Проценко М. Б., Лукьянчиков А. В., Ісаєнко А. І., Редін М. І. Севастопольський національний технічний університет Стрілецька бухта, Студмістечко, Севастополь 99053, Україна тел: +380 (692) 235-152, e-mail : rt.sevgtu@stel.sebastopol.ua

Анотація Розглянуто принцип побудови широкосмугового антени з обертовою поляризацією на основі конічного спірального випромінювача з використанням моделі струмових кілець з біжучою хвилею струму. Представлені результати математичного моделювання та експерименту.

I. Вступ

У сучасних системах зв’язку поряд зі Слабонаправленниє використовуються також ненаправлення антени з обертовою поляризацією випромінювання, застосування яких в рухливих радіосистемах дозволяють збільшити ймовірність зв’язку [1].

Одним з типів таких антен є конічні спіральні випромінювачі (КСІ). Однак через велику кількість геометричних параметрів дослідження КСІ з метою побудови широкосмугових антен з обертовою поляризацією, утруднено. Для спрощення аналізу припускають [2], що основний внесок при формуванні поля випромінювання КСІ в далекій зоні, вносять два поруч стоять витка, геометричний розмір яких має резонанс на даній частоті. Формування необхідних діаграм спрямованості (ДН) здійснюється, як правило, зміною фазових співвідношень збуджуючих потенціалів даних витків. Використання ж випромінювачів обертається поляризації, просторове складання полів цих випромінювачів, дозволяє розширити можливості управління як параметрами ДН, так і поляризацією поля випромінювання антенної системи в цілому.

Рис. 1. Гзометрія конічного спірального випромінювача (КСІ) (а) і його еквівалентну уявлення набором співвісних струмових кілець (б)

Fig. 1. Geometry of conical spiral radiator (CSR) (a) and its equivalent representation as the set of coaxial current rings (b)

Дана робота присвячена розробці принципу побудови широкосмугового антени з обертовою поляризацією з використанням описаної вище моделі.

II. Основна частина

Для аналізу КСІ (рис 1а) покладемо, що. основний внесок при формуванні поля випромінювання в дальній зоні, вносить активна зона, яку можна представити у вигляді двох близько розташованих витків. Тоді КСІ можна представити як набір струмових кілець, розташованих соосно на відстані d

один від одного.

Геометрія такої антенної системи зображена на рис. 16 і визначається: габаритними радіусами

круглих випромінювачів, відповідно ai l і ai;

відстанню між випромінювачами dt; Кутом повороту випромінювачів щодо точки збудження навколо їх осі, відповідно у / і у / ..

Для аналізу характеристик випромінювання скористаємося методом векторного потенціалу, згідно якого для лінійних і кругових компонент поля антеною системи запишемо:

x (aj; y (aj, dx [a), dy [a) координати струмових кілець і їх похідні; Eq множник, що характеризує сферичний фронт хвилі в далекій зоні антеною системи; In(A) амплітудно-фазовий розподіл струмів; кволновое число вільного простору; так. J = -1 \ mt = 1 ■

На підставі поданих виразів (1) –

(3) вироблено чисельне моделювання поля випромінювання, включаючи визначення спрямованих і поляризаційних характеристик, як системи з набору струмових кілець із заданими габаритними розмірами, так і двухзаходной КСІ. На рис.2, 6 представлена ​​ДН антенної системи, порушуємо равноамплітудно, при фіксованому відстані між

рамками kdt і кутом повороту рамок один щодо одного у /. = У /-у /г А на рис.2, а представлені аналогічні ДН для двухзаходной КСІ [3]. В цьому випадку ДН отримані для токового розподілу

Fig. 2.Far field radiation pattern of a bilifar CSR (a) and two-element array of frames (b)

ня, яке визначено за допомогою узагальненого методу наводяться ЕРС.

Поляризація випромінювання для струмових кілець зберігається обертається, а для КСІ, можливо також її зміна від лінійної до кругової, що визначається ступенем взаємодії випромінювачів. Згідно з наведеними залежностям видно, що отримані характеристики досить близькі. Це дозволяє говорити про адекватність обраної моделі для вибору геометричних параметрів при побудові широкосмугового антени з обертовою поляризацією на основі КСІ.

