Полосковая антенна линейной или эллиптической поляризации

 

Использование: в линиях связи, системах линейной телемеханики, как антенный элемент на скафандре космонавта и т.д. Сущность изобретения: полосковая антенна линейной или эллиптической поляризации содержит две пары соосных вибраторов, возбуждаемых радиальными отрезками ПЛ, соединенных в центре платы с коаксиальной или полосковой линией передачи, плечи которых расположены по обе стороны печатной платы. Расположенные на одной стороне платы плечи смежных вибраторов направлены в одну сторону, а плечи двух других вибраторов - в другую. Токи в соосных парах вибраторов синфазны и образуют ДH линейной поляризации с максимумом излучения по оси симметрии антенны. Плечи вибраторов расположены на круглой или прямоугольной печатной плате. Для формирования ДH эллиптической поляризации в радиальные отрезки ПЛ, питающие одну из пар ортогональных соосных вибраторов, последовательно включены четвертьволновые фазосдвигающие шлейфы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в линиях связи, системах линейной телемеханики, телеметрии, бортовых АФС, космонавтике, на скафандре космонавта, как элемент излучения В АР и других АФС.

Известна антенна линейной или эллиптической поляризации с осенаправленной диаграммой направленности (ДH) типа "волновой канал", содержащая вибратор, рефлектор и несколько директоров, симметрирующее устройство. Однако конструкция антенны имеет большие габариты, сложна в изготовлении и не экономична.

Hаиболее близкой по технической сущности к заявляемой полосковой антенне линейной или эллиптической поляризации является круглая вибраторная антенная решетка АР с линейной поляризацией, содержащая три вибратора, плечи которых расположены в одном направлении по периметру круглой печатной платы и запитываются радиальными отрезками двухпроводной полосковой линии (ПЛ) от коаксиальной линии передачи (КПЛ), подведенной к центру платы, перпендикулярно ее плоскости.

Однако АР формирует ДH линейной поляризации в форме тора. Hедостатком этой конструкции является то, что АР не формирует ДН линейной или эллиптической поляризации с максимумом излучения по оси симметрии антенны.

Техническим результатом изобретения является формирование полосковой антенной ДН линейной или эллиптической поляризации с максимумом излучения по оси симметрии антенны при сохранении простоты конструкции.

Технический результат достигается тем, что в полосковую антенну линейной или эллиптической поляризации, содержащую три вибратора, плечи которых расположены по обе стороны печатной платы, развернуты на 180^o относительно друг друга и возбуждаются радиальными отрезками полосковой линии, соединенными в центре платы с коаксиальной линией передачи, введен четвертый вибратор, образующий вместе с другими две пары соосных вибраторов, при этом расположенные на одной стороне платы плечи двух смежных вибраторов направлены в одну сторону, а плечи двух других смежных вибраторов в противоположную сторону. Соосные вибраторы синфазны и расположены вблизи периметра круглой или прямоугольной платы. В отрезки полосковых линией двух любых соосных вибраторов включены последовательно четвертьволновые шлейфы.

Сравнение с прототипом показывает, что заявляемая полосковая антенна линейной или эллиптической поляризации имеет четвертый вибратор, при этом плечи смежных вибраторов направлены в противоположные стороны относительно плеч двух других вибраторов и расположены вблизи периметра круглой или прямоугольной (квадратной) платы. Для формирования ДН линейной поляризации с максимумом излучения по оси симметрии антенны оси симметрии антенны оси соосных пар и плечи вибраторов расположены ортогонально или углом друг к другу. Для формирования ДН эллиптической поляризации оси соосных пар и вибраторы расположены ортогонально, в отрезки ПЛ одной из соосных пар включены четвертьволновые шлейфы для сдвига фазы тока ВЧ на 90^o в вибраторе 2 относительно фазы тока в вибраторе 1 и 270^o в вибраторе 4 относительно вибратора 1, а сдвиг фазы тока ВЧ на 180^o в вибраторе 3 осуществляется разворотом его в обратную сторону.

Как элементы АР полосковые антенны линейной или эллиптической поляризации соединяются отрезками ПЛ с коаксиальной или полосковой линией передачи и расположены на печатной плате АР.

Hа фиг. 1 представлена полосковая антенна линейной поляризации, на фиг. 2 полосковая антенна эллиптической поляризации.

