Двухдиапазонная спиральная антенна

 

Изобретение относится к антеннам. Техническим результатом является обеспечение работы в двух частотных диапазонах. Двухдиапазонная спиральная антенна включает две однодиапазонные антенные секции, каждая из которых имеет схему возбуждения, заземленный слой, находящийся напротив схемы возбуждения, и группу из одного или нескольких излучателей, вытянутых от схемы возбуждения. Согласно одному из аспектов изобретения контакт вытянут от схемы возбуждения одной из антенн и обеспечивает возбуждение для этой антенны. Контакт также обеспечивает путь для протекания тока из излучателей второй антенны вдоль оси второй антенны, чтобы тем самым увеличить энергию, излучаемую в направлениях, перпендикулярных к оси. Согласно еще одному признаку изобретения заземленный слой одной антенны используется в качестве короткозамыкающего кольца для другой антенны. 3 с. и 22 з.п.ф-лы, 23 ил.

Предшествующий уровень техники I. Область техники Настоящее изобретение относится к антеннам. Более конкретно, настоящее изобретение относится к новой и улучшенной двухдиапазонной спиральной антенне, имеющей связанные (электромагнитно) излучательные сегменты.

II. Уровень техники Современные устройства персональной связи находят успешное и широко распространяемое использование в многочисленных мобильных и портативных приложениях. Для традиционных мобильных применений желание минимизировать размер устройства связи, такого как, например, мобильный телефон, привело к небольшому снижению габаритов и массы устройства. Однако поскольку популярность портативных и ручных применений увеличивается, то резко возросла потребность в устройствах все меньших по размеру. Последние разработки в области технологии изготовления процессоров, технологии изготовления аккумуляторов и технологии изготовления средств связи позволили за последние несколько лет очень существенно снизить размер и вес портативных устройств.

Антенные устройства - это та область, в которой требуется снижение размеров. Размер и вес антенны играет важную роль в снижении габаритов и массы устройств связи. Полный размер антенны может влиять на размер корпуса устройства. Антенны с меньшим диаметром и более короткой длиной могут обеспечить меньшие размеры устройства в целом, а также и меньшие размеры корпуса.

Размер устройства - это не единственный фактор, который должен учитываться при конструировании антенн для портативных применений. Другим фактором, который должен учитываться при конструировании антенн, является ослабление и/или эффекты затенения, возникающие из-за близости к антенне пользователя при нормальных режимах работы. Кроме того, еще одним фактором являются параметры линии связи, такие как, например, диаграммы направленности антенны и рабочие частоты.

Антенна, которая находит широкое использование в спутниковых системах связи, - это спиральная антенна. Одной из причин популярности спиральной антенны в спутниковых системах является ее способность создавать и принимать излучение с круговой поляризацией, используемое в таких системах. Кроме того, поскольку спиральная антенна способна создавать диаграмму направленности, которая близка к полусферической, спиральная антенна особенно хорошо подходит для использования в спутниковых системах мобильной связи и в навигационных спутниковых системах.

Традиционные спиральные антенны изготавливаются путем скручивания излучателей антенны в спиральную структуру. Обычная спиральная антенна - это четырехзаходная (четырехэлементная) спиральная антенна, в которой используются четыре излучателя, пространственно разнесенные равномерно вокруг сердечника и возбуждаемые в фазовой квадратуре (т.е. излучатели возбуждаются сигналами, которые отличаются по фазе на одну четверть периода или 90^o). Длина излучателей обычно кратна целому числу четверти длины волны рабочей частоты устройства связи. Диаграммы направленности антенны обычно настраиваются путем изменения шага излучателя, длины излучателя (кратна целому числу четверти длины волны) и диаметру сердечника.

Обычная спиральная антенна может быть изготовлена с использованием проволочной или полосковой технологии. При полосковой технологии излучатели антенны протравливаются или наносятся на тонкую гибкую основу. Излучатели располагаются так, чтобы они были параллельны друг другу, но были под тупым углом к сторонам (или краям) основы. Затем основа формируется или скатывается в цилиндрическую, коническую или другую соответствующую форму, в результате чего полосковые излучатели приобретают форму спирали.

Однако эта традиционная спиральная антенна также имеет длину излучателей, равную кратному целому четверти длины волны резонансной частоты; в результате полная длина антенны больше, чем длина, необходимая для некоторых портативных или мобильных применений.

Кроме того, в применениях, где передача и прием сигналов связи осуществляется на разных частотах, требуются двухдиапазонные антенны. Однако часто имеющиеся двухдиапазонные антенны не обладают требуемой конфигурацией. Например, один из способов изготовления двухдиапазонной антенны состоит в том, что две однодиапазонные четырехзаходные спиральные антенны составляются ярусно торец к торцу так, что они образуют единый цилиндр. Однако недостаток такого решения заключается в том, что антенна длиннее, чем та, которая могла бы потребоваться для портативных или переносных устройств.

В соответствии с другой технологией обеспечения работы на двух диапазонах использовались две отдельные однодиапазонные антенны. Однако для переносных устройств такие две антенны должны быть расположены в непосредственной близости друг от друга. Две однодиапазонные антенны, расположенные вблизи друг от друга на портативных или переносных устройствах, будут приводить к взаимодействию между этими двумя антеннами, приводя к ухудшению рабочих параметров и к нежелательным помехам.

Раскрытие изобретения Настоящее изобретение реализуется в новой улучшенной двухдиапазонной спиральной антенне, имеющей две группы из одного или нескольких спирально скрученных излучателей. Излучатели скручены или накручены так, что антенна имеет цилиндрическую, коническую или другую соответствующую форму для того, чтобы оптимизировать или, по-другому, получить требующиеся диаграммы направленности антенны. Согласно изобретению одна группа излучателей предназначена для работы на первой частоте, а вторая группа излучателей выполнена для работы на второй частоте, которая предпочтительно отличается от первой частоты. Каждая группа излучателей имеет соответствующую схему возбуждения для получения сигналов, возбуждающих излучатели. Таким образом, двухдиапазонная антенна может быть описана как состоящая из двух однодиапазонных антенн, причем каждая однодиапазонная антенна имеет излучательную часть и возбуждающую часть.

Для обеспечения двухдиапазонной работы в объединенном антенном блоке две группы излучателей и соответствующие им схемы возбуждения (т.е. две однодиапазонные антенны) составляются ярусно или располагаются торец к торцу так, что они оказываются соосно ориентированными по отношению друг к другу.

В одном из вариантов составленные антенны располагаются так, что они имеют одну и ту же ориентацию. То есть, их возбуждающие части ориентированы в направлении одного конца двухдиапазонной антенны, а их излучательные части ориентированы в направлении другого конца. Следовательно, части двухдиапазонной антенны, от одного конца антенны до другого, следующие: излучательная часть первой однодиапазонной антенны, возбуждающая часть первой однодиапазонной антенны, излучательная часть второй однодиапазонной антенны и возбуждающая часть второй однодиапазонной антенны.

В одном из вариантов каждый излучатель из по меньшей мере одной группы излучателей состоит из двух излучательных сегментов. Один излучательный сегмент вытянут в виде спирали от первого конца излучательной части антенны в направлении другого конца излучательной части. Второй излучательный сегмент вытянут в виде спирали от центральной области двухдиапазонной антенны (т.е. от другого конца излучательной части второй однодиапазонной антенны) в направлении первого конца излучательной части.

В этом варианте каждый сегмент в группе физически отделен от соседнего сегмента (соседних сегментов) в этой группе, но электромагнитно с ним связан. Длина сегментов в группе выбирается так, чтобы группа (т.е. излучатель(и)) резонировала на конкретной частоте. Поскольку сегменты в группе физически отделены друг от друга, но электромагнитно связаны друг с другом, длина, на которой излучатель резонирует, для заданной частоты может быть выполнена более короткой, чем длина излучателя обычной спиральной антенны.

Вследствие такой структуры электромагнитная энергия из первого сегмента излучателя в первой группе связана со вторым сегментом этого излучателя. Эффективная электрическая длина этих объединенных сегментов вызывает резонанс излучателя в первой группе, состоящей из одного или более излучателей, на заданной частоте.

Достоинство этого варианта с несколькими связанными сегментами состоит в том, что антенна легко может быть настроена на заданную частоту путем регулировки или подгонки длины излучательных сегментов. Поскольку излучатели не являются одной непрерывной линией, а выполняются в виде набора из двух или более сегментов, длина сегментов легко изменяется после того, как антенна изготовлена, чтобы должным образом настраиваться на частоту антенны. Кроме того, полная диаграмма направленности антенны, по существу, не изменяется при настройке, поскольку сегменты могут быть подогнаны без изменения места их расположения.

В другом варианте элементы двухдиапазонной антенны располагаются на основе так, что заземленный слой для возбуждающей части первой однодиапазонной антенны используется как короткозамыкающее кольцо вокруг конца излучателей второй однодиапазонной антенны. Вследствие такой конфигурации нет необходимости в какой-либо дополнительной структуре для обеспечения функции короткого замыкания, что позволяет антенне резонировать при длине, равной половине длины волны резонансной частоты, умноженной на четное целое число.

В еще одном варианте схема возбуждения, используемая для формирования фазовых сигналов для излучателей, модифицирована для экономии пространства (места). А конкретно, части схемы возбуждения размещены на излучательной части антенны, вследствие чего закрывается меньшая область возбуждающей части. В результате полный размер антенны может быть уменьшен и снижается величина потерь в линии подачи питания (возбуждающих сигналов).

В еще одном варианте антенны предлагается контакт для подачи сигнала на первую однодиапазонную антенную секцию. Контакт вытянут от возбуждающей части первой однодиапазонной антенны. Когда антенне придается форма цилиндра или другая соответствующая форма, контакт совмещается с осью антенны. А конкретно, в предпочтительном варианте контакт вытянут радиально внутрь для формирования конструкции, в которой линия подвода питания расположена по центру антенны. Следовательно, контакт и линия питания не влияют на диаграмму направленности второй однодиапазонной антенны.

Достоинство изобретения состоит в том, что диаграммы направленности антенны могут подстраиваться для получения максимального уровня сигнала (напряженности поля) в одном направлении вдоль оси антенны. Следовательно, для определенных приложений, таких как, например, спутниковые системы связи, диаграммы направленности антенны могут быть оптимизированы для получения максимального уровня сигнала в направлении вверх, наружу от земли.

