СПИРАЛЬНАЯ АНТЕННА

Изобретение относиться к антенной технике и может использоваться при конструировании сверхширокополосных спиральных антенн, работающих в непрерывном диапазоне ультравысоких частот в составе антенных систем различного назначения, в частности в системах пеленгации и сопровождения.

При разработке сверхширокополосных малогабаритных спиральных антенн с перекрытием по частоте 10:1 и более иногда довольно сложно точно определить диаметр нижних витков комбинированных или конических спиральных антенн исходя из комплекса требований по величине диэлектрической проницаемости корпуса антенны, монотонности диаграмм направленности, уровня боковых и задних лепестков и коэффициента усиления.

Повторные изготовления макетов отнимают много времени, средств и их можно отнести к существенным потерям при выполнении опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ. Часто в похожих случаях применяется металлический экран в основании антенны, который позволяет частично решить указанный технический вопрос за счет существенного увеличения габаритов антенн (В.А. Нетанов, Д.П. Табаков, С.Б. Филиппов «Теоретическое и экспериментальные исследования двузаходной конической равноугольной логоспиральной антенны малого космического аппарата «Аист-2»», журнал «Радиотехника» №2, 2015 г.). Данное решение не всегда дает нужный результат, так как сама антенна может быть не оптимизирована по параметрам.

Известна сверхширокополосная спиральная антенна (патент РФ 2422954), выполненная в виде комбинированной двузаходной спирали, состоящей из плоской спирали и полусферической. Внутри диэлектрического полусферического корпуса антенны на металлических рефлекторах плоской и полусферической спиралей установлены кольца из радиопоглощающих материалов. Антенна имеет набор оптимизированных элементов конструкции и радиопоглощающих колец. Масштабное моделирование такой комбинированной спиральной антенны, например в область более низких частот, не всегда обеспечивает необходимый результат, т.к. дифракционные свойства применяемых рабочих длин волн и свойства радиопоглощающих материалов в диапазоне УВЧ по сравнению с СВЧ диапазоном имеют свои особенности, которые приводят к существенному ухудшению уровня боковых и задних лепестков антенны. В итоге малогабаритная антенна не всегда имеет необходимый электрический диаметр и в этом случае требуется повторное проектирование антенны.

Предлагается в таких случаях в конструкцию спиральной антенны, содержащей полусферическую спираль, плоскую спираль, поглотитель, основание и симметрирующее устройство, ввести корректор, выполненный в виде дополнительного диэлектрического кольца, соосного с антенной и установленного в нижней части витков спиральной антенны, при этом на внешней поверхности кольца крепятся свои спиральные витки, верхние концы которых контактно соединяются с нижними концами антенны.

На рис. 1 показана конструкция спиральной антенны с корректором для нижних частот, где 1 - полусферическая спираль на диэлектрическом корпусе, 2 - плоская спираль, 3 - диэлектрическое кольцо с витками спирали, 4 - поглотитель, 5 - основание, 6 - симметрирующее устройство.

На рис. 2 и рис. 3 приведены экспериментальные диаграммы направленности спиральной антенны без диэлектрического кольца и с диэлектрическим кольцом. Диаметр антенны в нижней части 0,136λ_н, где λ_н - нижняя длина волны рабочего диапазона, диаметр экрана - 0,425λ_н, диаметр кольца - 0,153λ_н. Видна существенная разница в уровне боковых лепестков обоих вариантов. Таким образом, установка дополнительного диэлектрического кольца с витками спирали приводит к увеличению коэффициента усиления антенны в области нижних частот, уменьшению уровня боковых лепестков антенны на этих же частотах и получению более монотонных диаграмм направленности.

Такое решение можно использовать при увеличении требований к частотному диапазону антенны в сторону нижних частот, при необходимости уменьшения высоты конических и комбинированных спиральных антенн в ограниченных конструкторских объемах. Кроме того, аналогичные архитектурные антенные добавки можно применять в антенной конструкции и для других частотных диапазонов антенны, где возможно потребуются локальные увеличения резонансных характеристик антенны. В таком случае частотная характеристика антенны становится управляемой по желанию проектировщика, в основном и в области средних, и в области нижних частот диапазона УВЧ.