способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления
Классы МПК: | H01Q11/08 спиральные антенны |
Автор(ы): | Самусенко Александр Иванович[BY] |
Патентообладатель(и): | Гомельский государственный университет им.Франциска Скорины (BY) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-02-10 публикация патента:
27.08.1997 |
Изобретение относится к антеннам сантиметрового, дециметрового и метрового диапазонов с эллиптической поляризацией излучения и может быть использовано в приемо-передающих системах радиосвязи и радиопеленгации, например, для связи с искусственными спутниками земли, в летательных аппаратах и передающих станциях. В ближней зоне активного излучателя с эллиптической поляризацией излучения (например, активной цилиндрической спирали 1, размещенной над металлическим экраном 3) помещают пассивную цилиндрическую спираль (ПЦС) 4 с направлением намотки витков, противоположным направлению вращения вектора электрической составляющей электромагнитной волны, излучаемой активным излучателем. Облучая ПЦС, возбуждают в ней бегущую волну тока, фаза которой в каждом витке зависит от расстояния до активной цилиндрической спирали 1. Сложение электромагнитных волн активной ЦС и ПЦС 4 в дальней зоне формирует ДН антенны. Перемещение ПЦС в осевом направлении изменяет разность фаз между бегущими волнами токов в активной ЦС 1 и ПЦС 4 в каждом из витков и соответственно разность фаз излучаемых полей. Благодаря этому, происходит усиление или ослабление суммарного электромагнитного поля в дальней зоне в зависимости от рангов возбуждаемых в спиралях волн токов. Ранги основных бегущих волн токов задаются конструктивно выбором длины витка спиралей. При длине витка активный ЦС La = (0,7 - 1,05)
и ПЦС Ln
1,5 l , где l - длина волны в свободном пространстве, наблюдается преобразование диаграммы направленности системы активный излучатель - ПЦС из конического вида в ненаправленный и осевой. Возвратно-поступательное перемещение ПЦС при этом обеспечивает возможность не только получения большого числа спиральных антенн с заданными диаграммами направленности, но и сканирование радиолуча. 2 с.п 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089017/955.gif)
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089004/8805.gif)
Формула изобретения
1. Способ создания диаграммы направленности антенны, включающий возбуждение активного спирального излучателя с эллиптической поляризацией излучения и пассивного спирального излучателя, перемещение пассивного спирального излучателя вдоль направления излучения активного спирального излучателя до формирования в дальней зоне требуемой диаграммы направленности, отличающийся тем, что в качестве пассивного спирального излучателя используют цилиндрическую спираль с направлением намотки, противоположным направлению намотки активного спирального излучателя, перемещение пассивного спирального излучателя осуществляют в пределах 3![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089017/955.gif)
La= (0,7+1,05)
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089017/955.gif)
Ln
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089005/8773.gif)
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089017/955.gif)
где La, Lп длины витков соответственно активной и пассивной спиралей;
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089017/955.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к антенной технике, а именно к спиральным антеннам, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов длин волн с эллиптической и круговой поляризацией излучения. Известна спиральная антенна, содержащая активную спираль, расположенную над металлическим экраном (обшивкой летательного аппарата) и пассивный элемент (в виде скрещенных вибраторов), установленный на держателе из радиопрозрачного материала с возможностью перемещения вдоль оси активной спирали [1] Известная антенна позволяет осуществить частотную перестройку с целью сохранения ее диаграммы направленности при изменении рабочей частоты за счет перемещения пассивного элемента вдоль оси спирали, изменения размеров пассивного элемента за счет выдвижения стержней и т.п. Указанные особенности известной спирали антенны препятствуют созданию антенны с эллиптической поляризацией излучения с несколькими диаграммами направленности, а также изменению местоположения луча (максимум излучения) в пространстве. Известен способ создания диаграммы направленности излучателя, включающий возбуждение активного излучателя и пассивного формирователя [2]В качестве формирователя диаграммы направленности в известном способе используется голограмма вводимая в ближнее поле активного излучателя. Однако получение голограммы технически сложно или невозможно в дециметровом и метровом диапазонах длин волн. В виду особенностей голографического метода число возможных преобразований диаграммы направленности активного излучателя определяется числом формирователей, т.е. ограничено. Направление излучения задается формирователем и неизменно. Другими словами, известным способом нельзя получить несколько видов диаграммы направленности (ДН) с помощью одного формирователя. Наиболее близким к предлагаемому является способ создания диаграммы направленности антенны, заключающийся в том, что возбуждают активный спиральный излучатель с эллиптической поляризацией излучения и пассивный спиральный излучатель, перемещают пассивный спиральный излучатель вдоль направления излучения активного спирального излучателя до формирования в дальнейшей зоне требуемой диаграммы направленности [3]