Другое достоинство изобретения состоит в том, что ток, протекающий от излучателей второй антенны в контакт первой антенны, стремится расширить диаграмму направленности первой антенны. Эта тенденция сделать антенну более подходящей для определенных приложений спутниковой связи используется в системах связи, когда спутники вращаются на низкой околоземной орбите.

Краткое описание чертежей Особенности и достоинства настоящего изобретения станут более явными из нижеизложенного подробного описания варианта изобретения с учетом чертежей, на которых аналогичные элементы обозначены одними и теми же номерами позиций. Кроме того, слева стоящая цифра(ы) в номере позиции указывает на номер чертежа, на котором эта позиция появилась впервые.

Фиг.1А - схема, иллюстрирующая обычную проволочную четырехзаходную спиральную антенну.

Фиг. 1В - схема, иллюстрирующая обычную полосковую четырехзаходную спиральную антенну.

Фиг. 2А - схема, иллюстрирующая плоскостное отображение четырехзаходной спиральной антенны с разомкнутым контуром или с разомкнутыми выводами.

Фиг. 2В - схема, иллюстрирующая плоскостное отображение четырехзаходной спиральной антенны с короткозамкнутым контуром.

Фиг. 3 - схема, иллюстрирующая распределение тока по излучателю четырехзаходной спиральной антенны с короткозамкнутым контуром.

Фиг. 4 - схема, иллюстрирующая дальнюю поверхность протравленной основы полосковой спиральной антенны.

Фиг. 5 - схема, иллюстрирующая ближнюю поверхность протравленной основы полосковой спиральной антенны.

Фиг. 6 - схема, иллюстрирующая перспективу протравленной основы полосковой спиральной антенны.

Фиг. 7А - схема, иллюстрирующая излучатель с несколькими связанными сегментами, с разомкнутым контуром, имеющий пять связанных сегментов, в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 7В - схема, иллюстрирующая пару короткозамкнутых излучателей с несколькими связанными сегментами в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 8А - схема, иллюстрирующая плоское отображение четырехзаходной спиральной антенны короткозамкнутой, с несколькими связанными сегментами в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 8В - схема, иллюстрирующая четырехзаходную спиральную антенну с несколькими связанными сегментами, в форме цилиндра в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 9А - схема, иллюстрирующая перекрытие сегментов излучателя и промежуток s между сегментами в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 9В - схема, иллюстрирующая пример распределения токов излучательных сегментов спиральной антенны с несколькими связанными сегментами.

Фиг.10А - схема, иллюстрирующая два точечных источника, излучающих сигналы, отличающиеся по фазе на 90^o.

Фиг. 10В - схема, иллюстрирующая диаграмму направленности по напряженности поля для точечных источников, проиллюстрированных на фиг.10А.

Фиг. 10С - схема, иллюстрирующая диаграмму направленности по напряженности поля с круговой поляризацией для обычной спиральной антенны и диаграмму направленности по напряженности поля с круговой поляризацией для спиральной антенны, имеющей контакт для подвода питания, совмещенный с осью антенны.

Фиг. 11 - схема, иллюстрирующая вариант, в котором каждый сегмент расположен на эквидистантном расстоянии от сегментов с любой стороны.

Фиг. 12 - схема, иллюстрирующая пример выполнения антенны с несколькими связанными сегментами согласно одному из вариантов изобретения.

Фиг.13 - схема, иллюстрирующая плоскостные отображения поверхностей ярусно составленной двухдиапазонной спиральной антенны в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг.14 - схема, иллюстрирующая плоскостные отображения поверхностей ярусно составленной двухдиапазонной спиральной антенны в соответствии с одним из вариантов изобретения, в котором точки возбуждения (подачи сигнала) для излучателей расположены на расстоянии от схемы возбуждения.

Фиг. 15 - схема, иллюстрирующая плоскостное отображение контакта, используемого для подачи питания (сигнала возбуждения) на антенну, представляющую собой ярусно составленную двухдиапазонную спиральную антенну, в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг.16 - схема, иллюстрирующая примерные размеры для ярусно составленной двухдиапазонной спиральной антенны в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг.17 - схема, иллюстрирующая пример обычной схемы возбуждения с квадратурными сигналами.

Фиг.18 - схема, иллюстрирующая схему возбуждения, имеющая части, которые проходят в излучатели антенны, в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг. 19 - схема, иллюстрирующая схемы возбуждения с сигнальными дорожками, включая пути подачи сигналов, для антенн согласно одному из вариантов изобретения.

Фиг.20 - схема, иллюстрирующая конфигурацию для заземленного слоя антенны, согласно одному из вариантов изобретения.

Фиг. 21 - схема, иллюстрирующая заземленные слои и сигнальные дорожки двухдиапазонной антенны, наложенные согласно одному из вариантов изобретения.

Фиг. 22А - схема, иллюстрирующая конструкцию для закрепления антенны в цилиндрической или другой соответствующей форме в соответствии с одним из вариантов изобретения.

Фиг.22В-22Е - схемы, иллюстрирующие формирование антенны в форме цилиндра или другой соответствующей форме в соответствии с вариантом, проиллюстрированном на фиг.22А.

Фиг.23А - схема, иллюстрирующая каркас, подходящий для использования при удерживании антенны в форме цилиндра или другой соответствующей форме, согласно одному из вариантов.

Фиг. 23В и 23С - схемы, иллюстрирующие формирование антенны в форме цилиндра или другой соответствующей форме в соответствии с вариантом, проиллюстрированном на фиг.23А.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения I. Обзор и обсуждение изобретения Настоящее изобретение направлено на создание двухдиапазонной спиральной антенны, способной резонировать на двух различных рабочих частотах. Две спиральные антенны ярусно составлены торец к торцу, при этом одна антенна резонирует на первой частоте, а другая антенна резонирует на второй частоте. Каждая антенна имеет излучательную часть, содержащую один или несколько спирально скрученных излучателей. Каждая антенна также имеет возбуждающую часть, содержащую схему возбуждения и заземленный слой. Имеется контакт для подачи сигнала на первую однодиапазонную антенну. Контакт вытянут от возбуждающей части первой однодиапазонной антенны. Когда антенна сформирована в виде цилиндра или другой соответствующей формы, то контакт совмещается с осью антенны. А более конкретно, в предпочтительном варианте контакт вытянут в радиальном направлении внутрь антенны для того, чтобы получить запитывающую структуру, расположенную по центру. Ниже подробно описано, как это реализуется в соответствии с несколькими вариантами изобретения.

II. Примерные условия эксплуатации В широком смысле изобретение может быть реализовано в любой системе, для которой может использоваться технология спиральных антенн. Одним из примеров таких условий эксплуатации (применений) является система связи, в которой пользователи, имеющие стационарно установленные, мобильные и/или портативные телефоны, связываются с партнерами по спутниковому каналу связи. При этих условиях эксплуатации требуется, чтобы телефон имел антенну, настроенную на частоту спутникового канала связи.

Настоящее изобретение раскрыто через терминологию этих условий эксплуатации. Описание представлено в этих терминах только для удобства. Предполагается, что изобретение не ограничивается применением только в этих условиях эксплуатации. Фактически, после прочтения нижеприведенного описания специалистам в данной области техники станет очевидным, как можно реализовать изобретение в других условиях эксплуатации.

III. Обычная спиральная антенна Перед подробным раскрытием вариантов выполнения изобретения полезно описать излучательную часть некоторых обычных спиральных антенн. А конкретно, в этом разделе документа описаны излучательные части некоторых традиционных четырехзаходных спиральных антенн. Фиг.1А и 1В - схемы, иллюстрирующие излучательную часть 100 обычной четырехзаходной спиральной антенны проволочного типа и полоскового типа соответственно. Излучательная часть 100, проиллюстрированная на фиг.1А и 1В, является частью четырехзаходной спирали антенны, это означает, что она имеет четыре излучателя 104, работающих в фазовой квадратуре. Как показано на фиг.1А и 1В, излучатели 104 закручены для получения круговой поляризации.

Фиг. 2А и 2В - это схемы, иллюстрирующие плоскостное отображение излучательной части обычных четырехзаходных спиральных антенн. Другими словами, фиг. 2А и 2В иллюстрируют излучатели, как они будут выглядеть, если цилиндр антенны развернуть на плоской поверхности.

Фиг. 2А - это схема, иллюстрирующая четырехзаходную спиральную антенну с разомкнутым контуром или с разомкнутыми выводами на дальнем конце. Для такой конфигурации резонансная длина l излучателей 208 равна четверти длины волны требующейся резонансной частоты, умноженной на нечетное целое число (кратна нечетному целому четверти длины волны).

Фиг. 2В - схема, иллюстрирующая четырехзаходную спиральную антенну, которая является короткозамкнутой или электрически соединенной на дальнем конце. В этом случае резонансная длина l излучателей 208 равна четверти длины волны требующейся резонансной частоты, умноженной на четное целое число. Заметим, что в обоих случаях эта установленная резонансная длина l является приблизительной, поскольку обычно требуется небольшая коррекция для того, чтобы скомпенсировать неидеальные короткозамкнутые или разомкнутые выводы.

Фиг. 3 - схема, иллюстрирующая плоскостное отображение излучательной части четырехзаходной спиральной антенны 300, которая включает излучатели 208, имеющие длину l=/2, где - длина волны требующейся резонансной частоты антенны. Кривая 304 представляет относительную величину тока для сигнала на излучателе 208, который резонирует на частоте f=v/, где v - скорость сигнала в среде.

Примерные реализации четырехзаходной спиральной антенны, выполненной, используя технологии печатной платы (полосковая антенна), описаны более подробно со ссылками на фиг.4-6. Полосковая четырехзаходная спиральная антенна состоит из полосковых излучателей 104А-104D, протравленных в диэлектрической основе 406. Основа представляет собой тонкий гибкий материал, который скручен в цилиндрическую, коническую или другую соответствующую форму так, что излучатели 104А-104D становятся спирально закрученными относительно центральной оси цилиндра.

Фиг. 4-6 иллюстрируют элементы, используемые для изготовления четырехзаходной спиральной антенны 100. Фиг.4 и 5 представляют изображение дальней поверхности 400 и ближней поверхности 500 основы соответственно. Антенна 100 включает излучательную часть 404 и возбуждающую часть 408.