III. Висновок

У доповіді представлені і обговорюються результати експериментальних досліджень характеристик випромінювання двухзаходной конічної спіральної антени в широкій смузі частот.

IV. Список літератури

[1] Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антени: Учеб. Для радіотехніч. спец. вузів. 2-е, перераб. і доп. Енергія Москва, 1975. 528 с.

[2] Жук М. С., Молочков Ю. Б. Проектування лінзових, скануючих, широкодіапазонний антен і фідерних пристроїв. М.: Енергія, 1973. 440 с.

[3] Проценко М. Б., Лукьянчиков А. В. Аналіз геометрії конічно-еліптичних спіральних антен. / Вісник СевГТУ. Вип. 32: Інформатика, електроніка, зв’язок:

СБ науч. тр. Севастополь, держ. тех. ун-т.

-Севастополь, 2001. с. 71-76.

THE DESIGN PRINCIPLE OF THE WIDE BAND ANTENNA WITH ELLIPTICAL POLARIZATION BASED ON THE OF CONICAL SPIRAL RADIATOR

Рис. 2. Діаграма спрямованості двухзаходной КСІ (а) і двоелементною решітки з рамок (б)

Protsenko M.B., Lukyanchikov A.V.,

Isaenko A. I., Redin М. I.

Sevastopol National Technical University Streletskaya bukhta, UA-Sevastopol-99053, Ukraine phone: +380(692)235-152 e-mail: rt. sevgtu@stel. sebastopol. ua

Abstract The design principle is considered for the wide band antenna with rotating polarization, based on conical spiral radiator and represented as traveling wave current loops model. The results of mathematical modeling and experiment are presented in the paper.

I.  Introduction

In parallel with near-omnidirectional antennas modern communication systems also use the omnidirectional antennas with elliptical polarization, that can increase communication stability [1].

One of these antenna types is the conical spiral radiator (CSR). However, investigation of such antennas is difficult due to big number of their geometrical parameters. To simplify the analysis it is usually supposed [2] that the main contribution to the far field antenna radiation is introduced by two nearest turns with resonant geometry at a given frequency.

The goal of the paper is the development of design principle for wide band antenna with elliptical polarization on the basis on the above-mentioned model.

II.  Main part

To analyze the CSR in Fig.1,a it is reasonable to suppose that the main contribution in antenna far field is made by antenna active area consisting of two adjacent turns. Then, the CSR can be represented as coaxial set of wire rings with radiating currents and spacing d.

The geometry of antenna system under study is shown in Fig.1, b and is characterized by overall radii щ., And au of ring radiators, spacing d between radiators and by their turning angles and \|/z about the excitation points, correspondingly.

Using expressions (1)-(3) the numerical calculations of radiation far field is made including also the calculation of directional and polarization antenna characteristics. The CSR model was used for two cases: 1) the coaxial set of wire rings with the given geometry and 2) the bilifar helix.

Fig.2,b shows the far field radiation pattern of the CSR antenna system calculated for the first case model with equiamplitude excitation and fixed quantities of electrical spacing

kdi between coils and rotation angle ч, = Ч,;-1 _4,! °f co‘lsAnd

Fig.2,a shows the same but for the second case model. In the later case far field radiation patterns are obtained for current distribution, defined by generalized principle of the induced electromotive forces.

It is evident from Fig.2,a and Fig.2,b, that polarization of the turns with current is preserved rotating, whereas in CSR it may change from linear to circular, depending on coupling level of radiators. According to the dependencies showed, it may be seen that characteristics obtained are rather similar. The latter says about the adequacy of the model chosen for calculation the geometrical parameters of the wide band CSR antenna with rotating polarization.

III. Conclusion

Results of numerical calculation and experimental study of radiation far field are presented for CSR antenna system with both fixed electrical spacing between coils and bilifar helix in a wide frequency band are presented in the paper.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.