ШИРОКОПОЛОСНАЯ МНОГОЯРУСНАЯ МНОГОСПИРАЛЬНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА, ВСТРОЕННАЯ В КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВОЗДУШНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2021 года по МПК H01Q21/06 H01Q1/28 H01Q5/40 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение в целом относится к антенным системам, в частности к конформной широкополосной многоярусной многоспиральной антенной системе, выполненной с возможностью встраивания в конструктивный элемент мобильной платформы.

Современные мобильные платформы, такие как воздушный летательный аппарат (управляемый или неуправляемый, винтокрылый или с неподвижным крылом), космический летательный аппарат, судно или даже наземные транспортные средства, часто требуют использования множества антенных систем для передачи и приема радиочастотных сигналов. Эти сигналы содержат пакеты радиолокационных сигналов, сигналы радиоэлектронной разведки (SIGINT), сигналы связи, навигации и идентификации (CNI), сигналы радиоэлектронного подавления (ЕСМ) и сигналы радиоэлектронной борьбы (EW), а также сигналы для выполнения задач по обработке данных датчиков. Для каждой из этих областей применения для излучения и приема сигналов необходима своя собственная антенная система, в результате чего многие из этих мобильных платформ могут иметь серьезные недостатки, вызванные загруженностью антенн.

Обычные антенны могут образовывать выпуклые части, которые ухудшают аэродинамические характеристики мобильной платформы. Кроме того, если антенна выступает от корпуса мобильной платформы, она может быть случайно повреждена наземным персоналом, воздушными объектами или в результате воздействия на нее факторов окружающей среды. Обычно за счет различных компонентов, на которых установлена антенная решетка, к мобильной платформе добавляется определенный вес. Такие компоненты могут содержать металлические кардановы подвесы, несущие конструкции или другие похожие подконструкции, которые добавляют «паразитный» вес, связанный с антенной решеткой, однако в других случаях указанные компоненты не выполняет функции, отличной от функции несущей конструкции для части антенной решетки. Термин «паразитный» означает вес, который связан с компонентами несущей конструкции или компонентами антенного облучателя, которые не являются необходимыми непосредственно для осуществления операций антенной решетки по передаче или приему данных.

В случае вертолетов, на внешней стороне их корпуса может быть сложно найти доступную область для установки антенны, которая не будет создавать помех для ротора, стабилизатора или управляющих поверхностей вертолета. На корпусе вертолета может иметься небольшая доступная область для установки такой антенны, которая в свою очередь может обеспечивать беспрепятственную зону покрытия во всех направлениях вокруг вертолета. Например, при установке антенны типа «кронштейн для полотенец» (towel bar) на хвостовой балке вертолета используют доступное, по большей части неиспользуемое пространство на вертолете. Однако антенны типа «кронштейн для полотенец» проходят по направлению наружу от хвостовой балки и могут быть повреждены в результате воздействия на них факторов окружающей среды или повреждены персоналом, обслуживающим вертолет, когда он не находится в полете.

Таким образом, имеется потребность в улучшении конструкции антенных систем, а также места их размещения на мобильных платформах для решения проблем, обусловленных отсутствием пространства, доступного для различных необходимых антенных систем, а также для решения проблем, связанных с создаваемыми помехами.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Раскрыта широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка для использования в мобильной платформе, содержащая две или более многоярусных спиральных антенн. Многоярусные спиральные антенны могут представлять собой антенны в виде спирали Архимеда, антенны в виде логарифмической спирали, многоярусные извилистые спиральные антенны или щелевые спиральные антенны, причем эти многоярусные антенны имеют один и тот же тип, например выполнены в виде спирали Архимеда или логарифмической спирали, однако эти спиральные антенны могут и не быть идентичными в части внешних диаметров каждой спиральной антенны. Обычно все эти спиральные антенны выполнены концентрическими и выровненными, а также имеют одинаковое количество заходов с одинаковыми шириной, шагом и углом поворота.

Все спиральные антенны в широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетке имеют центральное и синфазное возбуждение, что может быть реализовано посредством коаксиальных кабелей, соединяющих соответствующий приемопередатчик мобильной платформы с внешней спиральной антенной и в дальнейшем проходящих в каждую смежную внутреннюю спиральную антенну или каждую из смежных внутренних спиральных антенн. Иные формы соединительных линий передачи содержат микрополосковые линии с плоскими симметризирующими средствами и полосковые линии. Каждая из многоярусных спиральных антенн может иметь два или более заходов, каждый из которых может иметь оконечные устройства, такие как резисторы, меандровые линии или конденсаторы, или может и не иметь оконечных устройств вообще.

Многоярусные многозаходные спиральные антенные решетки содержат слой с низкой диэлектрической проницаемостью, который размещен между каждой парой из многоярусных спиральных антенн и который может представлять собой воздух, вакуум или непроводящий композитный слоистый материал с небольшой диэлектрической проницаемостью, такой как слоистый материал RO4003® из усиленного стекловолокном углеводорода или керамики или стеклоткань, встроенную в эпоксидную смолу, например FR-4. Этот слой с низкой диэлектрической проницаемостью обеспечивает улучшенное согласование сопротивлений между каждой парой многоярусных спиральных антенн путем выполнения функции переменного конденсатора, который электрически соединяет две спиральные антенны, при этом верхняя спиральная антенна в стопе возбуждается посредством своей линии передачи, а также нижней спиральной антенны или нижних спиральных антенн. За счет обеспечения емкости между многоярусными спиральными антеннами изменяется, то есть уменьшается, входное сопротивление широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки, в результате чего сопротивление этих антенн обеспечивает лучшее согласование сопротивления передающих линий (или линий передачи) с многоярусными спиральными антеннами.

Каждая многоярусная спиральная антенна в широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетке возбуждается в своем центре путем электрического соединения линий передачи с концами каждого захода многоярусной спиральной антенны в центре широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки. Таким образом, тот же самый радиочастотный сигнал разделают и направляют на каждую многоярусную спиральную антенну в широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетке в ее центре. Каждый радиочастотный сигнал также является синфазным, поскольку слой с низкой диэлектрической проницаемостью выполнен достаточно тонким, в результате чего радиочастотный диэлектрический материал не распространяется через слой с низкой диэлектрической проницаемостью, что воздействует на радиочастотные характеристики широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки, то есть разделенные радиочастотные сигналы по существу одновременно достигают каждую многоярусную спиральную антенну. Например, равномерная толщина слоя с низкой диэлектрической проницаемостью может составлять менее 10,0% от длины волны центральной рабочей частоты (%со) широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки.

Многоярусная многоспиральная антенная решетка, сформированная вышеописанным способом, может быть встроена в несущий или ненесущий конструктивный элемент мобильной платформы, такой как композитное покрытие, дверца или панель, изготовленная с использованием непроводящих листов обшивки и пеноматериала или иной легковесной непроводящей сердцевины, такой как сердцевина сотового многослойного материала или конструкционный пенопласт, которые могут быть заключены в проводящие материалы, причем обшивка, дверца или панель прикреплена к основному носителю, такому как вертолет (или иная мобильная платформа).

В одном из примеров двуспиральной антенной решетки два тонких гибких фольгированных антенных элемента могут быть соединены посредством связующего с внутренней и внешней линиями формования непроводящей обшивки основного носителя, дверцей или панельным конструктивным элементом, при этом каждый фольгированный антенный элемент может быть покрыт непроводящим защитным покрытием, а фидерные провода могут быть соединены пайкой с центрами антенн до покрытия и могут быть пропущены через переходные отверстия или небольшие отверстия в конструктивном элементе.

