СПИРАЛЬНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H01Q11/08 

Изобретение относится к антенной технике, в частности к спиральным антеннам, и может быть использовано как в качестве собственно антенны, так и в качестве излучателей круговой поляризации в антенных решетках.

Целью изобретения является обеспечение перестройки входного сопротивления и улучшение возбуждения излучателя.

На фиг.1 показана конструкция излучателя; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3-5 приведены изображения элемента настройки, подвижного пружинного кольца и возбудителя цилиндрической спирали.

Спиральный излучатель состоит из корпуса 1, элемента 2 настройки, соединенного с корпусом 1, подвижного пружинного кольца 3 с контактным элементом 12, отрезка 4 центрального проводника, согласующего элемента 5, возбудителя 6 цилиндрической спирали 7, отрезка 8 круглого волновода.

Элемент 2 настройки содержит трансформатор 9 сопротивлений, радиальный 10 и дугообразный 11 элементы и представляет собой жесткую прочную конструкцию из металла с хорошей проводимостью и теплопроводностью и предназначен для возбуждения спирального излучателя, для перестройки входного сопротивления, отвода тепла и для установки на ней отрезка центрального проводника с согласующим элементом 5, возбудителем 6 и спиралью 7. Величина дугообразного элемента 11 может составлять несколько градусов и более в зависимости от величины согласуемого сопротивления и рабочего диапазона частот.

Пружинное подвижное кольцо 3 размещено в канавке 16, выполненной в цилиндрической боковой поверхности корпуса 1, и содержит контактный элемент 12, предназначенный для перестройки сопротивления элемента 2 настройки перемещением элемента 12 по дугообразному элементу 11 элемента 2 настройки, т. е. изменением длины ее дугообразного элемента 11. Отрезок 4 центрального проводника установлен и закреплен в центре элемента 2 настройки и служит для размещения и установки на нем согласующего элемента 5, возбудителя 6 и спирали 7.

Возбудитель 6 спирали выполнен в виде коаксиального металлического кольца с вертикальной 13 и горизонтальной 14 перемычками, причем в центре диаметральной перемычки выполнена втулка 15 для крепления и перемещения возбудителя 6 на отрезке 4.

Спираль 7 выполнена бескаркасной из металла с высокой проводимостью и обладает большой жесткостью и механической прочностью, при которых совершенно не требуется применения каркаса для крепления спирали (например, спираль из толстой латунной проволоки, из латунной трубки, из стальной трубки с медным и другим покрытием).

Отрезок 8 для обеспечения удобства сборки и получения оптимальных параметров (КСВ, осевого коэффициента поляризации и др.) выполнен съемным и подвижным. Такая конструкция излучателя обеспечивает крепление и установку всех его элементов без применения диэлектрических центрирующих шайб и каркаса для спирали и в целом без использования любых диэлектриков, ухудшающих электрические и пожаростойкие характеристики излучателя. Предлагаемый излучатель из выше перечисленных элементов представляет собой резонансную схему.

Спиральный излучатель работает следующим образом.

Перестройка и получение заданного входного сопротивления достигаются трансформатором 9 сопротивлений и изменением сопротивления элемента 2 путем изменения длины его дугообразного элемента 11 с помощью элемента 12 подвижного пружинного кольца 3, а также изменением волнового сопротивления коаксиального участка путем перемещения согласующего элемента 5 вдоль отрезка 4 центрального проводника. Полученное таким образом заданное входное сопротивление имеет хорошее согласование в широкой полосе частот и позволяет подключать спиральный излучатель к питающей коаксиальной линии без всякого специального согласующего устройства.

При подаче СВЧ-сигнала на вход спирального излучателя элемент 2 возбуждает резонансную систему и создает в ней электромагнитное поле. Возбудитель 6 центрирует электромагнитное поле внутри кольца как в коаксиальной линии, которое перемещается вместе с возбудителем 6 относительно спирали 7. При приближении возбудителя 6 к начальным виткам спирали 7 его электромагнитное поле возбуждает их, а при удалении возбудителя 6 от спирали происходит ослабление возбуждения. При возбуждении спирали 7 определяющим является возбуждение начальных витков, а оставшиеся витки действуют как направляющий диполь. При взаимодействии полей витков спирали 7 с отрезком 8 в раскрыве спирального излучателя создается суммарное синфазное поле с эллиптической поляризацией, близкой к круговой. Направление вектора поля соответствует направлению намотки спирали 7. Таким образом улучшение возбуждения излучателя достигается возбуждением всей резонансной системы элементом 2 и возбуждением начальных витков спирали 7 возбудителем 6.

