуждения антенной решетки приводит к увеличению потерь мощности в распределительном тракте и, следовательно, к уменьшению коэффициента полезного действия антенны в целом и уменьшению коэффициента усиления.3. The complication of the structure of the excitation system of the antenna array leads to an increase in power losses in the distribution path and, consequently, to a decrease in the efficiency of the antenna as a whole and a decrease in the gain.

4. Применение данных антенн или их решеток на частотах выше 1,5 ГГц связано с существенным увеличением технологической сложности изготовления антенны, что скажется на себестоимости изделия в целом.4. The use of these antennas or their arrays at frequencies above 1.5 GHz is associated with a significant increase in the technological complexity of manufacturing the antenna, which will affect the cost of the product as a whole.

Наиболее близкой к предполагаемому изобретению по технической сущности является ненаправленная антенна круговой поляризации (Bin Z. Omnidirectional Circularly Polarized Antenna with High Gain in Wide Bandwidth / Bin Zhou, Junping Geng, Xianling Liang, Ronghong Jin and Guanshen Chenhu // Modern Antenna Systems. - Ch. 8. - IntechOpen, 2016 [Electronic resource]. - Access mode: http://dx.doi.org/10.5772/66011 (date of issue 21.10.2019)), которая представляет собой решетку щелевых излучателей, прорезанных в стенках коаксиального волновода, в котором пространство между внутренней и внешней проводящей поверхностями заполненного диэлектриком. Антенна содержит три части: решетку щелевых излучателей, согласующее входной импеданс устройства и питающий порт. Первичным излучателем антенной решетки является композиция из двух щелевых излучателей, которые прорезаны в поверхности волновода ортогонально один другому таким образом, что узкий торец одной из щелей близко расположен к центру широкой стенки другой щели. Четыре первичных излучателя смещены вокруг продольной оси симметрии коаксиального волновода с шагом 90°, образуя синфазный кольцевой кластер излучателей. Четыре кольцевых кластера щелевых излучателей смещены вдоль оси коаксиального волновода с постоянным шагом относительно друг друга. Первичный излучатель формирует поле круговой поляризации с секторной диаграммой направленности. Кольцевой кластер обеспечивает формирование поля круговой поляризации с круговой диаграммой направленности в азимутальной плоскости и направленным излучением в угломестной плоскости. Линейная эквидистантная решетка кольцевых кластеров обеспечивает сжатие луча диаграммы направленности в угломестной плоскости и увеличение коэффициента усиления антенной системы.The closest to the alleged invention in technical essence is an omnidirectional circularly polarized antenna (Bin Z. Omnidirectional Circularly Polarized Antenna with High Gain in Wide Bandwidth / Bin Zhou, Junping Geng, Xianling Liang, Ronghong Jin and Guanshen Chenhu // Modern Antenna Systems. - Ch 8. - IntechOpen, 2016 [Electronic resource]. - Access mode: http://dx.doi.org/10.5772/66011 (date of issue 21.10.2019)), which is an array of slot radiators cut into the walls of a coaxial a waveguide in which the space between the inner and outer conductive surfaces is filled with a dielectric. The antenna contains three parts: a slotted radiator array that matches the input impedance of the device and a power port. The primary radiator of the antenna array is a composition of two slot radiators, which are cut in the waveguide surface orthogonally to one another in such a way that the narrow end of one of the slots is close to the center of the wide wall of the other slot. Four primary radiators are displaced around the longitudinal symmetry axis of the coaxial waveguide with a step of 90 °, forming an in-phase annular cluster of radiators. Four ring clusters of slot emitters are displaced along the axis of the coaxial waveguide with a constant pitch relative to each other. The primary emitter forms a circularly polarized field with a sector radiation pattern. The ring cluster provides the formation of a circular polarization field with a circular radiation pattern in the azimuthal plane and directional radiation in the elevation plane. A linear equidistant array of ring clusters provides compression of the directional pattern beam in the elevation plane and an increase in the antenna system gain.

1. У данной антенны в угломестной плоскости в секторе углов 120°-240°, ориентированных в сторону подстилающей поверхности, наблюдается относительно высокий уровень излучения в побочных лепестках диаграммы направленности.1. This antenna has a relatively high level of radiation in the side lobes of the directional pattern in the elevation plane in the sector of angles 120 ° -240 °, oriented towards the underlying surface.