Еще в одном примере эти два тонких гибких фольгированных антенных элемента могут быть сформированы путем вытравливания меди на подложке с низкой диэлектрической проницаемостью (например, полиимидной пленке), которая может быть соотверждена в обшивку, дверцу или панельный композитный слоистый материал, при этом питающие провода для каждой спиральной антенны соединяют спайкой вместе до соотверждения, результирующая пара фидерных проводов выступает через композитный слоистый материал таким образом, что фольгированные антенные элементы соединены в своих заходах в центре фольгированных антенных, а фидерные провода, выступающие слева через композитный слоистый материал, проходят через переходные отверстия в конструктивном элементе. В целом соотверждением называется процесс отверждения композитного слоистого материала и одновременное соединение этого материала посредством связующего с некоторым другим неотвержденным материалом, при этом в течение того же самого процесса отверждают все смолы и адгезивы.

Еще в одном примере антенные элементы многоярусной многоспиральной антенной решетки сначала соединяют посредством связующего с одновременным разделением слоем с низкой диэлектрической проницаемостью, центры многоярусных спиральных антенн соединяют спайкой друг с другом с использованием переходных отверстий и припоя, а в дальнейшем соединяют посредством связующего как готовый слоистый материал с наружной или внутренней стороной ненесущего конструктивного элемента по типу аппликации, при этом фидерные провода выступают слева через переходные отверстия в готовом слоистом материале и ненесущем конструктивном элементе.

Еще в одном примере многоярусная многоспиральная антенная решетка содержит любое количество N многоярусных спиральных антенн, которые имеют центральное возбуждение и являются синфазными. Между каждой парой из многоярусных спиральных антенн расположен слой с низкой диэлектрической проницаемостью, представляющий собой в целом N-1 диэлектрических слоев в многоярусной N-спиральной антенной решетке. Каждая из N спиральных антенн может иметь разный диаметр, причем антенна с наибольшим диаметром расположена на внешней или верхней антенне многоярусной спиральной антенной решетки, а каждая смежная внутренняя или нижняя спиральная антенна имеет меньший диаметр. Все спиральные антенны многоярусной спиральной антенной решетки выполнены концентрическими и выровненными. Обычно внутренняя спиральная антенна может иметь один виток, причем каждая дополнительная смежная спиральная антенна будет добавлять виток, а внешняя спиральная антенна будет иметь N витков. Однако количество витков каждой спиральной антенны также может быть повышено, а в примере, содержащем две многоярусные двухзаходные спиральные антенны, эта многоярусная двухзаходная двуспиральная антенная решетка может содержать две приблизительно идентичные спирали, которые могут иметь идентичные количество витков, ширину и пространство между заходами, а также внешние диаметры каждой из двухзаходных спиральных антенн.

Иные устройства, аппараты, системы, способы, признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны или станут очевидными специалисту в данной области техники после ознакомления с приведенными далее чертежами и подробным описанием. Предполагается, что все такие дополнительные системы, способы, признаки и преимущества включены в данное описание, находятся в пределах объема настоящего изобретения и защищены прилагаемой формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение может быть лучше понятно со ссылкой на приведенные ниже чертежи. Компоненты на чертежах не обязательно показаны в масштабе, вместо это упор делается на иллюстрацию принципов настоящего изобретения. На чертежах на различных видах схожими ссылочными номерами обозначены аналогичные части, при этом элементы могут и не быть показаны в масштабе.

На фиг. 1 показан вид сбоку примера вертолета, оборудованного ненесущими конструктивными элементами, содержащими дверцу для доступа в грузовой отсек и дверцу для доступа в отсек с авиационным радиоэлектронным оборудованием, расположенные на внешних поверхностях секций фюзеляжа вертолета.

На фиг. 2 показана структурная схема примера реализации широкополосной многоярусной двухзаходной двуспиральной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующая электрическое соединение этой антенной решетки с приемопередатчиком мобильной платформы.

На фиг. 3А схематически показан покомпонентный вид примера реализации широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий укладывание с образованием ярусов семи спиральных антенн.

На фиг. 3В показан вид сверху многоярусной многоспиральной антенной решетки, показанной на фиг. 3А.

На фиг. 4А показан график коэффициента отражения в виде функции от частоты одиночной спиральной антенной решетки.

На фиг. 4В показан график коэффициента отражения в виде функции от частоты двуспиральной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4С показан график коэффициента отражения в виде функции от частоты трехспиральной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4D показан график коэффициента отражения в виде функции от частоты многоспиральной антенной решетки, содержащей семь многоярусных спиральных антенн в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 5 показан продольный вид сбоку еще одного примера реализации широкополосной многоярусной двухзаходной двуспиральной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением, встроенной в ненесущий конструктивный элемент мобильной платформы, в разрезе, выполненном посередине этой многоярусной широкополосной двуспиральной антенной решетки.

На фиг. 6А показан перспективный вид спереди еще одного примера реализации широкополосной многоярусной двухзаходной двуспиральной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением вместе с отражающей полостью.

На фиг. 6В показан вертикальный вид сбоку широкополосной многоярусной двухзаходной двуспиральной антенной решетки с отражающей полостью, показанной на фиг. 6А.

На фиг. 7 показана блок-схема одного из конкретных иллюстративных примеров способа формирования конформной широкополосной многоярусной многоспиральной антенной системы в соответствии с настоящим изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описана широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка для использования в мобильной платформе, содержащая две или более многоярусных спиральных антенн. Две или более многоярусных спиральных антенн могут содержать две или более антенн в виде спирали Архимеда, две или более антенн в виде логарифмической спирали, две или более извилистых спиральных антенн или две или более щелевых спиральных антенн, причем указанные две или более многоярусных спиральных антенн в каждой стопе имеют один и тот же тип. Все спиральные антенны в стопе имеют центральное возбуждение, обеспечиваемое посредством фидеров, и синфазное возбуждение, которое может быть реализовано посредством фидеров, содержащих коаксиальные кабели, электрически соединяющие соответствующий приемопередатчик с заходами внешней или внутренней спиральной антенны и в дальнейшем проходящие к заходам каждой другой спиральной антенны или каждой из других спиральных антенн в стопе в их соответствующих центрах. Спиральные антенны также могут быть электрически соединены с соответствующим приемопередатчиком посредством микрополосковых линий или полосковых линий, которые электрически соединяют с заходами в центре спиральных антенн. Спиральные антенны в стопе могут быть выполнены концентрическими и могут быть выровнены, при этом они могут иметь одинаковое количество заходов с одинаковыми шириной, шагом и углом поворота. Внешние диаметры спиральных антенн могут изменяться.

Многоярусная многоспиральная антенная решетка также содержит слой с низкой диэлектрической проницаемостью, размещенный между каждой парой из многоярусных спиральных антенн, причем пара или пары из многоярусных спиральных антенн со слоем с низкой диэлектрической проницаемостью, расположенным между ними в стопе, могут быть вделаны в непроводящий композитный слоистый материал, который может содержать, например, один или более слоев из слоистого материала, такого как стекловолокно в эпоксидной смоле. Многоярусная многоспиральная антенная решетка, сформированная таким образом, может быть в дальнейшем встроена в ненесущий конструктивный элемент мобильной платформы, такой как обшивка, дверца или панель доступа вертолета (или иной мобильной платформы). Многоярусная многоспиральная антенная решетка также может быть встроена в несущий многоярусный конструктивный элемент из композитного материала или металла, такой как фюзеляж летательного аппарата, крыло или хвостовое оперение.

На фиг. 1 показан вид сбоку примера вертолета, оборудованного ненесущими конструктивными элементами, такими как дверца для доступа к грузовому отсеку и дверца для доступа к отсеку с авиационным радиоэлектронным оборудованием, на внешней поверхности секций фюзеляжа вертолета, причем дверцы доступа содержат конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 1 пример летательного аппарата, такого как вертолет 100, содержит носовой фюзеляж 102 и основной фюзеляж 104 с хвостовой балкой 110. Внутри хвостовой балки 110 находятся приводной вал и соответствующие связующие звенья (не показаны), проходящие от основного двигателя (не показаны), который приводит главный винт 124. Опора для хвостовой балки (не показана) в хвостовой балке 110 физически поддерживает хвостовую секцию 120, снабженную хвостовым винтом 126.

