Зигзагообразная антенна с рефлектором

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в широком диапазоне радиоволн в качестве приемной или передающей антенны со специальной диаграммой направленности (ДН) в азимутальной плоскости. Техническим результатом является создание высокоэффективной антенны, имеющей узкую ДН в направлении максимального излучения и высокий уровень бокового излучения слева или справа от главного лепестка. В зигзагообразной антенне с рефлектором, содержащей активный излучающий элемент в виде двух одинаковых металлических ромбических рамок, расположенных симметрично относительно точки питания, и плоский металлический рефлектор, расположенный в плоскости, параллельной активному излучающему элементу, на расстоянии h≅0,25λ₀ от него (где λ₀ - средняя длина волны рабочего диапазона), центр симметрии рефлектора сдвинут вдоль продольной оси излучающего элемента так, чтобы проекция центра излучающего элемента на плоскость расположения рефлектора находилась вне рефлектора на расстоянии d = (0-0,18)λ₀ от края рефлектора. 3 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в широком диапазоне радиоволн в качестве приемной или передающей антенны со специальной диаграммой направленности в азимутальной плоскости.

Известна вибраторная антенна (см. "Антенно-фидерные устройства систем сухопутной и подвижной связи". А.Л.Бузов, Л.С.Казанский, В.А.Романов, Ю.М. Сподобаев. М. "Радио и связь". 1997 г., стр.49-51), представляющая собой симметричный вибратор, расположенный на расстоянии (0,2-0,25)λ₀ над вертикальной металлической опорой (аналог). Однако эта простая по конструкции антенна имеет симметричную широкую диаграмму направленности в азимутальной плоскости, что приводит к ограничению коэффициента усиления антенны.

Среди известных решений наиболее близкой по технической сущности к заявленному объекту является антенна-прототип "Зигзагообразная антенна с рефлектором" (см. К. П.Харченко "УКВ-антенны" - М. ДОСААФ. 1969 г., стр.93-96). Антенна состоит из активного излучающего элемента в виде двух металлических рамок и плоского рефлектора. Рефлектор размещен параллельно плоскости расположения зигзагообразной антенны симметрично относительно точки питания (геометрического центра излучающего элемента). Антенна имеет высокий коэффициент усиления и достаточно узкую ДН в азимутальной плоскости. Однако в прототипе также невозможно получение несимметричной ДН с большим уровнем бокового излучения слева или справа от основного лепестка, т.к. у антенны-прототипа - симметричная ДН с малым уровнем бокового излучения.

Задачей изобретения является создание антенны с высоким коэффициентом усиления в заданном направлении и несимметричной ДН с большим уровнем бокового излучения слева или справа от максимума ДН.

Указанный технический результат достигается тем, что в зигзагообразной антенне, состоящей из активного излучающего элемента в виде двух одинаковых металлических ромбических рамок, расположенных симметрично относительно точки питания, и плоского металлического " рефлектора, расположенного в плоскости, параллельной активному излучающему элементу, на расстоянии h≅0,25λ₀ от него, центр симметрии рефлектора сдвинут вдоль продольной оси излучающего элемента таким образом, чтобы проекция центра излучающего элемента на плоскость расположения рефлектора находилась вне рефлектора на расстоянии d = (0-0,18)λ₀ от его края, где λ₀ - средняя длина волны рабочего диапазона частот.

Зигзагообразная антенна с рефлектором со специальной диаграммой направленности представлена на фиг. 1.

Зигзагообразная антенна содержит активный излучающий элемент 1, состоящий из двух одинаковых металлических ромбических рамок. Последние расположены симметрично относительно центра Ц излучающего элемента 1, вблизи которого находится точка питания, к которой необходимо подключить коаксиальный кабель (как в известных конструкциях зигзагообразных антенн, например в прототипе). На расстоянии h≅0,25λ₀ от плоскости размещения активного излучающего элемента 1 параллельно ей расположен металлический рефлектор 2, представляющий собой прямоугольник с размерами a х b, где величина a может находиться в пределах (0,55-1)λ₀ и b - в пределах (0,5-0,9)λ₀. Металлический рефлектор 2 сдвинут вдоль оси OY так, чтобы расстояние d между проекцией центра Ц излучающего элемента 1 на плоскость ZOY и краем металлического рефлектора 2 составило (0-0,18)λ₀. Металлический рефлектор 2 может быть выполнен как из сплошного металлического листа, так и в виде решетки из металлических проводников, параллельных оси OZ. Антенна работает следующим образом. Электромагнитная энергия через коаксиальный кабель подводится к точке питания активного излучающего элемента 1 и распределяется между левой и правой металлическими рамками. Диаграммы направленности левой и правой металлических рамок оказываются разными, т. к. на левую рамку металлический рефлектор 2 влияет гораздо меньше, чем на правую рамку. Результирующая диаграмма направленности антенны образуется за счет сложения электромагнитных полей каждой рамки, при этом максимум диаграммы направленности в плоскости вектора H направлен вдоль оси X (с возможным отклонением до ±15^o), а уровень бокового излучения слева от него значительно больше, чем справа. Для получения уровня бокового излучения справа, большего, чем слева, необходимо изменить положение металлического рефлектора 2 симметрично относительно точки Ц.

Для получения повышенного коэффициента усиления возможно использование антенной решетки из таких антенн, размещенных в вертикальной плоскости одна под другой с периодом включения T = (0,6-1,1)λ₀. Для доказательства работоспособности антенны авторами проведен эксперимент в диапазоне частот 150-170 МГц. В качестве активного излучающего элемента взяты две рамки с длиной плеча 0,25λ₀, расстояние h между излучателем и рефлектором составило 0,16λ₀, а расстояние d = 0,09λ₀. Размеры рефлектора составили a = 0,7λ₀, b = 0,85λ₀. В ходе эксперимента КСВН в диапазоне частот был не хуже 1,5, а диаграммы направленности в H и E плоскостях приведены на фиг.2 и 3 соответственно.

Полученные экспериментальные данные подтверждают факт достижения технического результата - получения несимметричной ДН антенны с уровнем бокового излучения с одной стороны от максимума ДН значительно большим, чем с другой стороны.

Формула изобретения

Зигзагообразная антенна с рефлектором, содержащая активный излучающий элемент в виде двух одинаковых металлических ромбических рамок, расположенных симметрично относительно точки питания, и плоский металлический рефлектор, расположенный в плоскости, параллельной активному излучающему элементу, на расстоянии h≅0,25λ₀ от него, отличающаяся тем, что центр симметрии рефлектора сдвинут вдоль продольной оси излучающего элемента так, чтобы проекция центра излучающего элемента на плоскость расположения рефлектора находилась вне рефлектора на расстоянии d = (0-0,18)λ₀ от его края, где λ₀ - средняя длина волны рабочего диапазона частот.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3