2. Данная антенна формирует поле излучения круговой (эллиптической) поляризации в диапазоне углов, меньшем, чем ширина диаграммы направленности антенны.2. This antenna forms a radiation field of circular (elliptical) polarization in a range of angles less than the width of the antenna radiation pattern.

3. Данная антенна работает по принципу резонансной волноводно-щелевой решетки с максимумом излучения, ориентированным строго в азимутальной плоскости, что ограничивает ее применения для практических задач, требующих отклонение максимума излучения от азимутальной плоскости (например, в базовых станциях телекоммуникационных систем).3. This antenna operates on the principle of a resonant waveguide-slot array with a maximum radiation oriented strictly in the azimuthal plane, which limits its application for practical tasks requiring a deviation of the maximum radiation from the azimuthal plane (for example, in base stations of telecommunication systems).

Целью изобретения является разработка антенны с ненаправленной в азимутальной плоскости и направленной в угломестной плоскости диаграммой направленности, с максимумом излучения, сориентированным в азимутальной плоскости или отклоненным от нее, с близкой к круговой поляризацией поля излучения в пределах ширины главного лепестка ДН, с возможностью уменьшения ширины главного лепестка ДН.The aim of the invention is to develop an antenna with an omnidirectional in the azimuthal plane and directional pattern in the elevation plane, with a maximum radiation oriented in the azimuthal plane or deflected from it, with close to circular polarization of the radiation field within the width of the main lobe of the antenna pattern, with the possibility of reducing the width of the main petal DN.

Поставленная цель достигается тем, что антенна (Фиг. 1) состоит из четырех одинаковых цилиндрических спиральных проводников 11, 12, 13, 14, которые характеризуются радиусом образующего их опорного цилиндра, количеством витков и переменным углом намотки проводников, который линейно возрастает от начала проводников у их точки питания к внешнему концу проводников, при этом спиральные проводники размещаются на опорном цилиндре 15 и повернуты вокруг оси цилиндра с шагом 90°, при этом выбираются определенные численные значения геометрических параметров спиральных проводников 11, 12, 13, 14, которые одинаковы для всех проводников, и реализуется определенный режим возбуждения проводников в их точках питания, которые расположены на поверхности отражающего экрана 16. Геометрия спиральных проводников описывается в параметрической форме соотношениями, приведенными на Фиг. 1, где α - центральный угол, изменяющийся от 0 до 2πn; n - количество витков спиральных проводников; β(α) - угол намотки витков спиральных проводников, который является функцией от α и изменяется от β_НАЧ до β_КОН;

- радиус образующего спираль цилиндра; d - диаметр образующего спираль цилиндра. Причем антенна может работать без использования экрана.This goal is achieved by the fact that the antenna (Fig. 1) consists of four identical cylindrical

spiral conductors

11, 12, 13, 14, which are characterized by the radius of the supporting cylinder forming them, the number of turns and a variable angle of winding of the conductors, which increases linearly from the beginning of the conductors at their supply points to the outer end of the conductors, while the spiral conductors are placed on the support cylinder 15 and rotated around the cylinder axis with a step of 90 °, while certain numerical values of the geometric parameters of the

spiral conductors

11, 12, 13, 14 are selected, which are the same for all conductors , and a certain mode of excitation of the conductors is realized at their feed points, which are located on the surface of the reflecting screen 16. The geometry of the spiral conductors is described in parametric form by the relationships shown in FIG. 1, where α is the central angle varying from 0 to 2πn; n is the number of turns of spiral conductors; β (α) is the winding angle of the turns of spiral conductors, which is a function of α and varies from β _ONCH to β _KOH ;

- radius of the cylinder forming the spiral; d is the diameter of the cylinder forming the spiral. Moreover, the antenna can work without using a screen.