На фиг. 1 также показаны дверца 130 для доступа к отсеку с авиационным радиоэлектронным оборудованием в передней части по левому борту и дверца 140 для доступа к грузовому отсеку в хвостовой части по левому борту. На правом борту вертолета 100 могут иметься соответственно аналогичная дверца для доступа к отсеку с авиационным радиоэлектронным оборудованием (не показана) и аналогичная дверца для доступа к грузовому отсеку в хвостовой части по правому борту (не показана). Если на левом борту и правом борту (или на верхней части и нижней части) вертолета 100 имеются дверцы доступа, которые являются зеркальными отражениями друг друга, то в дальнейшем в каждую дверцу доступа может быть встроена широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка с отражающей полостью в соответствии с настоящим изобретением. Каждая из этих антенных решеток будет в дальнейшем обеспечивать приблизительно полусферическую зону обслуживания, который в совокупности будет в целом соответствовать антенне вертолета 100 с псевдо всенаправленной зоной обслуживания.

На фиг. 2 показана структурная схема широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки 200 в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующая электрическое соединение этой антенной решетки с приемопередатчиком 250 мобильной платформы. В данном примере широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка показана в виде широкополосной двуспиральной антенной решетки. В данной многоспиральной антенной решетке 200, спиральные антенны представляют собой двухзаходные спиральные антенны 210 и 220. На фиг. 2 двухзаходные спиральные антенны 210 и 220 показаны, в частности, в виде двух двухзаходных антенн в виде спирали Архимеда, каждая из которых имеет четыре витка, а также равные ширину и шаг, причем двухзаходная спиральная антенна 220 электрически соединена с приемопередатчиком 250 посредством коаксиальных кабелей 240А и 240В. Специалистам в данной области техники следует учитывать, что двухзаходные спиральные антенны 210 и 220 могут представлять собой две антенны в виде спирали Архимеда, две антенны в виде логарифмической спирали, две многоярусные извилистые спиральные антенны или две щелевые спиральные антенны. Коаксиальный кабель 240А может быть соединен непосредственно с концом 242А одного из заходов в центре двухзаходной спиральной антенны 220, а коаксиальный кабель 240В может быть соединен непосредственно с концом 242В другого захода в центре двухзаходной спиральной антенны 220. Эти соединения могут быть осуществлены путем соединения спайкой коаксиальных кабелей 240А и 240В соответственно с концами 242А, 242В заходов двухзаходной спиральной антенны 220. Кроме того, специалистам в данной области техники также следует учитывать, что коаксиальные кабели 240А и 240В представляют собой пример линий передачи, используемых в качестве фидеров обеих двухзаходных спиральных антенн 210 и 220, однако с учетом конструкции двухзаходных спиральных антенн 210 и 220 также могут быть использованы и иные типы линий передачи. Например, фидеры могут быть использованы вместо микрополосковых линий или полосковых линий.

Коаксиальные кабели 230А и 230В электрически соединяют непосредственно два захода двухзаходной спиральной антенны 220 соответственно с концами 232А, 232В двух заходов двухзаходной спиральной антенны 210. Аналогичным образом, эти электрические соединения могут быть осуществлены путем соединения спайкой концов коаксиальных кабелей 230А и 230В соответственно с концом 232А одного из заходов в центре двухзаходной спиральной антенны 210 и с концом 232В другого захода в центре двухзаходной спиральной антенны 210. Концы заходов, противоположные центрам двухзаходных спиральных антенн 210 и 220, электрически не соединены, но могут иметь оконечные устройства (не показаны), такие как резисторы, меандровые линии или конденсаторы. В силу этого, двухзаходные спиральные антенны 210 и 220 имеют центральное возбуждение, обеспечиваемое посредством фидеров, которые представляют собой коаксиальные кабели 230А и 230В. Кроме того, обе двухзаходные спиральные антенны 210 и 220 являются синфазными, поскольку коаксиальные кабели 230А и 230В имеют короткую электрическую длину между концами 232А и 242А и концами 232В и 242В, в результате чего между концами 232А, 242А и 232В отсутствует какая-либо разность фаз. Электрические длины являются короткими по причине то, что (как описано выше) расстояние между двумя двухзаходными спиральными антеннами 210 и 220 составляет приблизительно менее 10% от рабочей длины волны широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки 200.

В данном примере широкополосная многоярусная двухзаходная двуспиральная антенная решетка 200 может также содержать слой (не показан) с низкой диэлектрической проницаемостью, расположенный между двухзаходными спиральными антеннами 210 и 220. Слой с низкой диэлектрической проницаемостью может иметь в целом равномерную толщину менее приблизительно 10,0% от λсо, где λсо является длиной волны центральной рабочей частоты широкополосной многоярусной двухзаходной двуспиральной антенной решетки 200. Слой с низкой диэлектрической проницаемостью (не показан) может представлять собой воздух, вакуум или непроводящий композитный слоистый материал с небольшой диэлектрической проницаемостью, такой как стекловолокно, встроенное в эпоксидную смолу. Если слой с низкой диэлектрической проницаемостью представляет собой слоистый материал, такой слой может содержать одно или более переходных отверстий, через которые проходят коаксиальные кабели 230А и 230В между двухзаходными спиральными антеннами 210 и 220.

Специалистам в данной области техники следует учитывать, что диэлектрический слой может быть представлен или может быть и не представлен между двухзаходными спиральными антеннами 210 и 220, поскольку диэлектрический материал выполняет функцию разделителя (например, разделитель имеет размер, равный равномерной толщине слоя с низкой диэлектрической проницаемостью) между двумя двухзаходными спиральными антеннами 210 и 220, в результате чего между первой и второй двухзаходными спиральными антеннами 210 и 220 не возбуждаются какие-либо радиочастотные взаимодействия. Однако в данном примере диэлектрический слой в действительности выполняет функцию по изоляции проводящих заходов 244А и 244В первой двухзаходной спиральной антенны 210 от проводящих заходов 246А и 246В второй двухзаходной спиральной антенны 220. В данном примере проводящие заходы 244А, 244В, 246А и 246В первой и второй двухзаходных спиральных антенн 210 и 220 выполняют функцию конденсатора с пластинчатыми обкладками, причем емкость, созданная при размещении проводящих заходов 244А, 244В, 246А и 246В первой и второй двухзаходных спиральных антенн 210 и 220 рядом друг с другом, прямо пропорциональна площади поверхности проводящих заходов 244А, 244В, 246А и 246В и обратно пропорциональна расстоянию разделения между проводящими заходами 244А, 244В, 246А и 246В (то есть, промежуток разделителя). Эта емкость, созданная при размещении первой и второй двухзаходных спиральных антенн 210 и 220 рядом друг с другом, добавляется к паразитной емкости между проводящими заходами 244А, 244В, 246А и 246В широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки 200 таким способом, который изменяет сопротивление системы, а также обеспечивает настройку и согласование входного сопротивления 248 широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки 200, обращенной во входной узел 252 широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки 200, с характеристическим сопротивлением входной линии передачи, содержащей коаксиальные кабели 240А и 240В и соединенной с приемопередатчиком 250.