В вариантах, описанных и проиллюстрированных здесь, антенны описываются, как изготовленные путем формирования основы в виде цилиндрической формы, причем ближняя поверхность находится на наружной поверхности сформированного цилиндра. В других вариантах основа формируется в виде цилиндрической формы, при этом на наружной поверхности цилиндра находится дальняя поверхность.

В одном из вариантов диэлектрическая основа 100 представляет собой тонкий, гибкий слой политетрафторэтилена (ПТФЭ), композитного материала ПТФЭ/стекло или другого диэлектрического материала. В одном из вариантов толщина основы 406 порядка 0.005 дюймов или 0.13 мм, хотя могут быть выбраны и другие толщины. Сигнальные дорожки (для подачи сигналов) и заземленные дорожки выполняются с использованием меди. В других вариантах вместо меди могут быть выбраны другие проводящие материалы в зависимости от стоимости, условий эксплуатации и других факторов.

В варианте, проиллюстрированном на фиг.5, схема возбуждения 508 протравлена на возбуждающей части 408, она обеспечивает получение квадратурных сигналов (т. е. сигналов 0, 90, 180 и 270^o), которые подаются на излучатели 104А-104D. Возбуждающая часть 408 дальней поверхности 400 обеспечивает заземленный слой 412 для электрической схемы 508 заземления. Сигнальные дорожки для схемы 508 заземления протравлены на ближней поверхности 500 возбуждающей части 408.

Для дальнейшего обсуждения: излучательная часть 404 имеет первый конец 432, примыкающий к возбуждающей части 408, и второй конец 434 (на противоположном конце излучательной части 404). В зависимости от реализованного варианта антенны излучатели 104А-104D могут быть протравлены в дальней поверхности 400 излучательной части 404. Длина, на которую излучатели 104А-104D вытянуты от первого конца 432 в направлении второго конца 434, приблизительно равна четверти длины волны требующейся резонансной частоты, умноженной на целое число.

В таком варианте, где излучатели 104А-104D равны /2, умноженная на целое число, излучатели 104А-104D электрически соединены друг с другом (т.е. закорочены или коротко замкнуты) на втором конце 434. Это соединение может быть выполнено с помощью проводника, проходящего поперек второго конца 434, который образует кольцо 604 по окружности антенны, когда основа сформирована в виде цилиндра. Фиг.6 - это схема, иллюстрирующая перспективу полосковой спиральной антенны с протравленной основой; на втором конце 434 антенна имеет закорачивающее кольцо 604.

Одна из обычных четырехзаходных спиральных антенн раскрыта в патенте США 5198831 Барреллом и др. (Burrell) (далее ссылка на него "патент '831"), который включен в настоящее описание в качестве ссылки. Антенна, раскрытая в патенте '831, представляет собой антенну на печатной плате, имеющую антенные резонаторы, протравленные или другим образом нанесенные на диэлектрическую основу. Основа сформирована в форме цилиндра, в результате чего образуется спиральная конфигурация излучателей.

Другая обычная четырехзаходная спиральная антенна раскрыта в патенте США 5255005 Терретом и др. (Terret) (далее ссылка на него - 'патент '005"), патент включен в настоящее описание в качестве ссылки. Антенна, раскрытая в патенте '005, представляет собой четырехзаходную спиральную антенну, сформированную из двух двухзаходных спиралей, расположенных ортогонально и возбуждаемых в фазовой квадратуре. Раскрытая антенна также имеет вторую четырехзаходную спираль, которая соосна и электромагнитно связана с первыми спиралями, для улучшения полосы пропускания антенны.

Еще одна обычная четырехзаходная спиральная антенна раскрыта в патенте США 5349365 Оу и др. (Ow) (далее ссылка как "патент '365"), который включен в настоящее описание путем ссылки. Антенна, раскрытая в патенте '365, представляет собой четырехзаходную спиральную антенну, выполненную в проволочном виде, как описано выше со ссылкой на фиг.1А.

IV. Спиральная антенна с несколькими связанными сегментами
Для того чтобы уменьшить длину излучательной части 100 антенны, в одной из форм спиральной антенны используются излучатели с несколькими связанными сегментами; такие излучатели позволяют получать резонанс на заданной частоте при более коротких длинах, чем потребовалось бы в другом случае, когда спиральная антенна имеет длину, эквивалентную резонансной длине.

Фиг. 7А и 7В - схемы, иллюстрирующие плоскостное отображение примерных вариантов спиральных антенн со связанными сегментами. Фиг.7А иллюстрирует излучатель 706 с несколькими связанными сегментами, с разомкнутым выводом в соответствии с одним из однозаходных вариантов. Такая антенна с разомкнутым выводом может быть использована при выполнении антенны однозаходной, двухзаходной, четырехзаходной и другой х-заходной.

Вариант, проиллюстрированный на фиг. 7А, состоит из одного излучателя 706. Излучатель 706 состоит из ряда излучательных сегментов. Этот ряд состоит из двух концевых сегментов 708, 710 и р промежуточных сегментов 712, где р=0, 1, 2, 3... (проиллюстрирован случай, когда р=3). Промежуточные сегменты являются необязательными (т.е. р может быть равно нулю). Концевые сегменты 708, 710 физически отделены друг от друга, но электромагнитно связаны друг с другом. Промежуточные сегменты 712 расположены между концевыми сегментами 708, 710 и обеспечивают электромагнитную связь между концевыми сегментами 708, 710.

В варианте с разомкнутым выводом длина l_s1 сегмента 708 равна четверти длины волны требующейся резонансной частоты, умноженной на нечетное целое число. Длина l_s2 сегмента 710 равна половине длины волны требующейся резонансной частоты, умноженной на целое число. Длина l_sp каждого из р промежуточных сегментов 712 равна половине длины волны требующейся резонансной частоты, умноженной на целое число. В проиллюстрированном варианте имеется три промежуточных сегмента 712 (т.е. р=3).

Фиг. 7В иллюстрирует излучатели 706 спиральной антенны, когда они оканчиваются короткозамкнутой цепью 722. Этот короткозамкнутый вариант выполнения излучателя не подходит для однозаходной антенны, но он может быть использован для двухзаходных, четырехзаходных или других х-заходных антенн. Как и в варианте с разомкнутым контуром, излучатели 706 состоят из ряда излучательных сегментов. Этот ряд состоит из двух концевых сегментов 708, 710 и р промежуточных сегментов 712, где р=0, 1, 2, 3... (проиллюстрирован случай, когда р=3). Промежуточные сегменты являются необязательными (т.е. р может быть равно нулю). Концевые сегменты 708, 710 физически отделены друг от друга, но электромагнитно связаны друг с другом. Промежуточные сегменты расположены между концевыми сегментами 708, 710 и обеспечивают электромагнитную связь между концевыми сегментами 708, 710.

В короткозамкнутом варианте длина l_s1 сегмента 708 равна умноженной на нечетное целое число четверти длины волны требующееся резонансной частоты. Длина _s2 сегмента 710 кратна нечетному целому четверти длины волны требующейся резонансчой частоты. Длина l_sp каждого из р промежуточных сегментов 712 кратна целому половины длины волны требующейся резонансной частоты. В проиллюстрированном варианте имеется три промежуточных сегмента 712 (т.е. р=3).

Фиг. 8А и 8В - схемы, иллюстрирующие излучательную часть 800 четырехзаходной спиральной антенны с несколькими связанными сегментами в соответствии с одним из вариантов изобретения. Фиг.8А и 8В иллюстрируют одну примерную реализацию антенны, показанной на фиг.7В, где р=0 (т.е. промежуточные сегменты 712 отсутствуют), а длины сегментов 708, 710 равны четверти длины волны.

Излучательная часть 800, проиллюстрированная на фиг.8А, представляет собой плоскостное отображение четырехзаходной спиральной антенны, имеющей четыре связанных излучателя 804. Каждый связанный излучатель 804 в связанной антенне фактически состоит из двух излучательных сегментов 708, 710, расположенных вблизи друг от друга так, что энергия в излучательном сегменте 708 за счет электромагнитной связи связывается (переходит) с другим излучательным сегментом 710.

А более конкретно, согласно одному из вариантов излучательная часть 800 может быть описана как имеющая две секции 820, 824. Секция 820 состоит из множества излучательных сегментол 708, вытянутых от первого конца 832 излучательной части 800 в направлении второго конца 834 излучательной части 800. Секция 824 состоит из второго множества излучательных сегментов 710, вытянутых от второго конца 834 излучательной части 800 в направлении первого конца 832. В направлении к центральной области излучательной части 800 часть каждого сегмента 708 находится вблизи от примыкающего сегмента 710 так, что энергия из одного сегмента за счет электромагнитной связи поступает в соседний сегмент в области, где они близки. В настоящем документе эта область называется перекрытием.

В предпочтительном варианте каждый сегмент 708, 710 имеет длины приблизительно l₁= /4. Полная длина одного излучателя, содержащего два сегмента 708, 710, определяется как l_tot. Величина, на которую один сегмент 708 перекрывает другой сегмент 710, определяется как =l₁+l₂-l_tot.

Для резонансной частоты f=v/ полная длина излучателя l_tot меньше, чем половина длины волны /2. Другими словами, в результате связи (контуров) излучатель, содержащий пару связанных сегментов 708, 710, резонирует на частоте f=v/, даже несмотря на то, что полная длина этого излучателя меньше, чем длина /2. Таким образом, для заданной частоты f излучательная часть 800 1/2-волновой четырехзаходной спиральной антенны с несколькими связанными сегментами короче, чем излучательная часть обычной полуволновой четырехзаходной спиральной антенны 800.

Для более наглядной иллюстрации уменьшения размера, получаемого при использовании связанной конфигурации, сравним излучательные части 800, показанные на фиг. 8, с излучательными частями, показанными на фиг.3. Для заданной частоты f=v/ длина l излучательной части 300 обычной антенны равна /2, а длина l_tot излучательной части 800 антенны со связанными излучательными сегментами меньше, чем /2.