Численные значения углов намотки витков спиральных проводников β_НАЧ и β_КОН, диаметра цилиндра d, количества витков n выбираются из соотношений:The numerical values of the angles of winding turns of spiral conductors β _NACh and β _KOH , the diameter of the cylinder d, the number of turns n are selected from the ratios:

β_НАЧ=12°-14°, β_КОН=27°-37°; d=0,2λ₀-0,23λ₀, n=6-8; где λ₀ - средняя длина волны в рабочем диапазоне длин волн антенны.β _NACH = 12 ° -14 °, β _KOH = 27 ° -37 °; d = 0.2λ ₀ -0.23λ ₀ , n = 6-8; where λ ₀ is the average wavelength in the operating wavelength range of the antenna.

При этом взаимное положение спиральных проводников на опорном цилиндре устанавливается углами их поворота вокруг оси опорного цилиндра на углы, кратные 90°, что является одним из условий формирования поля излучения спиральной антенны с требуемыми поляризационными характеристиками.In this case, the relative position of the spiral conductors on the support cylinder is set by the angles of their rotation around the axis of the support cylinder at angles that are multiples of 90 °, which is one of the conditions for the formation of the radiation field of the spiral antenna with the required polarization characteristics.

На входы спиральных проводников подаются токи возбуждения i₁₁, i₁₂, i₁₃, i₁₄: _{Excitation currents i 11} , i ₁₂ , i ₁₃ , i ₁₄ are supplied to the inputs of the spiral conductors:

, где I₁₁, I₁₂, I₁₃, I₁₄ - амплитуды токов, подводимых ко входам соответствующих по номеру проводников; ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₁₃, ϕ₁₄ - начальные фазы токов, подводимых ко входам соответствующих по номеру проводников (Фиг. 1).

, where I ₁₁ , I ₁₂ , I ₁₃ , I ₁₄ are the amplitudes of the currents supplied to the inputs of the conductors corresponding to the number; ϕ ₁₁ , ϕ ₁₂ , ϕ ₁₃ , ϕ ₁₄ are the initial phases of the currents supplied to the inputs of the conductors corresponding to the number (Fig. 1).

Для возбуждения каждого из четырех спиральных проводников 11, 12, 13, 14 на их входах, расположенных вблизи от экрана 16, амплитуды токов выбираются с учетом соотношения I₁₁=I₁₂=I₁₃=I₁₄.To excite each of the four spiral conductors 11, 12, 13, 14 at their inputs located near the screen 16, the amplitudes of the currents are selected taking into account the relationship I ₁₁ = I ₁₂ = I ₁₃ = I ₁₄ .

Поляризационная структура поля излучения антенны определяется соотношениями начальных фаз токов ϕ₁₁, ϕ₁₂, ϕ₁₃, ϕ₁₄ (Фиг. 1), подводимых ко входам спиральных проводников 11, 12, 13, 14. Для формирования токов i₁₁, i₁₂, i₁₃, i₁₄ в конструкции антенны используется входное распределительное устройство 17.The polarization structure of the antenna radiation field is determined by the ratios of the initial phases of the currents ϕ ₁₁ , ϕ ₁₂ , ϕ ₁₃ , ϕ ₁₄ (Fig. 1) supplied to the inputs of the spiral conductors 11, 12, 13, 14. To generate currents i ₁₁ , i ₁₂ , i ₁₃ , i ₁₄ , an input distribution device 17 is used in the antenna design.

Поставленная цель достигается за счет определенного режима возбуждения спиральных проводников 11, 12, 13, 14 и выбора определенных значений их геометрических параметров, при этом на поверхности четырех спиральных проводников формируются амплитудно-фазовые распределения тока (Фиг. 2), которые характеризуются наличием вдоль проводников периодически повторяющихся максимумов амплитуд токов, пространственное положение которых на поверхности четырех проводников совпадает, при этом фазы токов на проводниках в аналогичных токах отличаются с шагом 90°. Области на проводниках, расположенные близи максимумов амплитуд токов, образуют зоны излучения (Фиг. 2), в пределах которых разные проводники формируют поля излучения с линейными поляризациями, отличающие по фазе на 90°. При этом в пределах зон излучения различные проводники пространственно-ортогональны друг другу и вместе формируют поле круговой поляризации. При этом в каждой из зон излучения система из четырех проводников формирует в азимутальной плоскости круговую (ненаправленную) ДН.This goal is achieved due to a certain excitation mode of the spiral conductors 11, 12, 13, 14 and the choice of certain values of their geometric parameters, while on the surface of the four spiral conductors, amplitude-phase current distributions are formed (Fig. 2), which are characterized by the presence along the conductors periodically repeating maxima of the amplitudes of currents, the spatial position of which on the surface of the four conductors coincides, while the phases of the currents on the conductors in similar currents differ with a step of 90 °. The areas on the conductors located near the maxima of the amplitudes of the currents form radiation zones (Fig. 2), within which different conductors form radiation fields with linear polarizations, differing in phase by 90 °. In this case, within the radiation zones, various conductors are spatially orthogonal to each other and together form a circular polarization field. In this case, in each of the radiation zones, a system of four conductors forms a circular (non-directional) pattern in the azimuthal plane.