Наиболее близкой к заявляемой является спиральная антенна, реализующая вышеуказанный способ и содержащая активный и пассивный спиральные излучатели, установленные с возможностью перемещения друг относительно друга вдоль их общей оси [3]
В качестве активного излучателя с эллиптической поляризацией излучения в известном способе и антенне используют подключенную к фидеру плоскую спираль, а в качестве пассивной спирали сужающуюся коническую спираль. Плоская спираль формирует электромагнитную волну с эллиптической поляризацией излучения, которая при облучении возбуждает коническую спираль, складываясь в дальней зоне электромагнитные волны от плоской и конической спиралей формируют диаграмму направленности (ДН) антенны осевого вида. Изменением местоположения в конической спирали относительно плоской, достигаемым перемещением, добиваются улучшения направленности активного излучателя (т. е. антенны в целом) за счет пассивной конической спирали, что выполняется лишь для верхних частот. Для более низких частот коническая спираль приводит к расширению ДН с сохранением ее осевого вида. Число возможных создаваемых при относительном перемещении конической спирали ДН несколько, а направление луча (максимума излучения) при этом неизменно. В силу этого известный способ имеет ограниченные возможности в создании антенны путем формирования их ДН. Число построенных антенн по известному способу и реализующей его спиральной антенне с эллиптической поляризацией излучения ограничено несколькими фиксированными положениями пассивной конической спирали в ближней зоне активного излучателя. Предлагаемым способом и антенной решается задача построения максимального количества антенн с эллиптической поляризацией излучения путем перестройки ДН антенны расположением у активного излучателя пассивного элемента, в частности задача создания антенны с перестраиваемым типом ДН. Основной технический результат заявляемого изобретения заключается в увеличении числа создаваемых антенн с эллиптической поляризацией излучения. Первый дополнительный технический результат изобретения заключается в возможности достижения в максимальной степени основного технического результата для антенн с ДН любого вида. Второй дополнительный технический результат изобретения заключается в возможности получения максимального числа созданных антенн за счет последовательной перестройки конического вида ДН в осевой и наоборот из осевого в конический. Достижение основного технического результата обеспечивается тем, что в способе создания диаграммы направленности антенны, заключающемся в том, что возбуждают активный спиральный излучатель с эллиптической поляризацией излучения и пассивный спиральный излучатель, перемещают пассивный спиральный излучатель вдоль направления излучения активного спирального излучателя до формирования в дальней зоне требуемой диаграммы направленности, в качестве пассивного спирального излучателя используют цилиндрическую спираль с направлением намотки. противоположным направлению намотки активного спирального излучателя, а перемещение пассивного спирального излучателя осуществляют в пределах 3
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089017/955.gif)
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089023/2089023-2t.gif)
где
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089017/955.gif)
При плавном перемещении пассивной цилиндрической спирали вдоль оси активного излучателя, начиная с некоторого расстояния от свободного конца активной цилиндрической спирали произойдет последовательная перестройка ДН антенны из осевого типа в ненаправленный, а затем в конический (воронкообразный) тип и далее снова в ненаправленный и осевой тип. При обратном движении ПЦС преобразование происходит наоборот. При возбуждении в активном излучателе волны порядка T2, а в пассивной цилиндрической спирали T3 при движении ПЦС вдоль оси от излучателя происходит сохранение конического вида ДН, однако при этом происходит изменение (увеличение-уменьшение) углов места, а за счет этого числа антенн с заданными ДН. Максимальный угол места, который можно при этом получить, оказывается