Полосковая антенна линейной поляризации содержит вибраторы 1, 2, 3, 4, плечи которых расположены по обе стороны прямоугольной (квадратной) печатной платы 5; 6 отрезки ПЛ; КПЛ 7, 8 место пайки центрального проводника КПЛ, а наружный проводник КПЛ присоединен к кольцу 9. Мгновенное направление токов ВЧ в вибраторах показано стрелками вдоль вибраторов, мгновенное направление суммарного электрического поля вектор Е, а магнитного поля вектор H.

Hа фиг. 2 показаны: 1, 2, 3, 4, вибраторы, плечи которых расположены по обе стороны круглой печатной платы, отрезки ПЛ 6, КПЛ 7, а наружный проводник КПЛ присоединен к кольцу 9, четвертьволновые шлейфы 10 последовательно включенные в отрезки вибраторов 2 и 4.

Полосковая антенна работает следующим образом. Антенна запитывается как от коаксиальной, так и от полосковой линий передачи. Токи в соосных вибраторах 1, 2 и 3, 4 (фиг. 1), разнесенных на λ/2 синфазны и образуют электромагнитные поля. Мгновенное направление токов ВЧ показано стрелками. Токи, складываясь, формируют суммарное электромагнитное поле с максимумом излучения по оси симметрии антенны. Мгновенное направление проекции суммарной электрической плоскости поля вектор Е, магнитной вектор H.

Антенна расположена на круглой, прямоугольной или квадратной плате. Ширина ДН электрической плоскости вектора Е и магнитной H плоскости поля и полоса рабочих частот антенны зависит от угла между осями соосных пар и плечами вибраторов, при острых углах между осями антенна расположена на прямоугольной плате.

Для формирования ДН электромагнитного поля эллиптической поляризации две пары соосных вибраторов располагаются ортогонально, вблизи периметра круглой (фиг. 2) или квадратной платы, и питаются радиальными отрезками ПЛ, расположенными в пространстве под углом 90^o, т.е. вибратор 2 сдвинут в пространстве на 90^o относительно вибратора 1, вибратор 3 на 180^o, вибратор 4 на 270^o. Hо ток ВЧ во втором вибраторе сдвинут четвертьволновым фазосдвигающим шлейфом и отстает на 90^o относительно фазы тока в вибраторе 1, а в вибраторе 3 фазы тока сдвигается на 180^o разворотом вибратора в обратную сторону, в вибраторе 4 фаза тока ВЧ сдвигается четвертьволновым шлейфом на 90^o относительно вибратора 3 и на 270^o относительно вибратора 1. Таким образом формируется вращающееся (правое вращение) электромагнитное поле с ДН эллиптической поляризации и максимумом излучения по оси симметрии антенны.

Были собраны макеты полосковых антенн с линейной и эллиптической поляризацией на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита СФ-2-50 Г-3,0 ГОСТ 10316-78, с ПЛ шириной 3 мм (можно использовать фторопластовую плату, металлизированную с двух сторон, материал типа ФАФ-4С ТУ-6-05-041-739-80), расположенной на расстоянии λ/4 над экраном, и получены характеристики: КУ около 11 дБ, К_эл (по половинной мощности) более 0,5, КСВн менее 1,8 в диапазоне частот примерно 25% Таким образом, заявляемая полосковая антенна формирует ДН линейной или эллиптической поляризации с максимумом излучения по оси симметрии антенны и имеет малогабаритную упрощенную конструкцию на печатной плате без симметрирующего устройства, минимальное количество деталей, простоту, технологичность, экономичность, высокую воспроизводимость при изготовлении и надежность при эксплуатации.

Формула изобретения

1. Полосковая антенна линейной или эллиптической поляризации, содержащая три вибратора, плечи которых расположены по обе стороны печатной платы, развернуты на 180^o относительно друг друга и возбуждаются радиальными отрезками полосковой линии, соединенными в центре платы с коаксиальной линией передачи, отличающаяся тем, что введен четвертый вибратор, образующий вместе с другими две пары соосных вибраторов, при этом расположенные на одной стороне платы плечи двух смежных вибраторов направлены в одну сторону, а плечи двух других смежных вибраторов в противоположную сторону.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что соосные вибраторы синфазны и расположены вблизи периметра круглой или прямоугольной платы.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что в отрезки полосковых линий двух любых соосных вибраторов включены последовательно четвертьволновые шлейфы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2