На фиг. 3А схематически показан покомпонентный вид примера реализации широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий семь многоярусных спиральных антенн 302А, 302В, 302С, 302D, 302Е, 302F и 302G. Специалистам в данной области техники следует учитывать, что семь многоярусных спиральных антенн 302А, 302В, 302С, 302D, 302Е, 302F и 302G могут представлять собой, при необходимости, семь многоярусных антенн в виде спирали Архимеда, семь многоярусных антенн в виде логарифмической спирали, семь многоярусных извилистых спиральных антенн или семь многоярусных щелевых спиральных антенн. Аналогично примеру, показанному на фиг. 2, все семь многоярусных спиральных антенн имеют центральное и синфазное возбуждение, поскольку каждую многоярусную спиральную антенну возбуждают с помощью линий передачи (например коаксиальных линий) в центре каждой многоярусной спиральной антенны аналогично примерам, показанным на фиг. 2, а коаксиальные кабели имеют короткую электрическую длину, в результате чего между любыми из указанных семи многоярусных спиральных антенн не обеспечивается какая-либо разность фаз. Антенна 302G может быть электрически соединена с передатчиками, приемниками или приемопередатчиками мобильной платформы с использованием коаксиальных кабелей (не показаны). Совокупности коаксиальных кабелей (не показаны) могут соединять спиральные антенны 302А, 302В, 302С, 302D, 302Е и 302F друг с другом последовательно, причем спиральная антенна 302F может быть соединена со спиральной антенной 302G. В данном примере спиральная антенна 302А прикреплена к подложке 310.

Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка 300 также содержит множество слоев с низкой диэлектрической проницаемостью (не показаны), расположенных между каждой парой смежных многоярусных спиральных антенн, содержащей многоярусные спиральные антенны 302А и 302В, многоярусные спиральные антенны 302В и 302С, многоярусные спиральные антенны 302С и 302D, многоярусные спиральные антенны 302D и 302Е, многоярусные спиральные антенны 302Е и 302F, а также многоярусные спиральные антенны 302F и 302G. В силу этого, семь многоярусных спиральных антенн имеет три пары смежных многоярусных спиральных антенн. Эти слои с низкой диэлектрической проницаемостью могут иметь в целом равномерную толщину менее приблизительно 10,0% от λсо, где λсо является центральной рабочей длиной волны центральной рабочей частоты широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки 300.

Следует отметить, что в данном примере каждая отдельная многоярусная спиральная антенна 302А, 302В, 302С, 302D, 302Е, 302F и 302G имеет конфигурацию и компоновку, схожие с примером двухзаходных спиральных антенн 210 и 220, показанных на фиг. 2. Относительный радиус (и соответствующий диаметр и периметр) каждой отдельной многоярусной спиральной антенны 302А, 302В, 302С, 302D, 302Е, 302F и 302G показаны различными, однако каждая отдельная многоярусная спиральная антенна 302А, 302В, 302С, 302D, 302Е, 302F и 302G имеет два захода (то есть, двухзаходная антенна), каждый из которых имеет ширину, заданное количество витков и шаг между заходами. В данном примере все многоярусные спиральные антенны 302А, 302В, 302С, 302D, 302Е, 302F и 302G имеют одинаковые количество витков, ширину захода и шаг между заходами.

В данном примере реализации слой с низкой диэлектрической проницаемостью может представлять собой стекловолокно, встроенное в эпоксидную смолу, которая имеет равномерную толщину, составляющую приблизительно 1/100 от λсо. Диапазон рабочей частоты широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки 300 составляет от приблизительно 0,225 ГГц до приблизительно 2,0 ГГц, при этом центральная рабочая частота равна приблизительно 1,112 ГГц, а соответствующая λсо равна приблизительно 266,48 см. Слой с низкой диэлектрической проницаемостью может также содержать одно или более переходных отверстий, через которые проходят линии передачи, такие как коаксиальные кабели (не показаны), для обеспечения фидера, который электрически соединен с каждой из многоярусных спиральных антенн 302А, 302В, 302С, 302D, 302Е, 302F и 302G.

В данном примере многоярусная спиральная антенна 302А представляет собой внешнюю спиральную антенну из широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки 300 и имеет наибольший внешний диаметр среди указанных семи многоярусных спиральных антенн 302A-302G. Каждая смежная многоярусная спиральная антенна, возбуждаемая многоярусной спиральной антенной 302В, имеет меньший внешний диаметр, при этом многоярусная спиральная антенна 302G имеет наименьший внешний диаметр из указанных семи многоярусных спиральных антенн.

На фиг. 3В показан вид сверху многоярусной многоспиральной антенной решетки по фиг. 3А, иллюстрирующий спиральную антенну 302А, прикрепленную к подложке 310.

На фиг. 4А показан график коэффициента отражения в виде функции от частоты одиночной спиральной антенны. Что касается передатчика или приемника для доставки энергии на антенну или приема энергии от антенны, сопротивление передатчика или приемника и их соответствующей линии передачи обязательно должно быть согласовано с полным входным сопротивлением антенной решетки. Коэффициент стоячей волны по напряжению (VSWR) представляет собой параметр, являющийся численной мерой того, как согласованы эти сопротивления. Например, линия передачи может представлять собой фидерный кабель с сопротивлением 50 Ом, согласованный с антенной решеткой, которая имеет полное сопротивление 100 Ом в точке возбуждения.

Коэффициент стоячей волны по напряжению задают следующей формулой: где Г (гамма) является коэффициентом отражения (также известным как при использовании параметров рассеяния, которые связаны непосредственно с потерями на отражение). Чем ближе значение коэффициента стоячей волны по напряжению к 1,0, тем лучше согласование между антенной и линией передачи, причем при минимальном идеальном согласовании коэффициент стоячей волны по напряжению равен 1,0, что означает, что вся энергия из линии передачи подается на антенну без каких-либо несогласованных отражений. И наоборот, отраженная энергия S₁₁ может быть измерена как процентное отношение от отраженной энергии или в децибелах (дБ), при этом чем выше отрицательное значение, тем лучше такое согласование. Например, коэффициент стоячей волны по напряжению в 4,0 равен коэффициенту Г отражения в 0,333 и отраженной энергии в -9,55 дБ, а коэффициент стоячей волны по напряжению в 2,0 равен коэффициенту Г отражения в 0,600 и отраженной энергии в -4,44.

На фиг. 4А показан график 410 величины коэффициента отражения в виде функции от частоты одиночной спиральной антенны, где у-ось 412 графика 410 представляет коэффициент отражения Sn в децибелах, а х-ось 414 представляет частоту с диапазоном от 0,2 ГГц до 2,0 ГГц. График 410, показанный на фиг. 4А для одиночной спиральной антенны, может быть использован в качестве стандарта, согласно которому иллюстрируют улучшение в части согласующего сопротивления многоспиральных антенных решеток в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4В показан график 420 величины коэффициента отражения в виде функции от частоты двуспиральной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением. Сравним график 420 с графиком 410, показанным на фиг. 4А, график 410 в целом иллюстрирует коэффициент отражения, составляющий приблизительно -10 дБ во всем широкополосной диапазоне частот, составляющем от 0,2 ГГц до 2,0 ГГц. На фиг. 4В показан коэффициент отражения, составляющий приблизительно -15 дБ во всем широкополосной диапазоне частот, составляющем от 0,2 ГГц до 2,0 ГГц, что является улучшением на приблизительно -5 дБ по отношению к графику 410, показанному на фиг. 4А. Кроме того, на нижнем конце полосы, то есть при приблизительно на 100 МГц, также наблюдается улучшенное согласование сопротивлений.

На фиг. 4С показан график коэффициента отражения в виде функции от частоты трехспиральной антенной решетки в соответствии с настоящим изобретением. Посмотрим на график 430, показанный на фиг. 4С, во всем широкополосной диапазоне частот, составляющем от приблизительно 0,8 ГГц до приблизительно 1,6 ГГц, коэффициент отражения изменяется между приблизительно -10 дБ и -25 дБ, что также отражает улучшение по отношению к графику 410, показанному на фиг. 4А.

На фиг. 4D показан график 440 коэффициента отражения в виде функции от частоты многоспиральной антенной решетки, содержащей семь многоярусных спиральных антенн в соответствии с настоящим изобретением. Сравним график 440 с графиком 410, показанным на фиг. 4А, график 440 в целом иллюстрируют коэффициент отражения, составляющий приблизительно -15 дБ или менее во всем широкополосной диапазоне частот от 1,0 ГГц до 2,0 ГГц и составляющий между -10 дБ и 15 дБ при частоте менее 1,0 ГГц.

