Плоская спиральная антенна

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве плоской спиральной антенны используемой в качестве излучателей фазированных антенных решеток широкополосных пеленгационных систем. Требуемый технический результат, заключающийся в улучшении согласования антенны с питающим фидером и увеличении максимальной рабочей длины волны антенны, достигается в антенне, содержащей резонатор и излучатель, выполненный в виде плоской двухзаходной спирали, жестко закрепленный в плоскости раскрыва резонатора, подключенный к питающему фидеру, при этом, боковая стенка резонатора выполнена в виде цилиндрической формы с зигзагообразной образующей, длина которой превосходит длину окружности, в которую вписан излучатель плоской спиральной антенны. 3 ил.

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к антенной технике и может быть использовано в качестве плоской спиральной антенны используемой в качестве излучателей фазированных антенных решеток широкополосных пеленгационных систем.

Известна спиральная антенна [US, 1587611, H01Q 11/08, 31, 23.08.90], которая содержит двухзаходную арифметическую спираль, имеющую не менее 3, 5 витков в каждой ветви, согласующий элемент и коаксиальный соединитель, причем, спираль размещена на диэлектрической плате, установленной над экраном на расстоянии (0,1-0,15) максимальной рабочей длины волны, ветви двухзаходной спирали замкнуты в центре, согласующий элемент выполнен в виде отрезка коаксиальной линии, внешний проводник которой соединен со спиралью и металлическим диском диаметром 0,1 максимальной рабочей длины волны, который расположен от спирали на расстоянии не более 0,02 максимальной рабочей длины волны, внутренний проводник соединен со спиралью в точке, находящейся на расстоянии 0,34-0,38 максимальной рабочей длины волны, отсчитываемом вдоль ветви спирали от ее центра.

Недостатком этой антенны является относительно большая дисперсия, которая вызвана большой длиной ветвей спирали (не менее двух минимальных длин волн), что приводит к большим пеленгационным ошибкам.

Известна также спиральная антенна [US, 1307496, H01Q 11/08, 30.03.85], содержащая излучатель в виде плоской двухзаходной спирали, установленной в плоскости раскрыва резонатора, при этом, излучатель подключен к питающему фидеру через согласующий элемент, выполненный в виде начального участка двухзаходной спирали, форма огибающей начального участка двухзаходной спирали выбрана из уравнений:

()_вн=Al·exp(B·)

для внутренней стороны полоска ветвей спирали

()_вн=Al·exp(B·)+C·/(D+),

для наружной стороны полоска ветвей спирали,

где ()_вн и ()_н - радиусы внутренней и наружной сторон полоска ветвей плоской двухзаходной спирали в функции координаты полярной системы координат (, ); A₁, A₂, B - заданные параметры, определяющие ширину полоска ветвей спирали плоской двухзаходной спирали, причем A₁, A₂, B>0, C, D и E - параметры, выбранные из соотношений:

D=_max·(E-1); _max=C·_max/(D+_max);

_конт=A_2·ехр(-B·_конт)+C·_конт/(D+_конт),

где _конт, _конт - параметры начального участка плоской двухзаходной спирали в месте подключения к питающему фидеру;

_max, _max - параметры в точке с максимальным приращением ширины полоска _max.

Недостаток этой антенны заключается в относительно узких функциональных возможностях, обусловленных тем, что ее максимальная рабочая длина волны не может быть больше удвоенного размера внешнего диаметра спирали антенны, так как укороченная длина средней части не обеспечивает необходимый набег разности фаз между токами в ветвях спирали, приводящей к формированию синфазного излучающего виртуального кольца спиральной антенны, а при рабочей длине волны, превышающий удвоенный размер диаметра спиральной антенны, нарушается ее согласование с питающим фидером.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является спиральная антенна [RU 2369948, C1, H01Q 11/08, 10.10.2009], содержащая резонатор и излучатель, выполненный в виде плоской двухзаходной спирали, жестко закрепленный в плоскости раскрыва резонатора, подключенный к питающему фидеру, при этом, с внутренней и наружной боковых сторон ветвей двухзаходной спирали выполнены согласующие ступенчатые неоднородности, причем, формы огибающих кривых боковых сторон ветвей двухзаходной спирали излучателя антенны, и положения согласующих ступенчатых неоднородностей на боковых сторонах ветвей двухзаходной спирали рассчитывают по формулам (1) и (2):

