RU2019007C1

RU2019007C1 - Spiral radiator

Info

Publication number: RU2019007C1
Authority: RU
Inventors: В.С. Есин
Original assignee: Радиотехнический институт им.акад.А.Л.Минца
Priority date: 1990-11-01
Filing date: 1990-11-01
Publication date: 1994-08-30

Abstract

FIELD: aerial equipment. SUBSTANCE: spiral radiator has cylindrical spiral, case in the form of cylindrical sleeve mounted coaxially to it, excitation unit and tuning element. Excitation unit is manufactured in the form of section of central conductor coupled with one end to resistance transformer and exciter of cylindrical spiral installed uniaxially to cylindrical spiral. Tuning element is fabricated in the form of radial and arc-shaped elements connected in series which are conductively coupled to spring ring with the aid of contact element. Tuning element is located in plane orthogonal to axis of cylindrical spiral. Groove is made in inner side surface of case in which spring ring is arranged. Free end of radial element is linked to resistance transformer. Section of round waveguide mounted for longitudinal translation is put coaxially to cylindrical spiral. EFFECT: enhanced operational efficiency and reliability. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике, в частности к спиральным антеннам, и может быть использовано как в качестве собственно антенны, так и в качестве излучателей круговой поляризации в антенных решетках. The invention relates to antenna technology, in particular to helical antennas, and can be used both as the antenna itself and as emitters of circular polarization in antenna arrays.

Целью изобретения является обеспечение перестройки входного сопротивления и улучшение возбуждения излучателя. The aim of the invention is to ensure the adjustment of the input resistance and improve the excitation of the emitter.

На фиг.1 показана конструкция излучателя; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3-5 приведены изображения элемента настройки, подвижного пружинного кольца и возбудителя цилиндрической спирали. Figure 1 shows the design of the emitter; figure 2 - section aa in fig. 1; in FIG. 3-5 are images of a tuning element, a movable spring ring and a pathogen of a cylindrical spiral.

Спиральный излучатель состоит из корпуса 1, элемента 2 настройки, соединенного с корпусом 1, подвижного пружинного кольца 3 с контактным элементом 12, отрезка 4 центрального проводника, согласующего элемента 5, возбудителя 6 цилиндрической спирали 7, отрезка 8 круглого волновода. The spiral emitter consists of a housing 1, an adjustment element 2 connected to the housing 1, a movable spring ring 3 with a contact element 12, a segment 4 of the central conductor, a matching element 5, a pathogen 6 of a cylindrical spiral 7, a segment 8 of a circular waveguide.

Элемент 2 настройки содержит трансформатор 9 сопротивлений, радиальный 10 и дугообразный 11 элементы и представляет собой жесткую прочную конструкцию из металла с хорошей проводимостью и теплопроводностью и предназначен для возбуждения спирального излучателя, для перестройки входного сопротивления, отвода тепла и для установки на ней отрезка центрального проводника с согласующим элементом 5, возбудителем 6 и спиралью 7. Величина дугообразного элемента 11 может составлять несколько градусов и более в зависимости от величины согласуемого сопротивления и рабочего диапазона частот. The tuning element 2 contains a resistance transformer 9, radial 10 and arcuate 11 elements and is a rigid, robust metal structure with good conductivity and thermal conductivity and is designed to excite a spiral radiator, to adjust the input resistance, heat dissipation and to install a segment of the central conductor on it matching element 5, pathogen 6 and spiral 7. The magnitude of the arcuate element 11 may be several degrees or more, depending on the value consistent with resistance and operating frequency range.

Пружинное подвижное кольцо 3 размещено в канавке 16, выполненной в цилиндрической боковой поверхности корпуса 1, и содержит контактный элемент 12, предназначенный для перестройки сопротивления элемента 2 настройки перемещением элемента 12 по дугообразному элементу 11 элемента 2 настройки, т. е. изменением длины ее дугообразного элемента 11. Отрезок 4 центрального проводника установлен и закреплен в центре элемента 2 настройки и служит для размещения и установки на нем согласующего элемента 5, возбудителя 6 и спирали 7. The spring movable ring 3 is placed in a groove 16, made in the cylindrical side surface of the housing 1, and contains a contact element 12 designed to adjust the resistance of the setting element 2 by moving the element 12 along the arcuate element 11 of the setting element 2, i.e., by changing the length of its arcuate element 11. The segment 4 of the Central conductor is installed and fixed in the center of the element 2 settings and serves to place and install on it a matching element 5, pathogen 6 and spiral 7.