На фиг. 5 показан продольный вид сбоку конформной выполненной за одно целое широкополосной многоярусной многоспиральной антенной системы 500 в соответствии с настоящим изобретением в разрезе, выполненном посередине широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки. Конформная выполненная за одно целое широкополосная многоярусная многоспиральная антенная система 500 содержит первую двухзаходную спиральную антенну 510 и вторую двухзаходную спиральную антенну 520, между которыми расположен слой 530, имеющий низкую диэлектрическую проницаемость и имеющий в целом равномерную толщину. Толщина 540 слоя с низкой диэлектрической проницаемостью 530 может составлять менее приблизительно 10,0% от %со, где 1,со является длиной волны центральной рабочей частоты посередине между наибольшей рабочей частотой и наименьшей рабочей частотой широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки. Например, толщина 540 может составлять 1/100 от λсо.

Первая двухзаходная спиральная антенна 510, вторая двухзаходная спиральная антенна 520 и слой с низкой диэлектрической проницаемостью 530 вделаны в композитный слоистый материал 502 для формирования конформной выполненной за одно целое широкополосной многоярусной многоспиральной антенной системы 500. Композитный слоистый материал 502 может содержать один или более слоев из композитного слоистого материала, который в целом содержит волокнистый материал, встроенный в смоляную матрицу. Примеры волокнистого материала содержат стекловолокно, материал «KEVLAR®», углеродное волокно и углеродное гибридное волокно «KEVLAR®», все из которых могут быть использованы с любым из следующих веществ: эпоксидная смола, смола из виниловых эфиров или полиэфирная смола. Конформный выполненный за одно целое широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок 500 может быть сформирован путем соотверждения, то есть отверждения композитного слоистого материала 502 с одновременным соединением этого материала посредством связующего с многоярусными двухзаходными спиральными антеннами 510 и 520 и слоем с низкой диэлектрической проницаемостью 530, а также отверждением любых смол и адгезивов, используемых в этой системе. В данном примере композитный слоистый материал 502 может быть описан таким образом, что он имеет первую поверхность 560 и вторую поверхность 565. Первая поверхность 560 может называться «внешней поверхностью» композитного слоистого материала 502, а вторая поверхность 565 может называться «внутренней поверхностью» композитного слоистого материала 502.

Согласно приведенному выше описанию со ссылкой на фиг. 2, специалистам в данной области техники следует учитывать, что слой с низкой диэлектрической проницаемостью 530 может присутствовать или может и не присутствовать между двухзаходными спиральными антеннами 510 и 520, поскольку этот слой с низкой диэлектрической проницаемостью 530 выполняет функцию разделителя (то есть, толщина 540 является размером разделителя) между двухзаходными спиральными антеннами 510 и 520 таким способом, который в действительности не возбуждает каких-либо радиочастотных взаимодействий между первой и второй двухзаходными спиральными антеннами 510 и 520, однако вместо этого выполняет функцию по изоляции проводящих заходов (показаны на фиг. 2 ссылочными номерами 244А и 244В) первой двухзаходной спиральной антенны 510 от проводящих заходов (показаны на фиг. 2 ссылочными номерами 246А и 246В) второй двухзаходной спиральной антенны 520. В данном примере проводящие заходы первой и второй двухзаходных спиральных антенн 510 и 520 выполняют функцию конденсатора с пластинчатыми обкладками, причем емкость, созданная при размещении проводящих заходов первой и второй двухзаходных спиральных антенн 510 и 520 рядом друг с другом, прямо пропорциональна площади поверхности проводящих заходов и обратно пропорциональна разделяющему расстоянию между проводящими заходами (то есть, размеру разделителя 540). Кроме того, данная емкость, созданная при размещении первой и второй двухзаходных спиральных антенн 510 и 520 рядом друг с другом в композитном слоистом материале 502, добавляется к паразитной емкости между проводящими заходами конформной выполненной за одно целое широкополосной многоярусной многоспиральной антенной системы 500, в результате чего изменяется сопротивление системы, а также обеспечивается настройка и согласование входного сопротивления конформной выполненной за одно целое широкополосной многоярусной многоспиральной антенной системы 500, направленной во входной узел (не показан на фиг. 5, но аналогичен входному узлу 248, показанному на фиг. 2) конформной выполненной за одно целое широкополосной многоярусной многоспиральной антенной системы 500, с характеристическим сопротивлением входной линии передачи или входных линий передачи, которые соединены с конформной выполненной за одно целое широкополосной многоярусной многоспиральной антенной системой 500.

Конформный выполненный за одно целое широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок 500 может иметь любую форму несущего или ненесущего композитного конструктивного элемента, такого как, например, композитное покрытие, дверца или панель доступа, которая может быть прикреплена к мобильной платформе (такой как винтокрылый летательный аппарат или летательный аппарат с неподвижным крылом). В центре конформного выполненного за одно целое широкополосного многоярусного многоспирального антенного блока 500 находится межслойный переход 550, через который линии передачи (не показаны), такие как, например, коаксиальные кабели, могут быть возбуждены и электрически соединены с заходами двухзаходных спиральных антенн 510 и 520 в их центрах для обеспечения возбуждения каждой двухзаходной спиральной антенны 510 и 520 в их центре в конформном выполненном за одно целое широкополосном многоярусном многоспиральном антенном блоке 500. Коаксиальные кабели в дальнейшем могут быть электрически соединены с радиоприемниками и приемопередатчиками мобильной платформы.

На фиг. 6А показан перспективный вид спереди широкополосной многоярусной двухзаходной спиральной антенной решетки 600 в соответствии с настоящим изобретением вместе с отражающей полостью. На фиг. 6А показана широкополосная многоярусная двухзаходная спиральная антенная решетка в соответствии с настоящим изобретением, содержащая подложку 602 и внешнюю двухзаходную спиральную антенну 606. Отражающая полость 610 расположена вплотную к обратной стороне внутренней двухзаходной спиральной антенны (не показана). В данном примере подложка 602 содержит композитный слоистый материал 502 и может физически выходить дальше физического периферийного размера композитного слоистого материала 502, который содержит двухзаходные спиральные антенны 510 и 520. В целом, отражающая полость 610 может представлять собой металлическую чашу, обложенную алюминиевой фольгой или другими отражающими материалами. В иных примерах отражающая полость 610 может содержать материалы с высокой диэлектрический проницаемостью или ферритовые материалы в качестве покрытия для уменьшения размера этой отражающей полости.

На фиг. 6В показан вертикальный вид сбоку широкополосной многоярусной двухзаходной спиральной антенной решетки с отражающей полостью 610 по фиг. 6А, которая прикреплена к стороне, примыкающей к подложке 602 (дну подложки), которая соответствует внутренней поверхности 565 композитного слоистого материала 502, показанного на фиг. 5. Отражающая полость 610 имеет глубину 612. Диаметр отражающей полости 610 должен быть достаточно большим для охвата периферии внутренней двухзаходной спиральной антенны (не показан, но соответствует физическому размеру композитного слоистого материала 502). В данном примере глубина равна приблизительно одной четвертой от %со. Обычно глубина 612 отражающей полости 610 не должна быть меньше одной четвертой от)хо для отражающей полости 610, которая использует отражающие материалы или выполнена из них, несмотря на то, что глубина 612 отражающей полости 610 может быть меньше в случае, если в отражающей полости 610 в качестве покрытия используют материал с высокой диэлектрической проницаемостью или ферритовый материал.

