СПИРАЛЬНАЯ АНТЕННА Российский патент 2003 года по МПК H01Q21/28 

Изобретение относится к антенной технике к может быть использовано как самостоятельная антенна или как элемент антенной решетки при создании нелинейных РЛС с соотношением нижней (f_н) и верхней (f_в) частот, равным или меньшим 1/2, то есть f_н/f_в<1/2.

Известна двухканальна антенна (см. АС 1467631, кл. Н 01 Q 13/00, 1986), содержащая первый металлический диск, расположенный над экраном, входной коаксиальный кабель первого канала, присоединенный через симметрирующее устройство к экрану к двум штырям, расположенным диаметрально противоположно на первом металлическом диске на равных расстояниях от его центра, и входной коаксиальный кабель второго канала, который соединен с центром первого металлического диска стойкой, проходящей через отверстие, выполненное на экране, на нижнем конце стойки параллельно экрану установлен второй металлический диск, помещенный в металлический стакан, соединенный с экраном, причем диаметр D₁ первого металлического диска выбран из соотношения D₁ = (0,6-0,74)λ, где λ - длина рабочей волны, а диаметр второго металлического диска D₂ = (0,48-0,64)D₁.

Недостатком данной антенны является невозможность работы в двухчастотном режиме - при создании "нелинейных" РЛC, потому что ее излучающие, питающие и настроечные элементы выполнены для работы в одночастотном режиме.

Наиболее близкой по технической сущности является спиральная антенна (см. АС 1483511, кл. H 01 Q 11/08, 1986), содержащая цилиндрическую спираль, установленную над металлическим экраном, размещенную на диэлектрическом каркасе и подключенную к коаксиальному фидеру, и разомкнутое проводящее кольцо, диаметр которого равен диаметру цилиндрической спирали, установленное на диэлектрическом каркасе без гальванического контакта со свободным концом цилиндрической спирали, таи этом длина разомкнутого проводящего кольца равна (0,4-0,6)λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона.

Недостатком прототипа является невозможность работы одновременно на двух частотах в двухканальном режиме, поскольку имеет один одночастотный канал излучения (приема), что не позволяет использовать ее при создании "нелинейных" РЛС, работающих на различных частотах излучения и приема.

Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в создании двухчастотной двухканальной антенны для "нелинейных" РЛС.

Поставленная задача решается за счет того, что в известную спиральную антенну, содержащую цилиндрическую спираль, установленную над металлическим экраном, размещенную на диэлектрическом каркасе и подключенную к коаксиальному фидеру, к разомкнутое проводящее кольцо, диаметр которого равен диаметру цилиндрической спирали, установленное на диэлектрическом каркасе без гальванического контакта со свободным концом цилиндрической спирали, рассчитанной на нижнюю частоту, введены диэлектрический стержень с согласующим и излучающим концами, выполненными в виде конусов, и отрезок волновода, при этом диэлектрический каркас спирали выполнен полым, в центре экрана прорезано отверстие по форме волновода, отрезок волновода прикреплен к контуру отверстия с противоположной от спирали стороны, а диэлектрический стержень расположен внутри диэлектрического каркаса, причем согласующим концом вставлен в волновод с возможностью перемещения соосно со спиралью и образует с волноводом диэлектрическую антенну, рассчитанную на верхнюю частоту, при этом отношение нижней f_н и верхней f_в удовлетворяет условию f_н/f_в≤1/2 при 10000≥f_в≥2000 МГц.

Дополнительное введение в известное устройство диэлектрического стержня и отрезка волновода, выполнение диэлектрического каркаса полым, размещение диэлектрического стержня соосно со спиралью позволило образовать второй частотный канал, получить двухчастотную антенну и решить поставленную задачу.

Конструктивно, для того чтобы диэлектрический стержень мог разместиться внутри диэлектрического каркаса, соотношение нижней (f_н) и верхней (f_в) частот должно быть выбрано из условия f_н/f_в≤1/2 (1).

При этом существует ограничение в области применимости стержневых диэлектрических антенн, то есть 10000≥f_в≥2000 МГц, что определяет верхнюю рабочую частоту. Нижняя рабочая частота будет определяться приведенным соотношением (1), а в целом антенна будет удовлетворять требованиям к двухчастотному диапазону работы "нелинейных" РЛС.

На чертеже изображен общий вид предлагаемой спиральной антенны.