Как утверждалось выше, в одном из вариантов сегменты 708, 710 представляют собой длину l₁=l₂=/4. Длина каждого сегмента может варьироваться так, что l₁ не обязательно равна l₂, и так, что они не равны /4. Фактическая резонансная частота каждого излучателя является функцией от длины излучательных сегментов 708, 710, промежутка s между излучательными сегментами 708, 710 и величины, на которую сегменты 708, 710 перекрывают друг друга.

Заметим, что изменение длины одного сегмента 708 по отношению к другому сегменту 710 может быть использовано для настройки ширины частотной полосы антенны. Например, удлинняя l₁ так, чтобы она была немного длиннее, чем /4, и укорачивая l₂ так, чтобы она была немного короче, чем /4, можно увеличить ширину частотной полосы антенны.

Фиг. 8В илллюстрирует действительную спиральную конфигурацию четырехзаходной спиральной антенны с несколькими связанными сегментами, соответствующую одному из вариантов изобретения. На фиг.8В показано, как в одном из вариантов каждый излучатель состоит из двух сегментов 708, 710. Сегмент 708 вытянут в спиральном виде от первого конца 832 излучательной части в направлении второго конца 834 излучательной части. Сегмент 710 вытянут в спиральном виде от второго конца 834 излучательной части в направлении первого конца 832 излучательной части. На фиг.8В также показано, что часть сегментов 708, 710 перекрывается так, что они электромагнитно связаны друг с другом.

Фиг. 9А - схема, иллюстрирующая промежуток s и перекрытие между излучательными сегментами 708, 710. Промежуток s выбирается таким, чтобы количество энергии, которое бы связывалось между излучательными сегментами 708, 710, было бы достаточным для того, чтобы они функционировали как один излучатель с эффективной электрической длиной приблизительно /2 и длинами, равными этой длине, умноженной на целое число.

Промежуток между излучательными сегментами 708, 710 более узкий, чем этот оптимальный промежуток, приводит к увеличению связи между сегментами 708, 710. В результате для данной частоты f длина сегментов 708, 710 должна быть увеличена, чтобы обеспечить резонанс на той же частоте f. Это может быть проиллюстрировано с помощью предельного случая, когда сегменты 708, 710 физически соединены (т. е. s=0). В этом предельном случае полная длина сегментов 708, 710 должна быть равна /2 для того, чтобы антенна резонировала. Заметим, что в этом предельном случае антенна не длиннее реально "связанной" антенны согласно терминологии, употребляемой в настоящем описании, и результирующая конфигурация фактически является конфигурацией обычной спиральной антенны, такой, которая показана на фиг.3.

Аналогично увеличение величины перекрытия сегментов 708, 710 приводит к увеличению связи. Таким образом, при увеличении перекрытия длина сегментов 708, 710 также должна увеличиваться.

Для того чтобы качественно определить оптимальные величины перекрытия и промежутка для сегментов 708, 710, обратимся к фиг.9В. Фиг.9В представляет величину тока на каждом сегменте 708, 710. Указатели 911, 928 силы тока показывают, что каждый сегмент идеально резонирует на /4, при этом максимальный уровень сигнала на наружных концах и минимальный уровень на внутренних концах.

Для оптимизации конфигураций антенны, для антенны со связанными излучательными сегментами изобретатели использовали моделирующую программу, чтобы определить правильные длины l₁, l₂ сегментов, перекрытие и промежуток s, а также другие параметры. Один из таких пакетов программ - это пакет программ "Оптимизатор антенны" (Antenna Optimizer) (ОА). ОА основан на методе алгоритмического моделирования электромагнитных моментов антенны. ОА Antenna Optimizer, версия 6.35, авторское право 1994 была записана и получена от Brian Beezley, Сан-Диего, Калифорния.

Заметим, что имеются определенные достоинства, получаемые за счет использования связанной конфигурации, как описано выше со ссылкой на фиг.8А и 8В. В обеих антеннах, в обычной антенне и антенне со связанными излучательными сегментами, ток концентрируется на концах излучателей. В соответствии с теорией множителя решетки это может быть использовано для получения преимуществ в определенных приложениях при наличии антенны со связанными излучательными сегментами.

Для пояснения: фиг.10А - схема, иллюстрирующая два точечных источника А, В, где источник А излучает сигнал, имеющий амплитуду, равную амплитуде сигнала от источника В, но сигнал, сдвинутый по фазе на 90^o (предполагается е^jwt). Когда источники А и В разделены расстоянием /4, сигналы складываются синфазно в направлении распространения от А к В и складываются в противофазе в направлении от В к А. В результате в направлении от В к А испускается очень небольшое излучение. Типичная характерная диаграмма направленности для напряженности поля, показанная на фиг.10В, иллюстрирует этот момент.

Следовательно, когда источники А и В ориентированы так, что направление от А к В указывает вверх, от земли, а направление от В к А указывает к земле, антенна является оптимизированной для большинства приложений. Это потому, что пользователю редко требуется антенна, которая направляет силу сигнала к земле. Такая конфигурация особенно полезна для спутниковых систем связи, где требуется, чтобы большая часть силы сигнала была направлена вверх, от земли.

Антенна с точечными источниками, модель которой показана на фиг.10А, не без труда может быть получена с использованием обычной полуволновой спиральной антенны. Рассмотрим излучательную часть антенны, показанную на фиг. 3. Концентрация силы тока на концах излучателей 208 грубо аппроксимирует точечный источник. Когда излучатели скручены в спиральную конфигурацию, один конец 90^o излучателя располагается на одной линии с другим концом 0^o излучателя. Следовательно, это аппроксимирует два точечных источника на одной линии. Однако такие аппроксимированные точечные источники отделены друг от друга расстоянием примерно /2 в отличие от требующейся конфигурации /4, проиллюстрированной на фиг.10А.

Заметим, однако, что выполняя антенну со связанными излучательными сегментами, изобретение обеспечивает реализацию случая, когда аппроксимированные точечные источники находятся на расстоянии друг от друга более близком, чем /4. Таким образом, антенна со связанными излучательными сегментами позволяет пользователям использовать для своей выгоды диаграммы направленности антенны, проиллюстрированные на фиг.10А.

Излучательные сегменты 708, 710, проиллюстрированные на фиг.8, показывают, что сегмент 708 находится очень близко к связанному с ним сегменту 710, кроме того, каждая пара сегментов 708, 710 находится относительно далеко от соседней пары сегментов. В одном из альтернативных вариантов каждый сегмент 710 размещен эквидистантно от сегментов 708 с обеих сторон. Такой вариант проиллюстрирован на фиг.11.

Обратимся теперь к фиг. 11; каждый сегмент, по существу, находится на равном расстоянии от каждой пары соседних сегментов. Например, сегмент 708В на равном расстоянии от сегментов 710А, 710В. То есть s₁=s₂. Аналогично сегмент 710А находится на равном расстоянии от сегментов 708А, 708В.

Этот вариант противоречит интуитивному представлению, что в этом случае как будто будет существовать нежелательная связь. Другими словами, сегмент, соответствующий одной фазе, будет связан не только с соответствующим сегментом с такой же фазой, но также и с соседним сегментом со смещенной фазой. Например, сегмент 708В, сегмент с фазой 90^o, будет связан с сегментом 710А (сегмент 0^o) и сегментом 710В (сегмент 90^o). Такая связь не представляет проблему, потому что излучение из верхних сегментов 710 можно рассматривать как две отдельные моды. Одна мода возникает в результате связи с соседними сегментами, находящимися слева, а другая мода - из связи с соседними сегментами справа. Однако обе эти моды имеют такие фазы, что они обеспечивают излучение в одном и том же направлении. Таким образом, эта двойная связь не причиняет вреда работе антенны с несколькими связанными сегментами.

Фиг. 12 - схема, иллюстрирующая примерную реализацию антенны со связанными излучательными сегментами. Обратимся теперь к фиг.12; антенна содержит излучательную часть 1202 и возбуждающую часть 1206. Излучательная часть включает сегменты 708, 710. Размеры, показанные на фиг.12, иллюстрируют вклад сегментов 708, 710 и величины перекрытия в полную длину излучательной части 1202.

Длина сегментов в направлении, параллельном оси цилиндра, обозначена как l₁sin для сегмента 708 и l₂sin для сегментов 710, где - внутренний угол сегментов 708, 710.

Перекрытие сегментов, которое проиллюстрировано выше на фиг.8А и 9А, обозначено буквенной позицией . Как показано на фиг.12, величина перекрытия в направлении, параллельном оси антенны, определяется как sin.

Сегменты 708, 710 разделены промежутком s, который может варьироваться, как описано выше. Расстояние между концом сегмента 708, 710 и концом излучательной части 1202 определяется как зазор и обозначено буквенными позициями ₁,₂, соответственно. Зазоры ₁,₂ могут, но не обязательно должны, быть равны друг другу. И опять, как описано выше, длина сегментов 708 может изменяться относительно длины сегментов 710.

Величина смещения сегмента 710 от одного конца к следующему проиллюстрирована буквенной позицией ₀. Расстояние между соседними сегментами 710 проиллюстрировано буквенной
позицией _s и определяется оно диаметром спирали.

Возбуждающая часть 1206 включает соответствующую схему возбуждения для формирования и подачи квадратурных сигналов на излучительные сегменты 708. Средним специалистам в данной области техники схемы возбуждения хорошо известны и поэтому подробно они здесь не описаны.

В примере, проиллюстрированном на фиг. 12, на сегменты 708 подается сигнал в точке возбуждения, которая расположена вдоль каждого сегмента 708 на расстоянии от схемы возбуждения, которое выбирается оптимальным для согласования импедансов. В варианте, проиллюстрированном на фиг.12, это расстояние обозначено буквенной позицией _feed.

Заметим, что сплошная линия 1224 иллюстрирует границу заземленной части на дальней поверхности основы. Заземленная часть, находящаяся напротив сегментов 708 на дальней поверхности, вытянута к точке возбуждения. Тонкая часть сегментов 708 находится на ближней поверхности. В точке возбуждения толщина сегментов 708 на ближней поверхности увеличивается.

Теперь представлены размеры для примерной четырехзаходной спиральной антенны со связанными излучательными сегментами, подходящими для работы в L-диапазоне на частоте примерно 1.6 ГГц. Заметим, что это только пример и для работы в L-диапазоне возможны и другие размеры. Кроме того, для других частотных диапазонов также возможны другие размеры.