На фиг. 7 показана блок-схема одного из конкретных иллюстративных примеров способа 700 формирования конформной выполненной за одно целое широкополосной многоярусной многоспиральной антенной системы в соответствии с настоящим изобретением. Способ 700 начинается с этапе 702, а уже на этапе 704 формируют две двухзаходные спиральные антенны путем вытравливания медного витка на подложке, которая может представлять собой, например, полиимидную пленку в 1 мил (0,025 мм) «DuPont™ Kapton®», что обеспечивает формирование гибкой двухзаходной спиральной антенны. В некоторых областях применения могут быть использованы и иные материалы, в том числе полиэстеры с низкой диэлектрической проницаемостью, такие как пленка из полиэтилентерефталата (PET) или пленка из полиэтиленнафталата (PEN), или другие пленки с низкой диэлектрической проводимостью, имеющие подходящую теплопроводность, тепловую стабилизацию, прочность на растяжение и огнеупорные свойства и одновременно с этим выполненные с возможностью их использования так, как это описано в данном документе. Примеры таких пленок содержат пленку «Tetoron®», пленку «Melinex®» из полиэтилентерефталата (PET), пленку «Teonex®» из полиэтиленнафталата (PEN) и пленку «Mylar®» из полиэтилентерефталата (PET).

На этапе 706 формируют широкополосную многоярусную многоспиральную антенную решетку путем укладывания с образованием ярусов двух спиральных антенн, разделенных слоем, имеющим низкую диэлектрическую проницаемость и имеющим в целом равномерную толщину, а на этапе 708 пару коаксиальных кабелей соединяют спайкой с концами заходов в центре одной из двухзаходных спиральных антенн, причем эту пару коаксиальных кабелей используют для соединения многоярусной многоспиральной антенной решетки с радиоприемником или приемопередатчиком мобильной платформы, в которой будет использована широкополосная многоярусная двухзаходная двуспиральная антенная решетка. Еще одну пару коаксиальных кабелей соединяют спайкой с концами заходов в центре каждой из спиральных антенн для завершения их электрического присоединения.

На этапе 710 ненесущий композитный конструктивный элемент мобильной платформы, такой как композитное покрытие, дверца или панель доступа для прикрепления к мобильной платформе (например, авиационное радиоэлектронное оборудование или дверца для доступа в грузовой отсек), может быть изготовлен с использованием композитного слоистого материала. Примером композитного слоистого материала является волокнистый материал, встроенный в смоляную матрицу. Примеры волокнистого материала содержат стекловолокно, материал «KEVLAR®», углеродное волокно и углеродное гибридное волокно «KEVLAR®», все из которых могут быть использованы с любым из следующих веществ: эпоксидная смола, виниловый эфир и полиэфирная смола. Иные примеры композитных слоистых материалов представляют собой непроводящие листы обшивки, сэндвичевую конструкцию с сотовым заполнителем и конструкционный пенопласт, такой как конструкционный пенопласт торговой марки «ROHACELL®», или иные подобные электрически непроводящие, но теплопроводящие материалы. Конструкционный пенопласт торговой марки «ROHACELL®» предлагается на рынке компанией «Evonik Industries of Essen» из Германии.

Следующий этап в способе 700 представляет собой необязательный этап 712, согласно которому отражающая полость может быть прикреплена к обратной стороне одной из спиральных антенн многоярусной многоспиральной антенной решетки для улучшения направленности этой многоспиральной антенной решетки. Этот этап может быть осуществлен в любое время до этапа 714, согласно которому многоярусную многоспиральную антенную решетку вделывают в композитный слоистый материал ненесущего композитного конструктивного элемента, сформированного на этапе 710. Окончательным этапом способа 700 является этап 716, согласно которому соотверждают широкополосную многоярусную многоспиральную антенную решетку, содержащую две двухзаходные спиральные антенны из полиимида, разделенные слоем с низкой диэлектрической проницаемостью, и ненесущий конструктивный элемент, сформированный на этапе 710. Вместо этапов 706-710, 714 и 716, еще один пример способа формирования конформной выполненной за одно целое широкополосной двухзаходной спиральной антенной системы в соответствии с настоящим изобретением может включать соединение посредством связующего двух спиральных антенн, разделенных слоем с низкой диэлектрической проницаемостью, соединение спайкой коаксиальных кабелей с центрами спиральных антенн с использованием переходных отверстий и припоя и дальнейшего встраивания спиральных антенн и материала с низкой диэлектрической проницаемостью в слои из стекловолоконного слоистого материала. В дальнейшем результирующий слоистый материал может быть нанесен по типу аппликации на лицевую сторону конструктивного элемента или соединен посредством связующего с лицевой стороной, а в дальнейшем это материал может быть покрыт непроводящим защитным покрытием. В дальнейшем процесс завершается на этапе 730.

Кроме того, настоящее изобретение содержит примеры согласно следующим пунктам:

Пункт 1. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка, содержащая:

две или более многоярусных спиральных антенн, содержащих: первую спиральную антенну (510) и вторую спиральную антенну (520),

причем первая спиральная антенна (510) и вторая спиральная антенна (520) уложены с образованием ярусов с размещенным между ними слоем (530) с низкой диэлектрической проницаемостью, имеющим в целом равномерную толщину, а также имеют центральное возбуждение и являются синфазными.

Пункт 2. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по пункту 1, в которой

указанные две или более многоярусных спиральных антенн (510, 520) представляют собой

две или более антенн в виде спирали Архимеда, две или более антенн в виде логарифмической спирали, две или более извилистых спиральных антенн или две или более щелевых спиральных антенн,

причем каждая из указанных двух или более многоярусных спиральных антенн (510, 520) представляют собой двухзаходные спиральные антенны и имеют два захода.

Пункт 3. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по пункту 1 или 2,

в которой слой (530) с низкой диэлектрической проницаемостью содержит воздух, вакуум или непроводящий композитный слоистый материал с небольшой диэлектрической проницаемостью,

причем в целом равномерная толщина (540) слоя (530) с низкой диэлектрической проницаемостью является размером разделителя между первой и второй спиральными антеннами (510 и 520), а

между первой и второй спиральными антеннами (510, 520) создана емкость, которая обеспечивает настройку входного сопротивления указанной антенной решетки.

Пункт 4. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по любому из пунктов 1-3, дополнительно содержащая:

отражающую полость (610), имеющую глубину (612), и композитный слоистый материал (502), причем

первая спиральная антенна (510), вторая спиральная антенна (520) и слой (530) с низкой диэлектрической проницаемостью встроены в композитный слоистый материал (502), который имеет внутреннюю поверхность (565),

отражающая полость (610) расположена на стороне, примыкающей к внутренней поверхности (565),

указанная антенная решетка выполнена с возможностью работы на центральной рабочей частоте, соответствующей центральной рабочей длине волны (λсо), а

глубина (612) отражающей полости (610) равна приблизительно одной четвертой от центральной рабочей длины волны (λсо).

Пункт 5. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по любому из пунктов 1-4,

в которой диапазон рабочей частоты широкополосной многоярусной

многоспиральной антенной решетки составляет от приблизительно 0,225 ГГц до приблизительно 2,0 ГГц,

центральная рабочая частота равна приблизительно 1,112 ГГц,

центральная рабочая длина волны (λсо) приблизительно равна 266,48 см, а

слой (530) с низкой диэлектрической проницаемостью имеет равномерную толщину менее приблизительно 10,0% от центральной рабочей длины волны (λсо).

Пункт 6. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по любому из пунктов 2-5,

в которой первая спиральная антенна (510) и вторая спиральная антенна (520) имеют центральное возбуждение, обеспечиваемое посредством фидеров, электрически соединенных с заходами первой и второй спиральных антенн в их соответствующих центрах и представляющих собой коаксиальные кабели, микрополосковые линии или полосковые линии.