при условии, что _i,n3,0754+(i-1)·/2

при условии _i,n>3,0754+(i-1)·/2,

где (_i,n)_нр и (_i,n)_p - текущие значения радиусов векторов форм огибающих кривых i-х боковых сторон ветвей двухзаходной спирали, как функции _i,n в полярной системе координат, (, ); i - индекс значения которого при расчете последовательно принимают значения: 1, 2, 3 и 4; n - индекс последовательно принимает значения от 0 (или другого целого числа) до значения «к» и характеризует конкретное значение аргумента cu.n, при котором в данный момент рассчитываются значения (_i,n)_нр и (_i,n)_p; к - параметр определят точность проводимых расчетов, (к+1) - количество точек на заданном интервале изменения аргумента a_i,n при котором производится расчет функций (_i,n)_нр и (_i,n)_p; _i,n=A··n/k+(i-1)·/2 - текущее значение аргумента функции, радиусов-векторов (_i,n)_нр и (_i,n)_p; A - параметр, определяющий количество витков ветвей двухзаходной спирали; B - параметр, определяющий крутизну захода и диаметр нерегулярной части ветвей двухзаходной спирали; С=3·[4·(i-1)+g+i/4,8] - поправочный коэффициент, значения g находятся в пределах от 0,8 до 10; F - параметр, значения которого находятся в пределах от 0,5 до 10.

Причем спираль размещена на диэлектрической плате, установленной над проводящим экраном, являющимся нижней частью резонатора, на расстоянии (0,1-0,15) максимальной рабочей длины волны. Боковая проводящая стенка резонатора имеет цилиндрическую форму и удалена от внешнего витка спиральной антенны на расстояние, равное минимальному расстоянию между проводниками двухзаходной спиральной антенны.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно плохое согласование антенны с питающим фидером и относительно малое значение максимальной рабочей длины волны антенны, что снижает ее функциональные возможности. Это обусловлено тем, что, о в известном устройстве боковая проводящая стенка резонатора, связанная за счет электромагнитного взаимодействия с внешним проводником излучателя, шунтирует излучатель, уменьшая излучение на максимальной рабочей длине волны. Боковая стенка резонатора образует короткозамкнутый виток, нагруженный на малое собственное сопротивление материала боковой стенки резонатора. Резонансная длина волны такого витка соответствует максимальной рабочей длине волны излучателя. Поэтому шунтирование происходит только вблизи от максимальной рабочей длины волны спиральной антенны.

Требуемый технический результат заключается в улучшении согласования антенны с питающим фидером и увеличении максимальной рабочей длины волны антенны.

Требуемый технический результат достигается тем, что в плоской спиральной антенне, содержащей резонатор и излучатель, выполненный в виде плоской двухзаходной спирали, жестко закрепленный в плоскости раскрыва резонатора, подключенный к питающему фидеру, согласно предложенной полезной модели, боковая стенка резонатора выполнена в виде цилиндрической формы с зигзагообразной образующей, длина которой превосходит длину окружности, в которую вписан излучатель плоской спиральной антенны.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - диаметральное поперечное сечение двухзаходной спиральной антенны, ортогональное ее апертуре;

на фиг. 2 - поперечный разрез резонатора;

на фиг. 3 - сечение боковой стенки резонатора плоскостью, параллельной плоскости расположения излучателя.

На чертеже обозначены: 1 - спиральный излучатель, 2 - диэлектрическая подложка, 3 - питающий фидер, 4 - объемный резонатор, 5 - плоский экран, 6 - боковая стенка резонатора, 6 - проводящий плоский экран; 7 - боковая проводящая стенка резонатора цилиндрической формы с зигзагообразой образующей.

Работает плоская спиральная антенна следующим образом.

Сверхвысокочастотный сигнал подают на вход питающего фидера, а из фидера сигнал поступает в излучатель, выполненный в виде плоской двухзаходной спирали, жестко закрепленный в плоскости раскрыва резонатора. Технический результат достигается благодаря тому, что объемный резонатор (фиг. 2) состоит из проводящего плоского экрана 1 и проводящей боковой стенки 2, которые гальванически соединены по линии касания. Боковая стенка резонатора (фиг. 3) имеет цилиндрическую форму с зигзагообразной образующей, длина которой существенно превосходит длину окружности, в которую вписан излучатель плоской спиральной антенны. При этом резонансная длина волны короткозамкнутого витка, образованного боковой проводящей стенкой резонатора существенно превосходит максимальную рабочую длину волны антенны, за счет чего уменьшается электромагнитное взаимодействие между боковой стенкой резонатора и близлежащим витком спирального излучателя и уменьшается шунтирующее действие боковой стенкой резонатора на излучатель.

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям, в частности, тем, что боковая стенка резонатора выполнена в виде цилиндрической формы с зигзагообразной образующей, длина которой превосходит длину окружности, в которую вписан излучатель плоской спиральной антенны, достигается требуемый технический результат, который заключается в улучшении согласования антенны с питающим фидером и увеличении максимальной рабочей длины волны антенны.

Плоская спиральная антенна, содержащая резонатор и излучатель, выполненный в виде плоской двухзаходной спирали, жестко закрепленный в плоскости раскрыва резонатора, подключенный к питающему фидеру, отличающаяся тем, что боковая стенка резонатора выполнена в виде цилиндрической формы с зигзагообразной образующей, длина которой превосходит длину окружности, в которую вписан излучатель плоской спиральной антенны.