МНОГОЗАХОДНАЯ СПИРАЛЬНАЯ АНТЕННА
MULTI-ARM SPIRAL ANTENNA

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области спиральных антенн, и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например, на подвижных объектах.
Известна многозаходная спиральная антенна (см. Устройства СВЧ и антенны. Д.И. Воскресенский, В.П. Гостюхин и др. М.: Радиотехника, 2006 г,, стр. 283), содержащая диэлектрическое основание, на которое навиты N заходов токопроводящей спирали. Диэлектрическое основание прикреплено к металлическому экрану, к которому с внешней стороны присоединены коаксиальные линии, центральные проводники которых соединены с концами заходов спиралей, расположенных вблизи металлического экрана, а внешние проводники соединены с экраном. При этом активная часть входного сопротивления каждого захода спирали близка к 150 Ом, что при использовании стандартных коаксиальных линий, например 50-омных, плохо сказывается на согласовании антенны.
Вышеуказанное изобретение является наиболее близким по технической сущности к заявляемой многозаходной спиральной антенне и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатком указанного устройства является плохое согласование каждого из заходов спирали с коаксиальной линией.
Решаемой задачей является создание многозаходной спиральной антенны, обладающей повышенной точностью измерений.
Достигаемым техническим результатом является улучшение согласования спиральной антенны без изменения ее характеристик излучения.
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>d</mi><mn>2</mn></mfrac><mi>c</mi><mi>h</mi><mo stretchy="false">(</mo><mfrac><mrow><mi>z</mi><msqrt><mi>ε</mi></msqrt></mrow><mrow><mn>60</mn></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msqrt><mi>ε</mi></msqrt></mrow>
Для достижения технического результата в многозаходной спиральной антенне, содержащей соосно установленные металлический экран с прикрепленным к нему диэлектрическим основанием, на которое навиты N заходов токопроводящей спирали, при этом экран соединен с внешним проводником каждой коаксиальной линии, новым является то, что между металлическим экраном и началом каждого из N заходов токопроводящей спирали дополнительно введено по витку спирали, один конец каждого из которых соединен с началом соответствующего захода токопроводящей спирали, а другой конец дополнительно установленного витка установлен на расстоянии L до металлического экрана и соединен с центральным проводником коаксиальной линии, при этом расстояние L определяется из формулы: , где d - диаметр проводника дополнительного витка,  - диэлектрическая проницаемость среды, Z - волновое сопротивление линии.
За счет того что между металлическим экраном и началом каждого из N заходов токопроводящей спирали дополнительно введено по витку спирали, один конец каждого из которых соединен с началом соответствующего захода токопроводяшей спирали, а другой конец дополнительно введенного витка спирали установлен на расстоянии L над металлическим экраном, которое определяется исходя из волнового сопротивления образовавшейся несимметричной полосковой линии и волнового сопротивления коаксиальной линии, и соединен с центральным проводником соответствующей коаксиальной линии, происходит плавная трансформация волнового сопротивления коаксиальных линий к сопротивлению заходов спирали, тем самым обеспечивается улучшение согласования антенны без изменения ее характеристик излучения.
Изобретение поясняется фигурой.
Спиральная антенна содержит диэлектрическое основание 1, металлический экран 2, первый и второй заходы спирали 3. Каждый из заходов спирали 3 выполнен из металлического проводника. Диэлектрическое основание 1 прикреплено соосно узкой частью к металлическому экрану 2. Внешние проводники 4 коаксиальных линий 5 присоединены к металлическому экрану 2. Между металлическим экраном 2 и началом каждого из N заходов токопроводящей спирали 3 расположены дополнительные витки 6 спирали 3, каждый из которых с одной стороны присоединен к соответствующему заходу спирали 3, а с другой стороны присоединен к центральным проводникам соответствующих коаксиальных линий 7.
Спиральная антенна работает следующим образом.
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>d</mi><mn>2</mn></mfrac><mi>c</mi><mi>h</mi><mo stretchy="false">(</mo><mfrac><mrow><mi>z</mi><msqrt><mi>ε</mi></msqrt></mrow><mrow><mn>60</mn></mrow></mfrac><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msqrt><mi>ε</mi></msqrt></mrow>
Через коаксиальные линии 7 в заходы 3 спирали подаются СВЧ сигналы. В месте перехода от внутреннего проводника коаксиальной линии к заходу спирали возникают токи большой амплитуды. Для уменьшения их влияния на характеристики антенны введен дополнительный виток 6 спирали 3, расстояние от которого до экрана плавно изменяется по всей длине витка. При этом дополнительный виток 6 спирали 3 совместно с металлическим экраном 2 образуют нерегулярную полосковую линию, в которой основанием служит экран, а полоской - дополнительный виток спирали. Центральный проводник 7 коаксиальной линии 5 продлен над металлическим экраном на расстояние L и соединен с дополнительно введенным витком 6 спирали 3. Расстояние L определяется из формулы: , где d - диаметр проводника дополнительного витка,  - диэлектрическая проницаемость среды, Z - волновое сопротивление линии.
При таком расстоянии L, при котором значение волнового сопротивления образовавшейся несимметричной полосковой линии близко к значению волнового сопротивления коаксиальной линии, дополнительный виток является трансформатором волнового сопротивления.
Таким образом, использование заявляемой спиральной антенны позволяет улучшить согласование каждого из заходов спирали, что способствует повышению точности измерений.
Был изготовлен опытный образец многозаходной антенны, испытания которого подтвердили достижения заявленного технического результата.