Полная длина излучательной части 1202 в примерном варианте с L-диапазоном 2.30 дюймов (58.4 мм). В этом варианте угол наклона 73^o. При этом угле длина сегментов 708 l₁sin для этого варианта составляет 1.73 дюйма (43.9 мм). В показанном варианте длина сегментов 710 равна длине сегментов 708.

В одном из примеров сегмент 710 расположен, по существу, на одинаковом расстоянии от ближайшей пары сегментов 708. В одной из реализации этого варианта, где сегменты 710 на одинаковом расстоянии от соседних сегментов 708, промежуток ₁=s₂=0.086 дюймов (2.2 мм). Возможны и другие промежутки, включая, например, промежуток s в 0.070 дюймов (1.8 мм) от сегментов 710 до ближайшего сегмента 708.

В этом варианте ширина излучательных сегментов 708, 710 составляет 0.11 дюймов (2.8 мм). Возможны и другие величины ширины.

В примерном варианте антенны L-диапазона симметричный зазор ₁=₂=0.57 дюймов (14.5 мм). Когда зазор является симметричным для обоих концов излучательной части 1202 (т.е. когда ₁ = ₂), излучатели 708, 710 имеют перекрытие sin, равное 1.16 дюймов (29.5 мм) (1.73 дюйма - 0.57 дюймов) (44.5 мм - 14.5 мм).

Отклонение _o сегмента составляет 0.53 дюйма (13.2 мм), а промежуток _s между сегментами 0.393 дюйма (10.0 мм). Диаметр антенны 4_s/.

В одном из вариантов это выбирается так, чтобы расстояние _feed от точки возбуждения до схемы возбуждения было равно _feed=1.57 дюймов (39.9 мм). Для оптимального согласования импедансов могут быть выбраны и другие точки возбуждения.

Заметим, что примерный вариант, описанный выше, сконструирован для использования в сочетании с поликарбонатным обтекателем толщиной 0.032 дюймовым (0.81 мм), окружающим спиральную антенну и контактирующим с излучательной частью. Специалисту в данной области техники станет очевидным, как обтекатель или другая конструкция влияет на длину волны требующейся частоты.

Заметим, что в только что описанных примерных вариантах полная длина излучательной части антенны L-диапазона уменьшена по сравнению с обычной полуволновой антенной L-диапазона. Для обычной полуволновой антенны L-диапазона длина излучательной части приблизительно 3.2 дюйма (т.е. /2(sin), где - внутренний угол сегментов 708, 710 относительно горизонтали) или 81.3 мм. Для примерных вариантов, описанных выше, полная длина излучательной части 1202 2.3 дюйма (58.42 мм). Это дает существенную экономию в размере по сравнению с обычной антенной.

V. Ярусная составная двухдиапазонная спиральная антенна
Теперь после описания нескольких вариантов однодиапазонной спиральной антенны будет описана двухдиапазонная спиральная антенна, в которой реализуется настоящее изобретение. Настоящее изобретение направлено на создание двухдиапазонной спиральной антенны, способной резонировать на двух различных рабочих частотах. Две спиральные антенны составляются ярусно торец к торцу, при этом одна антенна резонирует на первой частоте, а другая антенна резонирует на второй частоте. Каждая антенна имеет излучательную часть, состоящую из одного или нескольких спирально скрученных излучателей. Каждая антенна также имеет возбуждающую часть, состоящую из схемы возбуждения и заземленного слоя. Две антенны ярусно составлены так, что заземленный слой первой антенны используется в качестве короткозамыкающего кольца по дальнему концу излучателей другой антенны.

Фиг. 13 - схема, иллюстрирующая плоскостное отображение дальней поверхности 400 и ближней поверхности 500 двухдиапазонной спиральной антенны, согласно одному из вариантов изобретения. Двухдиапазонная спиральная антенна состоит из двух однодиапазонных спиральных антенн: спиральной антенны 1304, работающей на первой резонансной частоте, и спиральной антенны 1308, работающей на второй резонансной частоте.

В варианте, проиллюстрированном на фиг.13, схема возбуждения 508, излучатели 104А-104D первой антенны 1304 расположены на ближней поверхности 500 первой антенны. Кроме того, на ближней поверхности 500 расположен заземленный слой 412 для схемы возбуждения 508 второй антенны 1308. На дальней поверхности 400 находятся схема возбуждения 508 и излучатели 104А-104D второй антенны 1308, а также заземленный слой 412 для возбуждающей части первой антенны 1304.

Как обсуждалось выше со ссылкой на фиг.2А и 2В, когда резонансная длина l излучателей 104А-104D кратна четверти длины волны требующейся резонансной частоты, с четным целым кратным, дальний конец излучателей 104А-104D коротко замкнут. Как показано на фиг.13, это закорачивание выполняется, используя заземленный слой 412 первой антенны 1304. В результате при такой конфигурации не требуется добавлять к концу излучателей 104А-104D дополнительного закорачивающего кольца.

Заметим, что в варианте, показанном на фиг.13, первая антенна 1304 показана как антенна, резонирующая при длине, кратной четверти длины волны требующейся резонансной частоты, с нечетным целым кратным, поскольку концы излучателей 104А-104D разомкнуты. В альтернативном варианте закорачивающее кольцо (не показано) может быть добавлено к дальнему концу излучателей 104А-104D первой антенны 1304, но с изменением длины этих излучателей 104А-104D так, чтобы они были по длине кратны четверти длины волны требующейся резонансной частоты, с четным целым кратным.

Излучатели 104А-104D двухдиапазонной антенны, описанной со ссылкой на фиг. 13, показаны как излучатели, возбуждаемые на первом конце около схемы возбуждения 508. Хорошо известно, что точка возбуждения излучателей 104А-104D спиральной антенны может быть расположена в любом месте вдоль длины излучателей 104А-104D, ее расположение в первую очередь определяется исходя из согласования импедансов. Фиг.14 - схема, иллюстрирующая один из вариантов двухдиапазонной спиральной антенны, в которой точки возбуждения излучателей 104А-104D расположены на заданном расстоянии от схемы возбуждения 508. А конкретно, в варианте, показанном на фиг.14, точка А возбуждения первой антенны 1304 расположена на расстоянии l_FEED1 схемы 508 возбуждения, а точка В возбуждения второй антенны 1308 расположена на расстоянии l_FEED2 от схемы 508 возбуждения.

Этот вариант иллюстрирует, что излучатели 104А-104D состоят из заземленной дорожки 1436 на первой поверхности основы 406, дорожки 1438 подачи сигнала возбуждения на второй поверхности основы 406 и находящейся напротив (с противоположной стороны) упомянутой заземленной дорожки 1436, и излучательной дорожки 1440 на второй поверхности основы 406.

Как и в варианте, показанном на фиг.13, в этом варианте заземленный слой 412 первой антенны 1304 служит закорачивающим кольцом для излучателей 104А-104D второй антенны 1308 так, что излучатели второй антенны 1308 резонируют на длине, кратной четверти длины волны требующейся резонансном частоты, с четным целым кратным.

Для того чтобы уменьшить полную длину ярусной составной антенны, может быть использована обсуждавшаяся выше конструкция со связанными (электромагнитно) краями. В таких вариантах излучатели 104А-104D первой антенны 1304 и/или второй антенны 1308, которые показаны на фиг.13 и 14, заменяются на излучатели со связанными краями, которые показаны, например, на фиг.12.

Одна из проблем при создании двухдиапазонной антенны, такой как показана на фиг.13 и 14, заключается в возбуждении первой антенны 1304. Для этого первая антенна 1304 возбуждается (запитывается) с помощью контакта, выходящего из нижней зоны возбуждающей части первой антенны 1304.

Фиг. 15 - схема, иллюстрирующая такой контакт, используемый для подачи сигнала на первую антенну 1304. Обратимся теперь к фиг.15; контакт 1504 вытянут с боковой стороны возбуждающей части первой антенны 1304 на основе 406. В варианте, показанном на фиг.15, контакт 1504 приблизительно имеет "L"-образную форму так, что он вытянут горизонтально от возбуждающей части первой антенны 1304 на заданное расстояние, а затем поворачивается под углом, проходит аксиально через центр в направлении возбуждающей части второй антенны 1308. Несмотря на то, что контакт 1504 показан, как имеющий форму прямого угла, могут быть использованы другие углы, а также кривые с различными радиусами (кривизны).

В идеальном случае, когда основа 406 скручена в цилиндр или другую соответствующую форму для образования спиральной антенны, осевая составляющая 1524 контакта 1504, по существу, располагается вдоль оси двухдиапазонной спиральной антенны. Когда осевая составляющая 1524 контакта 1504 совпадает с осью спиральной антенны, то этот элемент оказывает минимальное влияние на диаграмму направленности антенны. Как показано на фиг.15, в предпочтительном варианте контакт 1504 вытянут от возбуждающей части первой антенны 1304 в вертикальном положении, т. е. как можно дальше от первой антенны 1304. Это сделано для того, чтобы минимизировать влияние контакта 1504 на диаграмму направленности первой антенны 1304. Поскольку вторая антенна 1308 представляет собой полуволновую антенну со связанными сегментами и концы излучателей 104А-104D второй антенны 1308 коротко замкнуты заземленным слоем 412 первой антенны 1304, контакт 1504 имеет минимальное влияние на диаграмму направленности второй антенны 1308.

Предпочтительно длина l_gp возбуждающей части 1206 первой антенны 1304 может определяться, учитывая два фактора, при соответствующей рабочей частоте. Во-первых, желательно минимизировать величину тока, протекающего от излучателей первой антенны 1304 во вторую антенну 1308 и наоборот. Другими словами, желательно, чтобы две антенны были изолированы друг от друга. Это можно осуществить с помощью выбора длины; если длина будет настолько большая, чтобы токи на интересующей частоте не доходили от одной группы излучателей до другой.

Другая проблема - это решение задачи, направленной на то, чтобы токи из излучателей 104A-D первой антенны 1304 не смогли достигнуть контакта 1504. Токи из первой антенны 1304 ослабляются по мере того, как они проходят через возбуждающую часть первой антенны 1304 к контакту 1504. Контакт 1504 создает асимметричную неоднородность в этих токах. Поэтому требуется минимизировать величину токов, достигающих контакта 1504, до такой степени, чтобы антенну можно было применять на практике.