Отвод тепла от излучателя производится с помощью элемента 2, гальванически соединенного с корпусом 1 и всеми элементами спирального излучателя за счет большой теплопроводности металлов, из которых выполнены элемент 2 и все элементы. Дальнейший объем тепла производится с корпуса 1 спирального излучателя.

Использование изобретения позволяет создать спиральные излучатели с входным сопротивлением, равным сопротивлению питающей линии передачи; исключить использование специальных согласующих устройств, так как входное сопротивление излучателя является перестраиваемым и уже согласованным; создать спиральные излучатели без применения диэлектрического каркаса для крепления спирали и в целом без использования диэлектриков; обеспечить хороший отвод тепла от всех элементов излучателя с помощью петли возбуждения, соединенной с корпусом; значительно повысить излучаемую мощность за счет хорошего отвода тепла и отсутствия диэлектриков в конструкции излучателя, которые могут разрушаться под воздействием высокой температуры; увеличить механическую жесткость и прочность излучателя, так как он выполнен полностью только из металла, и тем самым увеличить срок службы излучателя; повысить надежность излучателя за счет улучшения его прочностных и электрических характеристик; снизить трудоемкость настройки излучателя за счет введения перестраиваемых элементов; снизить жесткость требований и класс точности изготовления как спирали, так и всего излучателя; снизить себестоимость как самого излучателя, так и антенных решеток, выполненных из таких излучателей, за счет исключения специальных согласующих устройств и диэлектрических каркасов, снижения класса точности изготовления, повышения надежности и срока службы, уменьшения числа ремонтов излучателей и антенных решеток.

Использование: в качестве собственно антенны и в качестве излучателей круговой поляризации в антенных решетках. Сущность изобретения: спиральный излучатель содержит цилиндрическую спираль, соосно с которой установлен корпус в виде цилиндрического стакана, блок возбуждения и элемент настройки. Блок возбуждения выполнен в виде установленных соосно с цилиндрической спиралью отрезка центрального проводника, соединенного одним концом с трансформатором сопротивлений, и возбудителя цилиндрической спирали. Элемент настройки выполнен в виде соединенных последовательно радиального и дугообразного элементов, которые посредством контактного элемента гальванически соединены с пружинным кольцом, при этом элемент настройки расположен в плоскости, ортогональной оси цилиндрической спирали, во внутренней боковой поверхности корпуса выполнена канавка, в которой расположено подвижное пружинное кольцо, свободный конец радиального элемента соединен с трансформатором сопротивлений. Соосно с цилиндрической спиралью с возможностью продольного перемещения установлен отрезок круглого волновода. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. СПИРАЛЬНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ, содержащий цилиндрическую спираль, соосно с которой установлен корпус в виде цилиндрического стакана, блок возбуждения и элемент настройки, отличающийся тем, что введен отрезок круглого волновода, блок возбуждения выполнен в виде установленных соосно с цилиндрической спиралью отрезка центрального проводника, соединенного одним концом с трансформатором сопротивлений, и возбудителя спирали, элемент настройки выполнен в виде соединенных последовательно радиального и дугообразного элементов, которые посредством контактного элемента гальванически соединены с подвижным пружинным кольцом, при этом элемент настройки расположен в плоскости, ортогональной оси цилиндрической спирали, во внутренней боковой поверхности корпуса выполнена канавка, в которой расположено подвижное пружинное кольцо, свободный конец радиального элемента соединен с трансформатором сопротивлений, другой конец отрезка центрального проводника соединен с цилиндрической спиралью, и на нем соосно с ним с возможностью перемещения установлен возбудитель цилиндрической спирали и введенный согласующий элемент, причем отрезок круглого волновода установлен соосно с цилиндрической спиралью с возможностью продольного перемещения, а его внутренний диаметр равен наружному диаметру корпуса. 2. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что возбудитель цилиндрической спирали выполнен в виде коаксиального металлического кольца с вертикальными и горизонтальными перемычками, которые соединены в центре коаксиального металлического кольца посредством втулки, в которой выполнено осевое отверстие.