На Фиг. 3 для антенны 31 (пунктирная линия) показана нормированная ДН 32 в азимутальной плоскости. При этом на Фиг. 3 антенна 31 (вид сверху, пунктирная линия) показана условно - без учета ее физических размеров.FIG. 3 for antenna 31 (dashed line) shows the normalized BP 32 in the azimuth plane. In addition, in FIG. 3 antenna 31 (top view, dashed line) is shown conditionally - without taking into account its physical dimensions.

Формируемые вдоль системы из четырех спиральных проводников зоны излучения образуют линейную антенную решетку с последовательным питанием, в которой в соседних зонах излучения на каждом отдельном проводнике токи синфазны. Поэтому спиральная антенна в угломестной плоскости формирует направленное излучение с максимумом, расположенным ортогонально к оси антенны, что совпадает с положением азимутальной плоскости. За счет изменения угла намотки спиральных проводников в большем диапазоне значений β_НАЧ и β_КОН, расстояние между каждой следующей парой соседних зон излучения может линейно увеличиваться по мере удаления от входов проводников, что обеспечивает в угломестной плоскости увеличение отклонения максимума ДН относительно горизонтальной плоскости.The radiation zones formed along the system of four spiral conductors form a linear antenna array with series power supply, in which the currents are in phase in the adjacent radiation zones on each individual conductor. Therefore, the helical antenna in the elevation plane forms directional radiation with a maximum located orthogonal to the antenna axis, which coincides with the position of the azimuthal plane. By changing the angle of winding of spiral conductors in a wider range of values of β _ANCH and β _KOH , the distance between each next pair of adjacent radiation zones can increase linearly with distance from the inputs of the conductors, which provides an increase in the deviation of the DN maximum relative to the horizontal plane in the elevation plane.

Увеличение количества формируемых на проводниках зон излучения уменьшает ширину диаграммы направленности антенны в угломестной плоскости.An increase in the number of radiation zones formed on the conductors reduces the width of the antenna radiation pattern in the elevation plane.

На Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6 показаны для угломестной плоскости нормированные ДН 42, 52, 62 и угловые зависимости коэффициента эллиптичности 43, 53, 63 поля излучения спиральной антенны, которые рассчитаны на центральной длине волны λ₀ (соответствует частоте ƒ₀) для различных групп значений геометрических параметров спиральных проводников.FIG. 4, FIG. 5, Fig. 6 shows for the elevation plane the normalized DN 42, 52, 62 and the angular dependences of the ellipticity coefficient 43, 53, 63 of the radiation field of the spiral antenna, which are calculated at the central wavelength λ ₀ (corresponding to the frequency ƒ ₀ ) for various groups of values of the geometric parameters of the spiral conductors.

На Фиг. 4, Фиг. 5, Фиг. 6 условно изображена спиральная антенна 41,51,61 в боковой проекции, что поясняет соотношение угловых характеристик поля и положения антенны.FIG. 4, FIG. 5, Fig. 6 conventionally depicts a helical antenna 41,51,61 in lateral projection, which explains the relationship between the angular characteristics of the field and the position of the antenna.