После прочтения этого описания специалистам в данной области техники станет очевидным, как выполнить возбуждающую часть 1206 соответствующей длины l_gp, исходя из используемых материалов, интересующих частот, предполагаемых уровней мощности антенны и других известных факторов. Такое решение может также привести к компромиссному выбору между размером и рабочими параметрами.

Заметим, что в этом варианте влияние контакта 1504 не является несущественным. Поскольку контакт 1504 находится вблизи от излучателей второй антенны 1308, часть тока из второй антенны 1308 электромагнитным путем связывается с контактом 1504 и поэтому проходит вдоль оси антенны. Этот ток влияет на излучение второй антенны 1308, приводя к увеличению излучения в боковые стороны антенны. Для применений, где антенна устанавливается вертикально, это приводит к увеличению излучения в горизонтальном направлении и уменьшению излучения в вертикальном направлении. Вследствие этого такая антенна хорошо подходит для систем спутниковой связи, где для передачи информации из или в устройство связи используются спутники на низкой околоземной орбите.

Этот эффект проиллюстрирован на фиг.10С, где диаграмма 1010 направленности с круговой поляризацией - это представление типичной диаграммы направленности для обычной спиральной антенны, а диаграмма 1020 направленности - это представление диаграммы направленности для второй антенны 1308. Как показано на фиг. 10С, диаграмма 1020 направленности более "плоская" и более "широкая", чем обычная диаграмма 1010 направленности антенны.

Для обеспечения поступления сигнала на первую антенну 1304 контакт 1504 включает соединитель, такой как обжимной соединитель, или паянный соединитель, или другой соединитель, подходящий для выполнения соединения между кабелем питания и сигнальной дорожкой на контакте 1504. Для подсоединения РЧ-приемопередающего устройства к антенне в месте контакта 1504 могут использоваться различные типы кабелей или проволоки. Предпочтительно используется гибкий или полужесткий кабель с низкими потерями. Конечно, хорошо известно из соответствующего уровня техники, что для передачи в антенну максимальной мощности требуется согласовать импеданс входа схемы возбуждения с импедансом стыка кабеля. Однако если входной переход плохой, то диаграммы направленности будут оставаться симметричными, но более низкими будут коэффициенты направленного действия антенны в соответствии в величинами потерь мощности из-за отражения сигнала. Помимо низких потерь (мощности) при вводе важно также, чтобы соединитель обеспечивал прочное механическое соединение между кабелем и контактом 1504.

На фиг.15 также показан контур для примерной формы основы. После прочтения этого описания специалистам в данной области техники станет очевидным, как выполнить антенну с контактом 1504, используя основы, которые имеют другие формы.

Фиг.16 - схема, иллюстрирующая один из вариантов ярусной составной антенны с примерными размерами. В этом варианте первая антенна 1304 представляет собой антенну L-диапазона, а вторая антенна 1308 представляет собой антенну S-диапазона. В этом варианте антенна 1308 S-диапазона является антенной со связанными краями, в которой каждый излучатель 104 состоит из двух сегментов. Заметим, что этот вариант приведен только для примера. Для работы могут быть выбраны и другие частотные диапазоны. Также заметим, что первая антенна 1304 или вторая антенна 1308 или обе антенны могут быть выполнены по технологии антенны со связанными краями.

Теперь будут описаны примерные размеры для антенны L-диапазона и S-диапазона, проиллюстрированной на фиг.16. Излучающая апертура антенны L-диапазона - это полная высота по оси 1.253 дюймов (21.8 мм), а апертура S-диапазона - это полная высота 1.400 дюйма (35.7 мм). В этом варианте высота возбуждающей части 412 первой антенны 1304 0.400 дюйма (10.2 мм). Это дает полную (суммарную) излучающую апертуру антенны 3.093 дюйма (67.7 мм). Угол наклона излучателей 104А-104D 65^o.

Вышеуказанные размеры приведены только для примера. Как уже обсуждалось выше со ссылкой на обычную спиральную антенну, полная длина излучателей 104А-104D определяет точную частоту, на которой резонирует антенна. Резонансная частота важна, поскольку наивысшие усредненные коэффициенты усиления (направленного действия) антенны и наиболее симметричные диаграммы направленности антенны получаются на резонансной частоте. Если антенна выполнена более длинной, то резонансная частота смещается вниз. И напротив, если антенна выполнена более короткой, то резонансная частота смещается вверх. В процентах смещение частоты приблизительно пропорционально удлинению или укорочению излучателей 104А-104D, выраженному в процентах. На рабочих частотах L-диапазона грубая оценка следующая: 1 мм длины в направленности оси антенны соответствует 1 МГц.

В проиллюстрированном варианте и первая антенна 1304, и вторая антенна 1308 имеют по четыре возбуждаемых нитевидных элемента или излучателей 104А-104D. На каждый из этих излучателей подается сигнал в фазовой квадратуре. Квадратурное возбуждение четырех излучателей 104А-104D для каждой антенны 1304, 1308 осуществляется, используя схему возбуждения. Несмотря на то, что могут быть реализованы обычные схемы возбуждения, обеспечивающие квадратурное фазовое возбуждение, ниже подробно обсуждается предпочтительная схема возбуждения.

Другой важный размер - это осевая длина точки возбуждения (питания). Осевая длина точки возбуждения определяет расстояние от схемы возбуждения до точки возбуждения для вариантов, в которых точка возбуждения расположена вдоль излучателей 104А - 104D, как показано на фиг.13. Размер осевой длины точки возбуждения указывает на место, в котором микрополоска расширяется раструбом для продолжения излучателя, и это фактически место точки возбуждения для всего излучателя 104. В примере, показанном на фиг.16, длина точки возбуждения для первой антенны 1304 1.133 дюйма (28.8 мм). Длина точки возбуждения для второй антенны 1308 0.638 дюймов (17.2 мм). Эти размеры дают импедансы по 50 Ом на частотах 1618 и 2492 МГц соответственно. Если место точки возбуждения смещено вниз, то импеданс уменьшается. И, наоборот, если место точки возбуждения смещено вверх, то импеданс увеличивается. Важно заметить, что когда полная длина излучателя регулируется для настройки частоты, место точки возбуждения также должно смещаться на пропорциональную величину в направлении вдоль оси антенны, чтобы сохранить правильное согласование импедансов.

Предпочтительно антенна, имеющая размеры, показанные на фиг.16, скатывается в цилиндр, имеющий диаметр 0.500 дюймов (12.7 мм).

VI. Схема возбуждения
Описанные спиральные антенны могут быть реализованы, используя однозаходную, четырехзаходную, восьмизаходную или другую х-заходную конфигурацию. Схема возбуждения используется для подачи на эти нитевидные элементы сигналов с необходимым фазовым углом. Схема возбуждения расщепляет сигнал и сдвигает по фазе, формируя сигнал для каждого элемента. Конфигурация схемы возбуждения зависит от числа нитевидных элементов. Например, для четырехзаходной спиральной антенны схема возбуждения обеспечивает четыре сигнала равной мощности с квадратурной фазовой взаимосвязью (т.е. 0, 90, 180 и 270^o).

Для экономии пространства на возбуждающей части антенны может использоваться уникальная конфигурация схемы возбуждения. Дорожки схемы возбуждения входят в один или несколько излучателей 104А-104D антенны. Для удобства описана схема возбуждения в применении к схеме возбуждения, выполненной для формирования четырех сигналов одинаковой мощности с квадратурной фазовой взаимосвязью. После прочтения настоящего описания специалисту в данной области техники станет очевидным, как выполнить схему возбуждения для других х-заходных конфигураций.

Фиг.17 иллюстрирует электрическую эквивалентную схему обычной схемы квадратурного возбуждения. Для обычной схемы квадратурного возбуждения такая схема формирует четыре сигнала равной мощности, каждый из которых смещен по фазе на 90^o. Сигнал подается на схему возбуждения по первому сигнальному пути (токопроводящей дорожке) 1704. В первой сигнальной точке А (называется вторичной точкой возбуждения) сигнал с фазой 0^o подается на первый излучатель 104. В сигнальной точке В сигнал с фазой 90^o подается на второй излучатель 104. В сигнальных точках С и D сигналы с фазами 180 и 270^o подаются на третий и четвертый излучатели 104.

Сигналы А и В суммируются в точке Р2, чтобы получить импеданс 25 Ом. Аналогично сигналы С и D суммируются в точке Р3, чтобы получить импеданс 25 Ом. Эти сигналы суммируются в P1, чтобы получить импеданс 12.5 Ом. Поэтому на входе размещается преобразователь (трансформатор) 25 Ом, 90^o для преобразования этого импеданса в 50 Ом. Заметим, что в схеме, показанной на фиг. 17, часть преобразователя размещена перед расщеплением Р1, чтобы укоротить схему возбуждения, а также уменьшить потери. Однако поскольку он расположен перед расщеплением, то после расщепления импеданс должен быть увеличен в два раза.

Обычная схема возбуждения видоизменена так, что дорожки схемы возбуждения расположены на частях основы, определенных для излучателей 104А-104D. А конкретно, в предпочтительном варианте эти токопроводящие дорожки расположены на основе в области, которая находится напротив (на противоположной стороне) заземленных дорожек одного или нескольких излучателей 104А-104D.

Фиг.18 - это схема, иллюстрирующая примерный вариант схемы возбуждения в применении к четырехзаходной спиральной антенне. А конкретно, в примере, проиллюстрированном на фиг.18, показаны две схемы возбуждения: первая схема 1804 возбуждения для реализации с первой антенной 1304; и вторая схема 1808 возбуждения для реализации со второй антенной 1308. Схемы возбуждения 1804, 1808 имеют точки А, В, С и D для подачи на излучатели 104А-104D сигналов с фазой 0, 90, 180 и 270^o. Штриховые линии на фиг.18 приблизительно иллюстрируют контур для заземленного слоя излучателей 104А-104D на поверхности основы напротив поверхности, на которой расположены схемы возбуждения 1804, 1808. Таким образом, фиг.18 иллюстрирует те участки схем возбуждения 1804, 1808, которые расположены на излучателях 104А-104D или входят в них.

