191908. lajstromszámú szabadalom • Lépcsős szerkezetű reflektorüreggel lezárt, széles frekvenciatartományban irányított és körösen polarizált sugárzási teret megvalósító sík archimedesi-spirálantenna
1 HU 191 908 B 2 A találmány tárgya olyan lépcsős szerkezetű reflektor (ill. reflektorüreg) alkalmazása, amely biztosítja a sajátosan kiképzett reflektorüreg szájára helyezett sík szimmetrikus táplálású archimedesi spirálantenna szélessávú működését. Az 1950-es évek közepén Turner által bevezetett archimedesi spirálantenna típus alkalmazása az 500 MHz-től néhány GHz-es tartományig terjedő frekvenciatartományban vált általánossá. Az antennatípus 500 MHz feletti felhasználását a viszonylag nagy geometriai méretek, 10 GHz felett pedig konstrukciós problémák korlátozzák. A magában álló (reflektor nélküli) axiális működési módban gerjesztett önkomplementer (a vezetőkarok szigetelőközök szélessége azonos) típusú sík archimedesi spirálantennával a gyakorlatban 7:1,8 :1 arányú frekvenciafogást is elértek. Azonban a magában álló axiális sugárzási módban működő spirál antennának az a tulajdonsága, hogy a spirál síkjára merőleges tengely mentén mindkét irányban sugároz, erősen korlátozza a felhasználását. A sugárzás irányítottá (egyirányúvá tehető ugyan a spirál mögé helyezett reflektortükör segítségével, de ebben az esetben az antenna sávszélessége jelentősen leszűkül. A szakirodalomban található irányított sugárzást biztosító antennamegoldások maximálisan 2 : 1 arányú frekvenciasáv átfogását teszik lehetővé anélkül, hogy az antenna sávközépen mutatott tulajdonságai lényegesen megváltoznának. Ismeretesek ugyan olyan megoldások is, amelynél a frekvenciasáv átfogása 2:1 arányúnál lényegesen nagyobb, de a megadott működési sávban az antennaparaméterek (elsősorban az antennanyereség) jelentősen változnak. A találmány tárgyát képező reflektorkiképzés úgy teszi lehetővé a sávszélesség elvüeg tetszés szerinti arányban való kiterjesztését, hogy az antennajellemzők nem változnak nagyobb mértékben, mint az általánosan használt 2:1 arányú frekvenciasávot átfogó antennák esetében. A sávszélességnek a találmányi leírásban megadott módon megvalósítható kiterjesztését az a jól ismert (elméletüeg is igazolt) tény alapozza meg, hogy valamely frekvencián a spirál antenna felületéből (ponto- , sabban a felületet alkotó menetekből) nem csak egykét menet és nem is teljes apertúra (felület), hanem egy konkrét szélességű körgyűrű felület sugároz intenzíven. A spirálantennák működését magyarázó áramsáv-elméletből ismert, hogy az antenna gerjesztési frekvenciáját változtatva ez az aktív v. sugárzó gyűrű vándorol (tágul, ill. szűkül) az apertúra belső és külső menetei között. A sávszélesség kiterjesztését megvalósító módszer lényege: olyan feltételek teremtése, melynél a frekvenciaváltás hatására elmozduló sugárzó körgyűrű az aktuális frekvenciának megfelelően mindig az optimális beállítást jelentő \/4 távolságra lássa az antenna mögött elhelyezett reflektort. Az ábrán vázolt reflektorüregnek a lépcsős kiképzésével, ha nem is valamenny'i diszkrét frekvencián, de frekvenciasávonként biztosítható ez az elvárás. Mix el egy-egy lépcsővel (a hagyományos reflektorüreges v. „egylépcsős” antennához hasonlóan) maximálisan 2 : 1 arányú frekvenciasáv fogható át, ennek megfelelően egy szokásosnál szélesebb sávú antenna megvalósításához a frekvenciasávot a minimális lépcsőszámra törekedve (ugyanis ekkor a legkevesebb a zavaró élek száma) a ....8 :4 :2:1 :....stb. arány szerint kell felosztani. Amennyiben a megadott alsó és felső határfrekvenciákra ez a feloszlás nem végezhető el, akkor a működési sávot annyira kell önkényesen kiszélesítem, hogy ez a felosztás megtehető legyen. Ilyen módon a lépcsőszám növelésével elvüeg tetszőlegesen széles sávban működő antenna készíthető. Pontosabban olyan sávszélesség érhető el, mint a magában álló spirálantenna esetében. A frekvenciasáv részsávokra osztása a max 2:1 aránytól eltérően kisebb arányok szerint is elvégezhető, de ebben az esetben nő a lépcsőszám és ezzel együtt a zavaró élek száma. z A találmány szerinti előnyös tulajdonságok a minimális lépcsőszámra tervezett antennák esetében érvényesülnek leginkább. Ezek az előnyös tulajdonságok:- A sajátos reflektorkiképzés lehetővé teszi, hogy egyszerű konstrukciós megoldással igen széles sávban irányított és körösen polarizált sugárzást hozzunk létre.- Más azonos frekvenciatartományban működő és hasonló tulajdonságokkal rendelkező antennatípusokhoz képest (pld. kúpos spirál) mérete kisebb. A méretcsökkenés főleg az 50-500 MHz-es sávban működő antennáknál jelent lényeges különbséget. Ez a méretkülönbség szembetűnő, ha a 100-500 MHz-es sávban működő prototípus antennát a HTV által gyártott és ugyanebben a sávban működő kúpos logspirál antennával hasonlítjuk össze.- A sík archimedesi spirál (vagy félkörökkel való közelítése) egyszerűbben és olcsóbban megvalósítható, mint egy kúp palástjára tekert logspirál antenna. Hátrányok; a lépcsők homlokához (az élekhez) rendelhető frekvenciákon (és annak kis Af környezetében) az irânykarakterisztika alakját illetően kisebb torzítás várható nem jelentős nyereségcsökkenéssel. Mivel az inhomogén szerkezetű üreg részletesebb matematikai vizsgálatát még nem végeztük el, az eltérések számítás útján jelenleg nem határozhatók meg. Azonban a találmány tárgyát képező megoldás igazolására készített prototípus antennáknál (2 db) a mérések során nrm tapasztaltunk kirívónak mondható eltérést az antenna jellemzők frekvenciamenetében. Mivel a prototípus antennák tervezésekor az élek okozta zavaró hatásoktól nem voltak tapasztalataink, mérési eredményeink, ezért a mintaantennáknál a lépcsők hely ét (az éleket) olyan frekvenciák alapján határoztuk meg, melyek az antenna üzemszerű működésénél nem használatosak, ül. kevésbé jelentősek. Az antenna bemérését követően megállapítottuk, hogy ez az óvatosság szükségtelen volt. A prototípus antennák elkészítése, ül. üzemeltetése folyamán nyert tapasztalatokat az alábbiak szerint foglalhatjuk össze: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