При выборе разных групп значений геометрических параметров проводников, в угломестной плоскости получены разные углы отклонения максимума диаграммы направленности антенны, при этом в пределах ширины ДН формируется близкая к круговой поляризация поля излучения. Для каждой из групп геометрических параметров спиральных проводников с изменением частоты в пределах относительной полосы 2Δƒ/ƒ₀=8-9% наблюдаются отклонения максимума ДН от положения, полученного на средней частоте диапазона ƒ₀ - эффект частотного сканирования главным лучом диаграммы направленности.When choosing different groups of values of the geometric parameters of the conductors, different angles of deviation of the maximum of the antenna directional pattern were obtained in the elevation plane, while within the width of the antenna pattern, a close to circular polarization of the radiation field is formed. For each of the groups of geometric parameters of spiral conductors with a change in frequency within the relative band 2Δƒ / ƒ ₀ = 8-9%, deviations of the DP maximum from the position obtained at the middle frequency of the range ƒ ₀ are observed - the effect of frequency scanning by the main beam of the directional pattern.

При правосторонней намотке спиральных проводников и начальных фазах токов возбуждения, выбранных согласно Фиг. 1, поле излучения спиральной антенны имеет левостороннюю круговую поляризацию, при левосторонней намотке спиральных проводников и соответствующих начальных фазах токов возбуждения (Фиг. 1) - правостороннюю круговую поляризацию.With the right-hand winding of the spiral conductors and the initial phases of the excitation currents selected according to FIG. 1, the radiation field of the spiral antenna has left-hand circular polarization, with left-hand winding of the spiral conductors and the corresponding initial phases of the excitation currents (Fig. 1) - right-hand circular polarization.

Эти свойства предложенной спиральной антенны являются новыми, поскольку в прототипе для формирователя поля круговой поляризации используются решетка кольцевых кластеров щелевых турникетных излучателей, прорезанных в стенках коаксиального волновода, в котором пространство между внутренней и внешней проводящей поверхностями заполненного диэлектриком.These properties of the proposed spiral antenna are new, since the prototype for the circular polarization field former uses an array of ring clusters of slotted turnstile emitters cut in the walls of a coaxial waveguide, in which the space between the inner and outer conducting surfaces is filled with a dielectric.

Причинно-следственная связь между заявляемой антенной и достигаемым техническим результатом состоит в том, что четыре одинаковых спиральных проводника с линейным изменением угла намотки, возбуждаемые равноамплитудно с определенными начальными фазами токов, располагаются на опорном цилиндре, при этом антенна формирует в азимутальной плоскости ненаправленную диаграмму направленности и направленную - в угломестной полкости, с максимумом излучения, расположенным вблизи к азимутальной плоскости, с близкой к круговой поляризацией поля излучения в пределах ширины главного лепестка диаграммы направленности, с частотным сканированием главным лепестком диаграммы направленности в угломестной плоскости, с возможностью уменьшить ширину главного лепестка диаграммы направленности в угломестной плоскости, отличающаяся тем, что в качестве излучателей используются одинаковые спиральные проводники с переменным углом намотки, размещенные на несущем цилиндре, закрепленном на экране, причем задаются определенные численные значения геометрических параметров проводников и режимы их возбуждения.The causal relationship between the claimed antenna and the achieved technical result consists in the fact that four identical spiral conductors with a linear change in the winding angle, excited with equal amplitude with certain initial phases of currents, are located on the support cylinder, while the antenna forms an omnidirectional radiation pattern in the azimuthal plane and directional - in the elevation plane, with a maximum radiation located close to the azimuthal plane, with close to circular polarization of the radiation field within the width of the main lobe of the radiation pattern, with frequency scanning by the main lobe of the radiation pattern in the elevation plane, with the ability to reduce the width of the main lobe of the radiation pattern in the elevation plane, characterized in that the same spiral conductors with a variable angle of winding are used as emitters, placed on a bearing cylinder fixed on the screen, and numerical numerical values of geometrical parameters of conductors and modes of their excitation.

Claims

An antenna with an omnidirectional radiation pattern in the azimuthal plane and directed in the elevation plane, with a maximum radiation located close to the azimuthal plane, with close to circular polarization of the radiation field within the width of the main lobe of the radiation pattern, with frequency scanning by the main lobe of the radiation pattern in the elevation plane, with the ability to reduce the width of the main lobe of the radiation pattern in the elevation plane, characterized in that the same spiral conductors with a variable angle of winding, placed on a support cylinder fixed on the screen, are used as emitters, and certain numerical values of the geometric parameters of the conductors and their excitation modes are set.