Заметим, что исходя из обычного здравого смысла схема возбуждения формируется в области, которая отделена от излучателей. И напротив, в показанном варианте схема возбуждения скомпонована так, что часть схемы возбуждения расположена на излучательной части антенны. Благодаря этому возбуждающая часть антенны может быть уменьшена в размере по сравнению с возбуждающей частью для обычных схем возбуждения.

Фиг. 19 - схема, иллюстрирующая схемы возбуждения 1804, 1808 вместе с сигнальными дорожками, включая токопроводящие дорожки питания, для антенн 1304, 1308. Фиг. 20 иллюстрирует контур для заземленного слоя антенн 1304, 1308. Фиг. 21 - схема, иллюстрирующая наложенные заземленные слои и сигнальные дорожки.

Достоинство этих схем возбуждения заключается в том, что область, требующаяся для возбуждающей части антенны, чтобы выполнить схему возбуждения, уменьшена по сравнению с обычными технологиями выполнения возбуждения. Это потому, что части схемы возбуждения антенны теперь размещены на излучательной части антенны. Вследствие этого полная длина антенны может быть уменьшена.

Дополнительное достоинство такой схемы возбуждения состоит в том, что, поскольку вторичная точка возбуждения сдвинута ближе к точке возбуждения антенны, потери в линии передачи уменьшены. Кроме того, преобразователь может быть интегрирован в линию "трассы" схемы возбуждения для согласования импедансов.

VII. Антенная сборка
Как обсуждалось выше, одна из технологий изготовления спиральной антенны состоит в размещении излучателей, схем возбуждения и заземленных дорожек на основе и сворачивания основы в виде соответствующей формы. Несмотря на то, что вышеописанные антенные конфигурации могут быть реализованы с использованием обычных технологий для сворачивания основы в соответствующую форму, теперь будет описана усовершенствованная конструкция и технология для сворачивания антенны.

Фиг. 22А - схема, иллюстрирующая один из вариантов конструкции, используемой для удерживания основы в виде соответствующей формы (например, цилиндрической). А конкретно, фиг.22А иллюстрирует примерную конструкцию, добавляемую к антенне, имеющей схему возбуждения с эффективным размещением. После прочтения этого описания специалисту в данной области техники станет очевидным, как реализовать изобретение со спиральными антеннами других конфигураций.

Фиг. 22В-22F изображают разрезы примерной конструкции, используемой для удержания антенны в цилиндрической или другой соответствующей форме. Обратимся теперь к фиг.22А-22F; примерная конструкция включает металлическую полоску 2218 на заземленном слое 412 или это удлиненный конец заземленного слоя 412, материал мягкого припоя 2216 напротив металлической полоски 2218 и одно или несколько сквозных отверстий 2210.

Металлическая полоска 2218 может быть частью заземленного слоя 412 или металлической полоской, добавляемой к заземленному слою 412. Предпочтительно в одном из вариантов металлическая полоска 2218 выполняется просто путем вытягивания в ширину заземленного слоя 412 на заданную величину. В варианте, проиллюстрированном на фиг.22А, эта ширина обозначена W_strip.

В области металлической полоски 2218 в заземленном слое выполнен ряд сквозных отверстий 2210. Предпочтительно для жесткого соединения сквозные отверстия 2210 добавляются к излучательным частям и первой антенны 1304, и второй антенны 1308. Конфигурация, выбранная для сквозных отверстий 2210, основана на известных механических и электрических свойствах используемых материалов. Хотя изобретение может бить реализовано только с одним или двумя сквозными отверстиями 2210 на каждом заземленном слое 412, для получения требующегося уровня механической прочности и электрического соединения могут быть выполнены несколько сквозных отверстий 2210. Несмотря на то, что необходимости в том нет, но часть каждого используемого заземленного слоя 412 может быть расширена в бок или вытянута по окружности за пределы излучателей антенны.

Как видно на фиг.22В, сквозные отверстия 2210 проходят полностью через материал заземленного слоя 412 и через опорную основу 406 (100) от одной поверхности к другой. Сквозные отверстия выполняются как металлизированные или покрытые металлом сквозные отверстия, используя хорошо известные из уровня техники технологии. Относительно небольшая часть или участок на противоположном краю 2214 заземленного слоя 412 покрывается мягким припоем 2216.

Вариант, проиллюстрированный на фиг.22В и 22D, включает небольшую металлическую полоску 2218, сформированную на основе 406 на противоположной стороне от заземленного слоя 412, но вблизи первого края 2212. В этом варианте сквозные отверстия проходят через основу к металлической полоске 2218. Несмотря на то, что металлическая полоска 2218 не является обязательной во всех приложениях, для специалистов в данной области техники будет легко видно, что такая металлическая полоска 2218 упрощает растекание припоя и улучшает механическую связь. Конкретный материал для изготовления металлической полоски 2218 выбирается в соответствии с известными принципами, учитывающими используемый материал заземленного слоя, выбранный припой и т.д.

Когда несущая основа скатывается в обычно цилиндрическую форму для образования требующихся спиральных антенных конструкций, края 2212 и 2214 подводят в непосредственную близость друг к другу, как показано на фиг.22D. Сквозные отверстия 2210 и металлическая полоска 2218 (если она имеется) находятся на противоположном краю заземленного слоя 2214 так, чтобы они перекрывали слой припоя 2216. Используя хорошо известные технологию и оборудование для пайки, подводится тепло, а полоска 2218 удерживается в контакте с материалом 2216 припоя.

Когда материал 2216 припоя расплавляется, он протекает в отверстие 2210 и на металлическую полоску 2218. Затем подвод тепла уменьшают или его отводят, а припой образует постоянное, но подвижное, или пригодное к эксплуатации соединение или связь между двумя наружными краями или концами заземленного слоя 412. Таким образом, теперь несущая основа 406 антенны и элементы антенны, размещенные на ней, механически удерживаются в желательном цилиндрическом виде и при этом не требуется других материалов, таких как диэлектрическая лента, клеи и другие подобные материалы. Это уменьшает время, стоимость и трудозатраты, которые раньше требовались для сборки спиральной антенны такого типа. Это также может улучшить автоматизацию такой операции и обеспечить надежно воспроизводимые размеры антенны. Кроме того, один край заземленного слоя 412 теперь электрически соединен с другим краем, обеспечивая непрерывное проводящее кольцо из заземленного слоя, как это и требуется. Это электрическое соединение выполняется без использования сложных припойных или соединяющих проволок.

Эта технология также может быть расширена и на то, чтобы обеспечить опору или зацепление вдоль других частей антенны. Например, ряды из одной или нескольких металлических прокладок или полосок 2220 могут быть расположены в местах, находящихся на расстоянии друг от друга, вдоль длины одной или обеих групп антенных излучателей. Как видно на фиг.22Е, металлические прокладки или полоски 2220 расположены вблизи от одного или нескольких излучателей 104A-D, но на противоположной стороне опорной основы 406 (100). Эти прокладки или полоски расположены так, что когда основа антенны скатывается или изгибается для получения требующейся антенны, как видно на фиг.22F, металлические прокладки или полоски 2220 располагаются поверх части излучателей 104A-D на противоположном краю опорной основы. А конкретно, в одном из вариантов металлические прокладки или полоски 2220 расположены поверх заземленных дорожек 1436 излучателей 104A-D. Металлизированные сквозные отверстия могут быть выполнены в прокладках 2220 там, где это требуется для применения антенны, или для улучшения теплопередачи, чтобы расплавлять припой.

Если небольшое количество припоя 2226 предварительно наносится на сопряженную часть на поверхности заземленной дорожки 1436, то он может использоваться для присоединения этих излучателей к полоскам. Это обеспечивает дополнительные соединения или точки сцепления, которые эффективно удерживают антенную конструкцию в виде требующейся формы. Если требуется электрическое соединение, то металлизированные отверстия могут быть выполнены в прокладках или полосках насквозь до противоположной стороны. Эти прокладки могут использоваться в сочетании с полосками, которые ранее обсуждались для заземленных слоев, или без этих полосок. Такая конструкция особенно подходит, если излучатели очень длинные или предполагается несколько ярусов антенных излучателей, что приводит к образованию длинных антенных конструкций.

Фиг.23А-23С иллюстрируют ряд видов примерного варианта каркаса 2310, используемого для свертывания основы 406 в требуемую форму. В примере, проиллюстрированном на фиг. 23, - это каркас 2310 цилиндрической формы, используемый при свертывании антенны и обеспечивающий непрерывную опору и жесткость для антенной конструкции. В одном из вариантов каркас 2310 может быть выполнен с рядом штырьков или зубцов 2312, вытянутых радиально наружу от внешней поверхности каркаса 2310. Для взаимодействия с каркасом 2310 и зубцами 2312 в основе 406 для зацепления с зубцами 2312 выполнен ряд технологических или монтажных отверстий или проходов 2230.

На фиг.22А технологические отверстия 2230 показаны как отверстия, находящиеся в пределах заземленных слоев 412. Металлический материал заземленного слоя 412 действует для укрепления отверстий и препятствует деформации и смещению, когда используется относительно мягкий материал опорной основы. Это помогает точно выполнить выравнивание антенной конструкции. Однако не существует обязательного требования, чтобы отверстия 2230 находились в пределах металлического слоя.

Обратимся опять к фиг.23А-23С и начнем с перспективы, показанной на фиг. 23А; основа 406, как показано, находится в зацеплении с опорным каркасом 2320 за счет сцепления зубьев 2312 с отверстиями 2230. Как видно на видах сбоку фиг. 23В и 23С, по мере того как опорный каркас 2320 поворачивается вокруг своей оси или, по-другому, основа 406 наматывается вокруг опорного каркаса 2310, отверстия 2230 сцепляются с зубцами 2312, которые способствуют тому, чтобы основа 406 располагалась напротив или на опорном каркасе 2310. В конечном счете, вся основа 406 входит в зацепление с опорным каркасом 2310. На фиг. 23С основа 406 показана в том виде, когда она намотана вокруг опорного каркаса 2310 до такого положения, что она нахлестывается сама на себя так, что полоски 2218, 2220 соединяются с припоем 2216, 2226, как описано выше.