Возбудитель 6 спирали выполнен в виде коаксиального металлического кольца с вертикальной 13 и горизонтальной 14 перемычками, причем в центре диаметральной перемычки выполнена втулка 15 для крепления и перемещения возбудителя 6 на отрезке 4. The pathogen 6 of the spiral is made in the form of a coaxial metal ring with vertical 13 and horizontal 14 jumpers, and in the center of the diametrical jumper there is a sleeve 15 for attaching and moving the pathogen 6 on segment 4.

Спираль 7 выполнена бескаркасной из металла с высокой проводимостью и обладает большой жесткостью и механической прочностью, при которых совершенно не требуется применения каркаса для крепления спирали (например, спираль из толстой латунной проволоки, из латунной трубки, из стальной трубки с медным и другим покрытием). The spiral 7 is made of frameless metal with high conductivity and has great rigidity and mechanical strength, which absolutely does not require the use of a frame for attaching the spiral (for example, a spiral made of thick brass wire, made of brass tube, steel tube with copper or other coating).

Отрезок 8 для обеспечения удобства сборки и получения оптимальных параметров (КСВ, осевого коэффициента поляризации и др.) выполнен съемным и подвижным. Такая конструкция излучателя обеспечивает крепление и установку всех его элементов без применения диэлектрических центрирующих шайб и каркаса для спирали и в целом без использования любых диэлектриков, ухудшающих электрические и пожаростойкие характеристики излучателя. Предлагаемый излучатель из выше перечисленных элементов представляет собой резонансную схему. Section 8 to ensure ease of assembly and obtain optimal parameters (SWR, axial polarization coefficient, etc.) is made removable and movable. This design of the emitter provides the fastening and installation of all its elements without the use of dielectric centering washers and the frame for the spiral and, in general, without the use of any dielectrics that impair the electrical and fire-resistant characteristics of the emitter. The proposed emitter of the above elements is a resonant circuit.

Спиральный излучатель работает следующим образом. Spiral emitter operates as follows.

Перестройка и получение заданного входного сопротивления достигаются трансформатором 9 сопротивлений и изменением сопротивления элемента 2 путем изменения длины его дугообразного элемента 11 с помощью элемента 12 подвижного пружинного кольца 3, а также изменением волнового сопротивления коаксиального участка путем перемещения согласующего элемента 5 вдоль отрезка 4 центрального проводника. Полученное таким образом заданное входное сопротивление имеет хорошее согласование в широкой полосе частот и позволяет подключать спиральный излучатель к питающей коаксиальной линии без всякого специального согласующего устройства. Reconfiguration and obtaining a given input resistance are achieved by the resistance transformer 9 and by changing the resistance of the element 2 by changing the length of its arcuate element 11 using the element 12 of the movable spring ring 3, as well as by changing the wave resistance of the coaxial section by moving the matching element 5 along the segment 4 of the central conductor. The predetermined input impedance obtained in this way has good agreement in a wide frequency band and allows connecting a spiral radiator to a supply coaxial line without any special matching device.

При подаче СВЧ-сигнала на вход спирального излучателя элемент 2 возбуждает резонансную систему и создает в ней электромагнитное поле. Возбудитель 6 центрирует электромагнитное поле внутри кольца как в коаксиальной линии, которое перемещается вместе с возбудителем 6 относительно спирали 7. При приближении возбудителя 6 к начальным виткам спирали 7 его электромагнитное поле возбуждает их, а при удалении возбудителя 6 от спирали происходит ослабление возбуждения. При возбуждении спирали 7 определяющим является возбуждение начальных витков, а оставшиеся витки действуют как направляющий диполь. При взаимодействии полей витков спирали 7 с отрезком 8 в раскрыве спирального излучателя создается суммарное синфазное поле с эллиптической поляризацией, близкой к круговой. Направление вектора поля соответствует направлению намотки спирали 7. Таким образом улучшение возбуждения излучателя достигается возбуждением всей резонансной системы элементом 2 и возбуждением начальных витков спирали 7 возбудителем 6. When a microwave signal is applied to the input of a spiral emitter, element 2 excites a resonant system and creates an electromagnetic field in it. The pathogen 6 centers the electromagnetic field inside the ring as in a coaxial line, which moves together with the pathogen 6 relative to the spiral 7. When the pathogen 6 approaches the initial turns of the spiral 7, its electromagnetic field excites them, and when the pathogen 6 is removed from the spiral, the excitation is weakened. When the spiral 7 is excited, the excitation of the initial turns is decisive, and the remaining turns act as a guiding dipole. When the fields of the turns of the spiral 7 interact with the segment 8, a total in-phase field with an elliptical polarization close to circular is created in the aperture of the spiral radiator. The direction of the field vector corresponds to the direction of winding of the spiral 7. Thus, the improvement of the excitation of the emitter is achieved by the excitation of the entire resonant system by element 2 and the excitation of the initial turns of the spiral 7 by the exciter 6.

