КОМПАКТНАЯ СПИРАЛЬНАЯ АНТЕННА Российский патент 2016 года по МПК H01Q1/36 

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может применяться при конструировании конформных компактных широкополосных и сверхширокополосных антенн.

Наиболее близкой к предлагаемой антенне является спиральная антенна (патент РФ №2071153). Антенна выполнена в микрополосковом исполнении, содержит плоскую спираль, экран, симметрирующее устройство и поглощающее кольцо толщиной, равной зазору между спиралью и экраном. Наружный диаметр кольца равен диаметру спирали и экрана. Сверху спирали и экрана дополнительно выведено второе поглощающее кольцо.

Недостатком данной антенны в соответствии с более жесткими современными требованиями к аппаратуре в части размещения антенн в стесненных конструктивных условиях является то, что вся конструкция антенны, а именно выступающий за габариты антенны симметрирующий трансформатор, верхнее поглощающее кольцо, увеличивающее дополнительно высоту антенны и внутренний поглотитель в виде кольца, сужающий до широкополосного диапазона работу антенны, - все это вместе, в достаточной степени, не обеспечивает необходимую способность антенны для конформного компактного применения ее в сверхширокополосном диапазоне частот.

Цель изобретения - разработка сверхширокополосной компактной спиральной антенны диапазона УВЧ, потенциально гибкая конструкция которой позволяет повторить поверхностно сложные контуры места, где она устанавливается.

Поставленная цель достигается тем, что компактная спиральная антенна, содержащая плоскую спираль, симметрирующее устройство, поглотитель и экран, выполнена с возможностью изгибаться по поверхностному профилю, места ее размещения с учетом изготовления профилированного поглотителя необходимой кривизны, гибкого экрана и гибкой диэлектрической основы. Ветви спирали антенны выполнены из субминиатюрного коаксиального кабеля и представляют собой коаксиальный симметрирующий трансформатор, где внутренний проводник одной ветви спирали замыкается на экран второй ветви спирали, обе ветви спирали крепятся к тонкой диэлектрической основе, установленной вблизи поглотителя. Поглотитель представляет собой сплошную пластину с наружными размерами, эквивалентными размерам экрана и диэлектрической основы. Выходные концы ветвей коаксиальной спирали могут удлиняться свободными концами, выходящими за габариты антенны приблизительно на 0,15 от нижней длины волны рабочего диапазона антенны. Каждая коаксиальная ветвь спирали может быть дополнена малоразмерной спиральной структурой из тонкой металлической проволоки, надетой на нее, при этом входные концы спиральных структур соединяются контактно с местом входа каждой ветви коаксиальной спирали.

На рис. 1 изображена конструкция антенны, где 1 - экран, 2 -поглотитель, 3 - диэлектрическая основа, 4 - спираль, 5 - спиральная структура.

Экран (1) может быть выполнен из тонкого металлического листа или фольги. Непосредственно к экрану крепится поглотитель (2) УВЧ диапазона в виде отформованной по профилю пластины. Вблизи поглотителя или непосредственно на нем крепиться тонкая диэлектрическая основа (3), представляющая собой стеклотекстолитовую пластиту или пленку. На диэлектрической основе установлены ветви спиралей (4), выполненные из миниатюрного коаксиального кабеля с надетыми на них спиральными структурами (5).

Такая тонкая, сравнительно по отношению к нижней длине волны диапазона УВЧ, конструкция антенны обеспечивает предельно уменьшенную ее толщину и вместе с тем работу в стесненных условиях размещения с необходимыми радиотехническими характеристиками. Для улучшения согласования и повышения коэффициента усиления антенны, на коаксиальные плечи спиралей могут быть надеты малоразмерные спиральные структуры из тонкой металлической проволоки, которые контактно соединяются в месте запитки спирали каждая со своим плечом основной спирали. Для улучшения качества симметрирования «бесконечного» трансформатора выходные концы кабелей спирали могут удлиняться свободными концами, выходящими за габариты антенны приблизительно на 0,15 от нижней длины волны рабочего диапазона антенны. Данные технические решения улучшают параметры антенны.

Был изготовлен макет такой антенны, установленный на усеченном металлическом конусе, с размерами площади антенны, например, в виде трапеции с основаниями 127×180 мм и высотой трапеции 141 мм при толщине антенны ~10 мм. Макет показал удовлетворительные радиотехнические характеристики в диапазоне УВЧ с перекрытием по частоте - 10:1.

Таким образом, решена поставленная задача и достигнут требуемый технический результат, а именно разработана конформная компактная спиральная антенна, работающая в сверхширокополосном диапазоне УВЧ.

Использование: изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может применяться при конструировании конформных компактных широкополосных и сверхширокополосных антенн. Сущность: компактная спиральная антенна содержит плоскую спираль, симметрирующее устройство, поглотитель и экран, выполнена с возможностью изгибаться по поверхностному профилю, места ее размещения с учетом изготовления профилированного поглотителя необходимой кривизны, гибкого экрана и гибкой диэлектрической основы. Ветви спирали антенны выполнены из субминиатюрного коаксиального кабеля и представляют собой коаксиальный симметрирующий трансформатор, где внутренний проводник одной ветви спирали замыкается на экран второй ветви спирали. Обе ветви спирали крепятся к тонкой диэлектрической основе, установленной вблизи поглотителя. Поглотитель представляет собой сплошную пластину с наружными размерами, эквивалентными размерам экрана и диэлектрической основы. Выходные концы ветвей коаксиальной спирали могут удлиняться свободными концами, выходящими за габариты антенны приблизительно на 0,15 от нижней длины волны рабочего диапазона антенны. Каждая коаксиальная ветвь спирали может быть дополнена малоразмерной спиральной структурой из тонкой металлической проволоки, надетой на нее, при этом входные концы спиральных структур соединяются контактно с местом входа каждой ветви коаксиальной спирали. Технический результат: обеспечение предельно уменьшенной толщины антенны и вместе с тем работы в стесненных условиях размещения с необходимыми радиотехническими характеристиками. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Компактная спиральная антенна, содержащая плоскую спираль, симметрирующее устройство, поглотитель и экран, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью изгибаться по поверхностному профилю, места ее размещения с учетом изготовления профилированного поглотителя необходимой кривизны, гибкого экрана и гибкой диэлектрической основы, ветви спирали антенны выполнены из субминиатюрного коаксиального кабеля и представляют собой коаксиальный симметрирующий трансформатор, где внутренний проводник одной ветви спирали замыкается на экран второй ветви спирали, оби ветви спирали крепятся к тонкой диэлектрической основе, установленной вблизи поглотителя.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что поглотитель выполнен в виде сплошной пластины с наружными размерами, эквивалентными размерам экрана и диэлектрической основы.

3. Антенна по п. 2, отличающаяся тем, что выходные концы ветвей коаксиальной спирали удлиняются свободными концами, выходящими за габариты антенны приблизительно на 0,15 от нижней длины волны рабочего диапазона антенны.

4. Антенна по пп. 1-3, отличающаяся тем, что каждая коаксиальная ветвь спирали дополнена малоразмерной спиральной структурой из тонкой металлической проволоки, надетой на нее, при этом входные концы спиральных структур соединяются контактно с местом входа каждой ветви коаксиальной спирали.