Конечно, если полоски 2218, 2220 и припой 2216, 2226 не используются для соединения участков основы, тогда нет необходимости, чтобы основа была намотана на опорный каркас 2310 внахлест. Кроме того, нет такого требования, чтобы опорный каркас 2310 был на всю длину антенны (антенн), излучателей 104A-D или основы 406. В некоторых применениях некоторые или все части антенны могут быть сами опорными, без каркаса 2310. Такая особенность может дать преимущество, например, в том, что уменьшается влияние каркаса 2310 на диаграмму направленности на определенных частотах.

Для ясности и упрощения иллюстрации на фиг.23А-23С показана только основа 406 без имеющихся на ней слоев материалов: для заземленных слоев, излучателей, подвода сигнала, схем возбуждения и т.д. Специалистам в данной области техники также будет легко видно, как устанавливать величину отверстий 2230, чтобы согласовать их с размерами зубцов 2312.

Каркас 2310, как показано на фиг.23, может быть сконструирован, используя сплошную или полую конструкцию, выполненную цилиндрической или другой требующейся формы, с выступающими из нее зубцами или штырьками 2312. В этом варианте можно рассматривать каркас 2310, например, как разновидность зубчатого барабана, используемого во многих музыкальных шкатулках. Как будет очевидно для среднего специалиста в данной области техники после прочтения этого описания, для выполнения каркаса 2310 могут быть реализованы и другие конструкции, включая конструкции ось/спицы, ось/звездочка или другие соответствующие конфигурации.

Заметим, что предполагается, что шаг штырьков или спиц может быть несимметричным относительно опорного элемента. То есть, промежутки могут быть больше в некоторых частях для того, чтобы сообщать большую величину последовательного растягивающего усилия при намотке, и меньшую в некоторых зонах, чтобы лучше регулировать установку основы в заданное положение, где нахлестываются края основы. Предпочтительно шаг зубцов выбирается таким, чтобы зубцы 2312 обеспечивали определенную величину растягивающего усилия для удержания основы 406 на месте и выполнения полной сборки в виде более жесткой конструкции.

Использование отверстий 2230 и зубцов 2312 обеспечивает большие возможности при изготовлении для автоматизации установки положения и сборки и для точного размещения или установки в определенном положении основы на каркасе, который может быть закреплен внутри обтекателя антенны. Это позволяет выполнить более точно конструктивное определение и позиционирование антенной сборки, что приводит к более точному регулированию и коррекции влияния обтекателя на диаграммы направленности.

Вышеприведенное описание расположения металлических полосок 2218, материала 2216 припоя и сквозных отверстий 2210 представлено в качестве примера. После прочтения настоящего описания специалисту в данной области техники будет очевидно, как эти элементы могут быть размещены в других местах в зависимости от требующейся конфигурации. Например, эти элементы могут быть расположены так, чтобы свернутая антенна могла иметь круговую поляризацию, правостороннюю или левостороннюю и иметь излучатели 104A-D либо внутри, либо снаружи этой формы.

VIII. Заключение
Несмотря на то, что выше были описаны различные варианты настоящего изобретения, должно быть понятно, что они были представлены только для примера, и изобретение ими не ограничивается. Следовательно, широта и объем настоящего изобретения не должны ограничиваться каким-либо из вышеописанных примеров, а должны определяться только в соответствии с нижеприведенной формулой.

Предыдущее описание предпочтительных вариантов представлено для того, чтобы любой специалист в данной области техники смог выполнить или использовать настоящее изобретение. Несмотря на то, что изобретение было конкретно показано и описано со ссылкой на его предпочтительные варианты, специалистам будет понятно, что в нем могут быть сделаны различные изменения в форме и в деталях, не выходя за рамки сущности и объема изобретения.

Формула изобретения

1. Двухдиапазонная спиральная антенна, содержащая первую секцию антенны, включающую первую схему возбуждения, расположенную на первой стороне диэлектрической основы на первой возбуждающей части первой секции антенны, первый заземленный слой, расположенный на второй стороне упомянутой основы и находящийся напротив первой схемы возбуждения, первую группу из одного или более излучателей, расположенных на упомянутой основе и вытянутых от первой схемы возбуждения, и контакт, вытянутый от первой возбуждающей части упомянутой первой секции антенны, и вторую секцию антенны, включающую вторую схему возбуждения, расположенную на упомянутой основе на второй возбуждающей части, второй заземленный слой, расположенный на упомянутой основе напротив второй схемы возбуждения, и вторую группу из одного или более излучателей, расположенных на упомянутой основе и вытянутых от второй схемы возбуждения.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что второй заземленный слой электрически соединен с одним концом второй группы из одного или более излучателей.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что контакт размещен по существу вдоль оси антенны.

4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что контакт вытянут от конца первой возбуждающей части, который является наиболее близким к второй секции антенны.

5. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит соединитель, соединенный с контактом.

6. Антенна по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что контакт содержит средство для обеспечения пути протекания тока из излучателей второй секции антенны вдоль ее оси, чтобы увеличить тем самым энергию, излучаемую в направлениях, перпендикулярных к оси.

7. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что первая и вторая группы излучателей состоят из полосковых сегментов, нанесенных на диэлектрическую основу, которой придана такая форма, что излучатели имеют вид навитой спирали.

8. Антенна по п.7, отличающаяся тем, что диэлектрическая основа имеет цилиндрическую, коническую или другую соответствующую форму. -
9. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из первой и второй групп излучателей содержит первый полосковый сегмент, вытянутый в виде спирали от первого конца излучательной части в направлении второго конца излучательной части, и второй полосковый сегмент, вытянутый в виде спирали от второго конца излучательной части в направлении первого конца излучательной части, при этом первый полосковый сегмент находится вблизи от второго полоскового сегмента настолько, что упомянутые первый и второй полосковые сегменты электромагнитно связаны друг с другом.'
10. Антенна по п.9, отличающаяся тем, что первый полосковый сегмент выполнен одинаковой длины с вторым полосковым сегментом.

11. Антенна по п.9, отличающаяся тем, что первый и второй полосковые сегменты имеют длину /4, где - длина волны резонансной частоты антенны.

12. Антенна по п.9, отличающаяся тем, что излучатели дополнительно содержат один или более промежуточных полосковых сегментов, размещенных между упомянутыми первыми и вторыми полосковыми сегментами.

13. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что каждая секция антенны содержит четыре излучателя и схему возбуждения для обеспечения квадратурных сигналов для упомянутых четырех излучателей.

14. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что точка возбуждения каждого излучателя расположена на расстоянии от первого конца излучательной части вдоль первого полоскового сегмента, которое выбрано так, чтобы согласовать импедансы излучателей и схемы возбуждения.

15. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что первая секция антенны соосно ярусно скомпонована со второй секцией антенны.

16. Двухдиапазонная спиральная антенна, содержащая первую секцию антенны, включающую первую схему возбуждения, расположенную на первой стороне основы на первой возбуждающей части первой секции антенны, первый заземленный слой, расположенный на второй стороне упомянутой основы и находящийся напротив упомянутой схемы возбуждения, первую группу из одного или более излучателей, расположенных на упомянутой основе и вытянутых от упомянутой схемы возбуждения; и вторую секцию антенны, включающую вторую схему возбуждения, расположенную на упомянутой основе на второй возбуждающей части, второй заземленный слой, расположенный на упомянутой основе напротив второй схемы возбуждения, и вторую группу из одного или более излучателей, расположенных на упомянутой основе и вытянутых от второй схемы возбуждения; и контакт, вытянутый от первой возбуждающей части первой секции антенны и проходящий вдоль оси второй секции антенны для подачи сигнала на первую секцию антенны для обеспечения пути протекания тока из излучателей второй секции антенны вдоль ее оси, чтобы тем самым увеличить энергию, излучаемую в направлениях, перпендикулярных к оси.

17. Антенна по п.16, отличающаяся тем, что упомянутый контакт размещен по существу вдоль оси антенны.

18. Антенна по п.16, отличающаяся тем, что упомянутый контакт вытянут от конца первой возбуждающей части, который является наиболее близким к второй секции антенны.

19. Антенна по п. 16, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из первой и второй групп излучателей содержит первый излучательный сегмент, вытянутый в виде спирали от первого конца излучательной части в направлении второго конца излучательной части, и второй излучательный сегмент, вытянутый в виде спирали от второго конца излучательной части в направлении первого конца излучательной части, при этом первый излучательный сегмент находится вблизи от второго излучательного сегмента настолько, что первый и второй излучательные сегменты электромагнитно связаны друг с другом.

20. Антенна по п.19, отличающаяся тем, что первый излучательный сегмент выполнен одинаковой длины с вторым излучательным сегментом.

21. Антенна по п.19, отличающаяся тем, что первый и второй излучательные сегменты имеют длину /4, где - длина волны резонансной частоты антенны.

22. Антенна по п.19, отличающаяся тем, что излучатели дополнительно содержат один или более промежуточных излучательных сегментов, размещенных между первыми и вторыми излучательными сегментами.

23. Антенна по п.16, отличающаяся тем, что каждая секция антенны содержит четыре излучателя и схему возбуждения для обеспечения квадратурных сигналов для четырех излучателей.

24. Антенна по п. 16, отличающаяся тем, что точка возбуждения каждого излучателя расположена на расстоянии от первого конца излучательной части вдоль первого сегмента, которое выбрано так, чтобы согласовать импедансы излучателей и схемы возбуждения.

25. Двухдиапазонное устройство связи с двухдиапазонной спиральной антенной, содержащей первую секцию антенны, имеющую первую схему возбуждения, расположенную на первой стороне основы на первой возбуждающей части первой секции антенны, первый заземленный слой, расположенный на второй стороне основы и находящийся напротив схемы возбуждения, первую группу из одного или более излучателей, расположенных на основе и вытянутых от схемы возбуждения; и вторую секцию антенны, содержащую вторую схему возбуждения, расположенную на упомянутой основе на второй возбуждающей части, второй заземленный слой, расположенный на упомянутой основе напротив второй схемы возбуждения, и вторую группу из одного или более излучателей, расположенных на упомянутой основе и вытянутых от второй схемы возбуждения; и контакт, вытянутый от первой возбуждающей части первой секции антенны, размещенный по существу вдоль оси антенны для обеспечения пути протекания тока из излучателей второй секции антенны вдоль ее оси, чтобы тем самым увеличить энергию, излучаемую в направлениях, перпендикулярных к оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26