Пункт 7. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по любому из пунктов 1-6,

в которой указанные две или более многоярусных спиральных антенн представляют собой семь многоярусных спиральных антенн (302А, 302В, 302С, 302D, 302Е, 302F и 302G), имеющих три пары смежных многоярусных спиральных антенн,

причем указанные семь многоярусных спиральных антенн представляют собой семь многоярусных антенн в виде спирали Архимеда,

семь многоярусных антенн в виде логарифмической спирали,

семь многоярусных извилистых спиральных антенн или

семь многоярусных щелевых спиральных антенн,

между каждой парой смежных многоярусных спиральных антенн расположен слой с низкой диэлектрической проницаемостью, имеющий в целом равномерную толщину,

внешняя спиральная антенна (302А) из указанных семи многоярусных спиральных антенн имеет наибольший внешний диаметр, а каждая смежная внутренняя спиральная антенна из указанных семи многоярусных спиральных антенн имеет меньший внешний диаметр.

Пункт 8. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок для использования в мобильной платформе, содержащий: две или более многоярусных спиральных антенн, содержащих первую двухзаходную спиральную антенну (510) и вторую двухзаходную спиральную антенну (520),

причем первая двухзаходная спиральная антенна (510) и вторая двухзаходная спиральная антенна (520) уложены с образованием ярусов с размещенным между ними слоем (530) с низкой диэлектрической проницаемостью, имеющим в целом равномерную толщину,

первая двухзаходная спиральная антенна (510) и вторая двухзаходная спиральная антенна (520) имеют центральное возбуждение и являются синфазными, а

указанный антенный блок также содержит композитный слоистый материал (502), в который вделаны первая двухзаходная спиральная антенна (510), вторая двухзаходная спиральная антенна (520) и слой (530) с низкой диэлектрической проницаемостью.

Пункт 9. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по пункту 8,

в котором каждая из первой и второй двухзаходных спиральных антенн содержат два захода,

причем указанные две или более многоярусных спиральных антенн представляют собой

две или более антенн в виде спирали Архимеда,

две или более антенн в виде логарифмической спирали,

две или более извилистых спиральных антенн или

две или более щелевых спиральных антенн,

а каждая многоярусная спиральная антенна имеет

одинаковое количество витков,

одинаковую ширину захода и

одинаковый шаг между заходами.

Пункт 10. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по пункту 8 или 9, в котором композитный слоистый материал (502) содержит любой один из следующих материалов: волокнистый материал, встроенный в смоляную матрицу, сэндвичевую конструкцию с сотовым заполнителем и конструкционный пенопласт.

Пункт 11. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по пункту 10,

в котором волокнистый материал представляет собой стекловолокно, материал «KEVLAR®», углеродное волокно или углеродное гибридное волокно «KEVLAR®», а

смоляная матрица представляет собой эпоксидную смолу, смолу из виниловых эфиров или полиэфирную смолу.

Пункт 12. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по любому из пунктов 8-11, дополнительно содержащий отражающую полость (610), расположенную в нижней части внутренней двухзаходной спиральной антенны указанного антенного блока.

Пункт 13. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по любому из пунктов 8-12, в котором композитный слоистый материал содержит переходное отверстие, которое обеспечивает проход для коаксиальных кабелей, обеспечивающих центральное возбуждение каждой из первой и второй двухзаходных спиральных антенн.

Пункт 14. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по любому из пунктов 8-13, в котором композитному слоистому материалу (502) придана форма ненесущего конструктивного элемента или несущего конструктивного элемента летательного аппарата.

Пункт 15. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по пункту 14, в котором ненесущий конструктивный элемент выбран из группы, образованной из следующих элементов: дверца для доступа в грузовой отсек, крышка люка и панель доступа летательного аппарата.

Пункт 16. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по пункту 14, в котором несущий конструктивный элемент выбран из группы, образованной из следующих элементов: фюзеляж, крыло и хвостовое оперение летательного аппарата.

Пункт 17. Способ (700) формирования конформного выполненного за одно целое широкополосного многоярусного многоспирального антенного блока (500), включающий:

формирование (704) многоярусной многоспиральной антенной решетки, содержащей две или более многоярусных спиральных антенн, причем каждая пара смежных многоярусных спиральных антенн разделена слоем с низкой диэлектрической проницаемостью,

формирование (710) ненесущего конструктивного элемента мобильной платформы путем формирования композитного слоистого материала, содержащего непроводящий материал,

формирование переходного отверстия в композитном слоистом материале, который обеспечивает проход для коаксиальных кабелей, обеспечивающих центральное возбуждение каждой из указанных двух или более многоярусных спиральных антенн, и

встраивание (714) многоярусной многоспиральной антенной решетки в ненесущий конструктивный элемент с формированием указанного антенного блока.

Пункт 18. Способ формирования конформного выполненного за одно целое широкополосного многоярусного многоспирального антенного блока по пункту 17,

согласно которому указанные две или более многоярусных спиральных антенн выбирают из группы, содержащей следующие антенны:

две или более антенн в виде спирали Архимеда,

две или более антенн в виде логарифмической спирали, две или более извилистых спиральных антенн и две или более щелевых спиральных антенн,

причем каждая из указанных двух или более многоярусных спиральных антенн содержит медный виток, вытравленный на полиимидной пленке, а также имеют центральное и синфазное возбуждение.

Пункт 19. Способ формирования конформного выполненного за одно целое широкополосного многоярусного многоспирального антенного блока по пункту 18, согласно которому композитный слоистый материал выбран из группы, образованной из следующего: волокнистый материал, встроенный в смоляную матрицу, непроводящие листы обшивки и сердцевина сотового многослойного материала или конструкционный пенопласт.

Пункт 20. Способ формирования конформного выполненного за одно целое широкополосного многоярусного многоспирального антенного блока по п. 18 или 19, согласно которому этап встраивания многоярусной многоспиральной антенной решетки в ненесущий конструктивный элемент включает соотверждение (716) широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки и ненесущего конструктивного элемента с формированием указанного антенного блока.

Следует понимать, что различные аспекты или особенности настоящего изобретения могут быть изменены без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Аспекты или особенности настоящего изобретения не являются избыточными и не ограничивают заявленные изобретения их точной формой реализации, раскрытой в данном документе. Кроме того, представленное выше описание приведено исключительно с иллюстративной целью, а не для ограничения. Модификации и изменения являются возможными с учетом приведенного выше описания или могут быть получены при практической реализации настоящего изобретения. Пункты формулы изобретения и их эквиваленты задают объем настоящего изобретения.

Заявленное изобретение относится к области антенной техники, в частности к антенным решёткам, предназначенным для установки на летательных аппаратах. Техническим результатом является улучшение аэродинамических характеристик антенны. Предложена широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка, содержащая две или более спиральных антенн, которые имеют расположенный между ними диэлектрический слой, имеющий в целом равномерную толщину, а также имеют центральное возбуждение и являются синфазными. Антенная решетка может быть встроена в непроводящий материал, такой как стекловолокно, встроенное в смолу, сэндвичевую конструкцию с сотовым заполнителем или конструкционный пенопласт, которые могут быть использованы для формирования конструктивного элемента мобильной платформы. Конструктивный элемент может содержать переходное отверстие, которое обеспечивает проход для коаксиальных кабелей. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка, содержащая:

две или более многоярусных спиральных антенн, содержащих

первую спиральную антенну (510) и

вторую спиральную антенну (520),

причем первая спиральная антенна (510) и вторая спиральная антенна (520) уложены с образованием ярусов с размещенным между ними слоем (530) с низкой диэлектрической проницаемостью, имеющим в целом равномерную толщину, а также имеют центральное возбуждение и являются синфазными,

при этом указанные две или более многоярусных спиральных антенн (510, 520) выбраны из группы, содержащей следующие антенны:

две или более антенн в виде спирали Архимеда,

две или более антенн в виде логарифмической спирали,

две или более извилистых спиральных антенн и

две или более щелевых спиральных антенн,

причем каждая из указанных двух или более многоярусных спиральных антенн содержит медный виток, вытравленный на полиимидной пленке.

2. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по п. 1,

в которой каждая из указанных двух или более многоярусных спиральных антенн (510, 520) представляют собой двухзаходные спиральные антенны, каждая из которых имеет два захода.

3. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по п. 1 или 2,

в которой слой (530) с низкой диэлектрической проницаемостью содержит воздух, вакуум или непроводящий композитный слоистый материал с небольшой диэлектрической проницаемостью,

причем в целом равномерная толщина (540) слоя (530) с низкой диэлектрической проницаемостью является размером разделителя между первой и второй спиральными антеннами (510 и 520),

между первой и второй спиральными антеннами (510, 520) создана емкость, которая выполнена с возможностью настройки входного сопротивления указанной антенной решетки.

4. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по п. 3, дополнительно содержащая:

отражающую полость (610), имеющую глубину (612),

композитный слоистый материал (502), причем

первая спиральная антенна (510), вторая спиральная антенна (520) и слой (530) с низкой диэлектрической проницаемостью встроены в композитный слоистый материал (502), который имеет внутреннюю поверхность (565),

отражающая полость (610) расположена на стороне, примыкающей к внутренней поверхности (565),

указанная широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка выполнена с возможностью работы на центральной рабочей частоте, соответствующей центральной рабочей длине волны (λco), а

глубина (612) отражающей полости (610) равна приблизительно одной четвертой от центральной рабочей длины волны (λco).

5. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по п. 4,

в которой диапазон рабочей частоты широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки составляет от приблизительно 0,225 ГГц до приблизительно 2,0 ГГц,

центральная рабочая частота равна приблизительно 1,112 ГГц,

центральная рабочая длина волны (λco) приблизительно равна 266,48 см, а

слой (530) с низкой диэлектрической проницаемостью имеет равномерную толщину менее приблизительно 10,0% от центральной рабочей длины волны (λco).

6. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по п. 3,

в которой первая спиральная антенна (510) и вторая спиральная антенна (520) имеют центральное возбуждение, обеспечиваемое посредством фидеров, электрически соединенных с заходами первой и второй спиральных антенн в их соответствующих центрах и представляющих собой коаксиальные кабели, микрополосковые линии или полосковые линии.

7. Широкополосная многоярусная многоспиральная антенная решетка по п. 1 или 2,

в которой указанные две или более многоярусных спиральных антенн представляют собой семь многоярусных спиральных антенн (302A, 302B, 302C, 302D, 302E, 302F и 302G), имеющих три пары смежных многоярусных спиральных антенн,

причем указанные семь многоярусных спиральных антенн представляют собой

семь многоярусных антенн в виде спирали Архимеда,

семь многоярусных антенн в виде логарифмической спирали,

семь многоярусных извилистых спиральных антенн или

семь многоярусных щелевых спиральных антенн,

между каждой парой смежных многоярусных спиральных антенн расположен слой с низкой диэлектрической проницаемостью, имеющий в целом равномерную толщину,

внешняя спиральная антенна (302A) из указанных семи многоярусных спиральных антенн имеет наибольший внешний диаметр, а каждая смежная внутренняя спиральная антенна из указанных семи многоярусных спиральных антенн имеет меньший внешний диаметр.

8. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок для использования в мобильной платформе, содержащий:

две или более многоярусных спиральных антенн, содержащих

первую двухзаходную спиральную антенну (510),

вторую двухзаходную спиральную антенну (520),

причем первая двухзаходная спиральная антенна (510) и вторая двухзаходная спиральная антенна (520) уложены с образованием ярусов с размещенным между ними слоем (530) с низкой диэлектрической проницаемостью, имеющим в целом равномерную толщину,

первая двухзаходная спиральная антенна (510) и вторая двухзаходная спиральная антенна (520) имеют центральное возбуждение и являются синфазными, а

указанный антенный блок также содержит композитный слоистый материал (502), в который встроены первая двухзаходная спиральная антенна (510), вторая двухзаходная спиральная антенна (520) и слой (530) с низкой диэлектрической проницаемостью,

причем указанные две или более многоярусных спиральных антенн выбраны из группы, содержащей следующие антенны:

две или более антенн в виде спирали Архимеда,

две или более антенн в виде логарифмической спирали,

две или более извилистых спиральных антенн и

две или более щелевых спиральных антенн,

причем каждая из указанных двух или более многоярусных спиральных антенн содержит медный виток, вытравленный на полиимидной пленке.

9. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по п. 8,

в котором каждая из первой и второй двухзаходных спиральных антенн содержат два захода,

а каждая многоярусная спиральная антенна имеет

одинаковое количество витков,

одинаковую ширину захода и

одинаковый шаг между заходами.

10. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по п. 8 или 9, в котором композитный слоистый материал (502) содержит любой один из следующих материалов: волокнистый материал, встроенный в смоляную матрицу, сэндвичевую конструкцию с сотовым заполнителем и конструкционный пенопласт.

11. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по п. 10,

в котором волокнистый материал представляет собой стекловолокно, материал «KEVLAR®», углеродное волокно или углеродное гибридное волокно «KEVLAR®», а

смоляная матрица представляет собой эпоксидную смолу, смолу из виниловых эфиров или полиэфирную смолу.

12. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по п. 8 или 9, дополнительно содержащий отражающую полость (610), расположенную в нижней части внутренней двухзаходной спиральной антенны указанного антенного блока.

13. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по п. 8 или 9, в котором композитный слоистый материал содержит переходное отверстие, которое обеспечивает проход для коаксиальных кабелей, обеспечивающих центральное возбуждение каждой из первой и второй двухзаходных спиральных антенн.

14. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по п. 8 или 9, в котором композитному слоистому материалу (502) придана форма ненесущего конструктивного элемента или несущего конструктивного элемента летательного аппарата.

15. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по п. 14, в котором ненесущий конструктивный элемент выбран из группы, образованной из следующих элементов: дверца для доступа в грузовой отсек, крышка люка и панель доступа летательного аппарата.

16. Конформный широкополосный многоярусный многоспиральный антенный блок по п. 14, в котором несущий конструктивный элемент выбран из группы, образованной из следующих элементов: фюзеляж, крыло и хвостовое оперение летательного аппарата.

17. Способ (700) формирования конформного выполненного за одно целое широкополосного многоярусного многоспирального антенного блока (500), включающий:

формирование (704) многоярусной многоспиральной антенной решетки, содержащей две или более многоярусных спиральных антенн, причем каждая пара смежных многоярусных спиральных антенн разделена слоем с низкой диэлектрической проницаемостью,

формирование (710) ненесущего конструктивного элемента мобильной платформы путем формирования композитного слоистого материала, содержащего непроводящий материал,

формирование переходного отверстия в композитном слоистом материале, который обеспечивает проход для коаксиальных кабелей, обеспечивающих центральное возбуждение каждой из указанных двух или более многоярусных спиральных антенн, и

встраивание (714) многоярусной многоспиральной антенной решетки в ненесущий конструктивный элемент с формированием указанного антенного блока,

при этом указанные две или более многоярусных спиральных антенн выбирают из группы, содержащей следующие антенны:

две или более антенн в виде спирали Архимеда,

две или более антенн в виде логарифмической спирали,

две или более извилистых спиральных антенн и

две или более щелевых спиральных антенн,

причем каждая из указанных двух или более многоярусных спиральных антенн содержит медный виток, вытравленный на полиимидной пленке, а также имеет центральное и синфазное возбуждение.

18. Способ формирования конформного выполненного за одно целое широкополосного многоярусного многоспирального антенного блока по п. 17, согласно которому композитный слоистый материал выбран из группы, образованной из следующего: волокнистый материал, встроенный в смоляную матрицу, непроводящие листы обшивки и сердцевина сотового многослойного материала или конструкционный пенопласт.

19. Способ формирования конформного выполненного за одно целое широкополосного многоярусного многоспирального антенного блока по п. 17, согласно которому этап встраивания многоярусной многоспиральной антенной решетки в ненесущий конструктивный элемент включает соотверждение (716) широкополосной многоярусной многоспиральной антенной решетки и ненесущего конструктивного элемента с формированием указанного антенного блока.