большим, чем углы места в ДН отдельно от активного излучателя или углы места от цилиндрической спирали (независимо является ли она пассивной либо запитывается активно). При возбуждении в активном излучателе волны порядка T1, а в пассивной цилиндрической спирали волны порядка T1, но при меньшей длине витка пассивной цилиндрической спирали, чем в активном цилиндрическом излучателе, выполненном в виде цилиндрической спирали, при перемещении пассивной цилиндрической спирали наблюдается сужение ДН и резкое возрастание коэффициента направленного действия в осевом направлении и, соответственно, коэффициента усиления. Зная или задавая основной порядок волны возбуждения активного излучателя, можно подобрать пассивную цилиндрическую спираль, при размещении и перемещении которой на расстоянии до 3 l от точки возбуждения, можно получить заданные виды ДН, т.е. создать тем самым новые спиральные антенны. Выбор только длины витка спирали в качестве критерия для задания типа бегущей волны тока (порядка волны возбуждения) в активной и пассивной спиралях недостаточен при преобразованиях ДН вида коническая-ненаправленная-осевая и наоборот, поскольку при этом возможно возникновение паразитных лепестков, существенное изменение коэффициента усиления и коэффициента элиптичности. При выборе длин витков спиралей не в соответствии с требованиям выражения (1) при значениях La меньших 0,7 l наблюдается уменьшение коэффициента бегущей волны до уровня 0,3, а коэффициента эллиптичности до уровня 0,4, а при превышении значения La 1,05 l наблюдается падение коэффициента бегущей волны до уровня 0,2, а коэффициента эллиптичности до уровня 0,3. При выполнении условий (1) искажения создаваемых ДН незначительны, а при перестройке одного вида ДН в другой уровень боковых лепестков не превышает 1%
При использовании в заявляемой спиральной антенне в качестве активного излучателя цилиндрической спирали, а в качестве пассивного излучателя цилиндрической спирали с направлением намотки, совпадающим с направлением намотки активной цилиндрической спирали, при соблюдении вышеописанных принципов создания волн возбуждения возможно получение преобразования ДН осевая-ненаправленная-коническая и аналогичных вышеописанным эффектов создания ДН антенны, однако число получаемых при этом антенн меньше, уменьшается коэффициент эллиптичности при малых углах места, возможность достижения максимальных углов места по сравнению с заявляемым способом, что обусловлено меньшей чувствительностью ДН к продольным перемещениям на расстояние до 3 l в направлении излучения активной цилиндрической спирали. Предлагаемый способ осуществлю следующим образом. По известным техническим характеристикам активного излучателя с эллиптической поляризацией излучения выбирают пассивную цилиндрическую спираль (ПЦС) с длиной витка, соответствующей заданному виду преобразования ДН (конический вид в конический, осевой в осевой, конический-ненаправленный-осевой и т.п.) и с направлением намотки витков противоположным нарпавлению вращения плоскости поляризации активного излучателя. Устанавливают ПЦС в ближней зоне активного излучателя. Выбор ПЦС осуществляют, например, для средней рабочей длины рабочего диапазона lср. Перемещают ПЦС в пределах (0+3
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089017/955.gif)
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089023/2089023-3t.gif)
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089023/2089023-4t.gif)
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089017/955.gif)
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089022/8776.gif)
![способ создания диаграммы направленности антенны и спиральная антенна для его осуществления, патент № 2089023](/images/patents/383/2089022/8776.gif)
1. Авт. св. СССР N 1363348, МКИ H 01 Q 11/08, опублик. 30.12.87. 2. Авт.св. СССР N 358746, МКИ H 01 Q 3/00, опублик. 03.11.72. 3. 3-rd International Conf. Antennas and Propag. ICAP-83, horurch. 12-16, Apr. 1983,Pt-1, London, N 4, 1983, p.168-172 прототип.
Класс H01Q11/08 спиральные антенны
совмещенное антенное устройство - патент 2527195 (27.08.2014) | ![]() |
мультипольная антенна (варианты) - патент 2514094 (27.04.2014) | ![]() |
спиральная антенна диапазона дкмв - патент 2500056 (27.11.2013) | ![]() |
антенный блок - патент 2450396 (10.05.2012) | ![]() |
спиральная антенна - патент 2387059 (20.04.2010) | ![]() |
спиральная антенна - патент 2369948 (10.10.2009) | ![]() |
антенна с диэлектрическим заполнением - патент 2339131 (20.11.2008) | ![]() |
спирально-вибраторная симметричная антенна "равэл-с" - патент 2325018 (20.05.2008) | ![]() |
полусферическая спиральная антенна - патент 2265926 (10.12.2005) | ![]() |
компактная двухрежимная интегрированная система антенн для наземных сотовых и спутниковых телекоммуникаций - патент 2255397 (27.06.2005) | ![]() |