Спиральная антенна состоит из отрезка волновода 1, экрана 2, диэлектрического каркаса 3, спирали 4, разомкнутого проводящего кольца 5, диэлектрического стержня 6, отверстия в экране 7, коаксиального разъема 8. К экрану 2 с отверстием 7 прикреплены с одной стороны отрезок волновода 1, а с другой стороны - полый диэлектрический каркас 3, на котором размещена спираль 4 и разомкнутое проводящее кольцо 5. Спираль 4 и кольцо 5 рассчитаны на нижнюю частоту. Внутри диэлектрического каркаса размещен диэлектрический стержень 6, который согласующим конусом вставлен в отрезок волновода 1 с возможностью перемещения. Диэлектрический стержень 6 совместно с отрезком волновода 1 образует диэлектрическую антенну.

Спиральная антенна работает следующим образом.

Энергия сигнала на нижней частоте подводится к спиральной антенне 4 с помощью коаксиального разъема 8, расположенного снизу от оси излучения. Согласование спиральной антенны 4 осуществляется с помощью разомкнутого кольца 5, расположенного на диэлектрическом каркасе 3, не имеющего гальванического контакта со свободным концом спирали 4. Подвод (отвод) энергии верхней частоты производится посредством волновода 1, а формирование диаграммы излучения осуществляется диэлектрическим стержнем 6. Для согласования с волноводом 1 стержень 6 имеет согласующий конус. Дополнительная настройка производится перемещением стержня 6 относительно волновода 1. Экран 2 с отверстием 7 является основанием для всех элементов и отражающим элементом спиральной антенны.

Основные размеры спиральной и стержневой антенн рассчитываются по известным формулам (см. Корбанский И.Н. Антенны. - М.: Энергия, 1973, с. 298-302, 306-313).

В качестве примеров выполнения предлагаемой антенны в таблице приведены размеры антенн, рассчитанных применительно к крайним частотам применимости данных антенн, когда 10000≥f_в≥2000 МГц.

Предлагаемая антенна содержит спиральную антенну, рассчитанную на нижнюю частоту (f_н), и расположенную внутри нее диэлектрическую антенну, рассчитанную на верхнюю частоту (f_в), при этом из условия размещения диэлектрической антенны внутри спиральной соотношение частот выбрано из условия f_н/f_в≤1/2, а верхняя частота ограничена условием 10000≥f_в≥2000 МГц. Выбранные на основе перечисленных условий частотные показатели антенны находятся в диапазоне работы "нелинейных" РЛС, что указывает на решение поставленной задачи и осуществимость изобретения.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано как самостоятельная антенна или как элемент антенной решетки. Техническим результатом является создание решетки двухчастотной двухканальной антенны. Новым в спиральной антенне, рассчитанной на нижнюю частоту, является то, что в нее введен диэлектрический стержень с согласующим и излучающим концами, выполненными в виде конусов, и отрезок волновода, который прикреплен к контуру отверстия с противоположной от спирали стороны, а диэлектрический стержень установлен внутри диэлектрического каркаса, причем согласующим концом помещен в волновод соосно со спиралью с возможностью перемещения и образует с волноводом диэлектрическую антенну, рассчитанную на верхнюю частоту. Предлагаемая спиральная антенна может быть создана с соотношением нижней (f_н) и верхней (f_в) частот, равным или меньшим 1/2, то есть f_н/f_в≤1/2. При этом по условию применимости диэлектрических стержневых антенн 10000≥f_в≥2000 МГц, что позволяет использовать предлагаемую спиральную антенну при создании "нелинейных" РЛС. 1 ил., 1 табл.

Спиральная антенна, содержащая цилиндрическую спираль, установленную над металлическим экраном, размещенную на диэлектрическом каркасе и подключенную к коаксиальному разъему, и разомкнутое проводящее кольцо, диаметр которого равен диаметру цилиндрической спирали, установленное на диэлектрическом каркасе без гальванического контакта со свободным концом цилиндрической спирали, рассчитанной на нижнюю частоту, отличающаяся тем, что в нее введены диэлектрический стержень с согласующим и излучающим концами, выполненными в виде конусов, и отрезок волновода, при этом диэлектрический каркас спирали сделан полым, в центре экрана выполнено отверстие по форме волновода, который прикреплен к контуру отверстия с противоположной от спирали стороны, а диэлектрический стержень установлен внутри диэлектрического каркаса, причем согласующим концом помещен в волновод соосно со спиралью с возможностью перемещения и образует с волноводом диэлектрическую антенну, рассчитанную на верхнюю частоту, при этом отношение нижней (f_н) и верхней (f_в) частот удовлетворяет условию f_н/f_в≤1/2 при 10000≥f_в≥2000 МГц.