Отвод тепла от излучателя производится с помощью элемента 2, гальванически соединенного с корпусом 1 и всеми элементами спирального излучателя за счет большой теплопроводности металлов, из которых выполнены элемент 2 и все элементы. Дальнейший объем тепла производится с корпуса 1 спирального излучателя. Heat is removed from the emitter using element 2, galvanically connected to the housing 1 and all elements of the spiral emitter due to the high thermal conductivity of the metals from which element 2 and all elements are made. Further heat is produced from the housing 1 of the spiral emitter.

Использование изобретения позволяет создать спиральные излучатели с входным сопротивлением, равным сопротивлению питающей линии передачи; исключить использование специальных согласующих устройств, так как входное сопротивление излучателя является перестраиваемым и уже согласованным; создать спиральные излучатели без применения диэлектрического каркаса для крепления спирали и в целом без использования диэлектриков; обеспечить хороший отвод тепла от всех элементов излучателя с помощью петли возбуждения, соединенной с корпусом; значительно повысить излучаемую мощность за счет хорошего отвода тепла и отсутствия диэлектриков в конструкции излучателя, которые могут разрушаться под воздействием высокой температуры; увеличить механическую жесткость и прочность излучателя, так как он выполнен полностью только из металла, и тем самым увеличить срок службы излучателя; повысить надежность излучателя за счет улучшения его прочностных и электрических характеристик; снизить трудоемкость настройки излучателя за счет введения перестраиваемых элементов; снизить жесткость требований и класс точности изготовления как спирали, так и всего излучателя; снизить себестоимость как самого излучателя, так и антенных решеток, выполненных из таких излучателей, за счет исключения специальных согласующих устройств и диэлектрических каркасов, снижения класса точности изготовления, повышения надежности и срока службы, уменьшения числа ремонтов излучателей и антенных решеток. Using the invention allows you to create a spiral emitters with an input impedance equal to the resistance of the supply line; to exclude the use of special matching devices, since the input impedance of the emitter is tunable and already agreed upon; create spiral radiators without the use of a dielectric frame for fastening the spiral and generally without the use of dielectrics; provide a good heat dissipation from all elements of the emitter using an excitation loop connected to the housing; significantly increase the radiated power due to the good heat dissipation and the absence of dielectrics in the emitter design, which can be destroyed by high temperature; increase the mechanical rigidity and strength of the emitter, as it is made entirely of metal only, and thereby increase the life of the emitter; increase the reliability of the emitter by improving its strength and electrical characteristics; reduce the complexity of the emitter settings due to the introduction of tunable elements; reduce the rigidity of requirements and the accuracy class of manufacturing both the spiral and the entire emitter; reduce the cost of both the emitter and antenna arrays made of such emitters by eliminating special matching devices and dielectric frames, reducing the manufacturing accuracy class, increasing reliability and service life, reducing the number of repairs of emitters and antenna arrays.

Claims

1. A SPIRAL RADIATOR comprising a cylindrical spiral coaxially with which a body is arranged in the form of a cylindrical cup, an excitation unit and a tuning element, characterized in that a segment of a circular waveguide is inserted, an excitation unit is made in the form of a segment of a central conductor connected coaxially with a cylindrical spiral connected by the end with the resistance transformer, and the spiral pathogen, the tuning element is made in the form of radially and arched elements connected in series, which m of the contact element is galvanically connected to the movable spring ring, while the tuning element is located in a plane orthogonal to the axis of the cylindrical spiral, a groove is made in the inner side surface of the housing, in which the movable spring ring is located, the free end of the radial element is connected to the resistance transformer, the other end of the segment the central conductor is connected to a cylindrical spiral, and a pathogen of a cylindrical spiral is mounted coaxially with it with a possibility of movement whether an inserted matching element has been introduced, moreover, a segment of a circular waveguide is mounted coaxially with a cylindrical spiral with the possibility of longitudinal movement, and its inner diameter is equal to the outer diameter of the casing.

2. The emitter according to claim 1, characterized in that the exciter of the cylindrical spiral is made in the form of a coaxial metal ring with vertical and horizontal jumpers, which are connected in the center of the coaxial metal ring by means of a sleeve in which an axial hole is made.