Широкополосная зигзагообразная антенна
Владельцы патента RU 2324268:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мурманский государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к антенной технике. Технический результат заключается в создании широкополосной электрической моноантенны с неизменной формой двусторонней диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в полосе рабочих частот для приемо-передачи электромагнитных волн линейной поляризации. Сущность изобретения состоит в том, что широкополосная зигзагообразная антенна содержит неполный зигзагообразный вибратор из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок. Рамки расположены в вертикальной плоскости одна над другой. Каждая треугольная рамка неполного зигзагообразного вибратора дополнительно снабжена двумя одинаковыми замкнутыми треугольными рамками. Замкнутые треугольные рамки имеют общее основание. Это общее основание совпадает с основанием треугольных рамок неполного вибратора. Боковые стороны замкнутых треугольных рамок равны боковым сторонам незамкнутых треугольных рамок. Попарно замкнутые треугольные рамки образуют в горизонтальной плоскости плоскостную фигуру ромб. Ромбы выполняют роль емкостных нагрузок. 7 ил.
Изобретение относится к антенной технике, в частности к широкополосным зигзагообразным антеннам (преимущественно метрового и дециметрового диапазона длин волн), и может использоваться в радиотехнических системах различного назначения, например в радиопеленгации, в качестве самостоятельной электрической антенны с неизменной формой диаграммы двусторонней направленности в горизонтальной плоскости в полосе рабочих частот.
Известен симметричный электрический вибратор (Марков Г.Т. Антенны. - М.: Госэнергоиздат, 1960, стр.30-41), представляющий собой прямолинейный цилиндрический проводник, запитываемый в центре, который обладает при длине полувибраторов, равной λ/4, ярко выраженной двусторонней восьмерочной диаграммой направленности.
Однако при изменении рабочей частоты форма диаграммы направленности также изменяется и при длине полувибратора, равной λ, в направлении, перпендикулярном оси вибратора, появляется глубокий провал до 0.
Известны рамочные магнитные антенны (Долуханов М.П. Антенны излучают! - М.: «Связь», 1973, стр.47-54), обладающие стабильной формой двусторонней диаграммы направленности, сохраняющие свои параметры при периметре, равном около 0,1·λ, но не обеспечивающие должного коэффициента усиления.
Известна широкополосная петлевая антенна (Пат. РФ №2212081, опубл. 07.09.2002), содержащая две проводящие петли, расположенные в одной плоскости и ориентированные своими концами навстречу друг другу, две идентичные проводящие дугообразные перемычки, расположенные в плоскости петель и направленные выпуклостью внутрь петель, согласующий трансформатор, имеющий два противофазных входа, соединенных с первыми концами петель, и цепочку из последовательно соединенных резистора и катушки индуктивности, включенных между вторыми концами первой и второй петель, при этом концы первой и второй перемычек соединены с проводниками первой и второй петель на расстояниях соответственно 0.08...0.12 и 0.32...0.48 периметра отдельной петли, которая при всей сложности и уменьшает частотную зависимость импеданса антенны, а также не обеспечивает неизменности формы диаграммы направленности в рабочем диапазоне длин волн.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является двойная треугольная антенна (Онищенко И.П. Приемные телевизионные антенны. - М.: ДОСААФ, 1989, стр.84-85), содержащая зигзагообразное полотно из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок, расположенных в одной вертикальной плоскости одна над другой, повернутых друг к другу незамкнутыми углами, которые соединены между собой с образованием точек питания.
Недостатками прототипа являются сравнительно узкая рабочая полоса частот и изменение формы двусторонней диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в зависимости от изменения частоты в рабочем диапазоне волн.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, состоит в создании широкополосной электрической моноантенны с неизменной формой двусторонней диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в полосе рабочих частот для приемо-передачи электромагнитных волн линейной поляризации.
Это достигается тем, что в широкополосной зигзагообразной антенне, содержащей неполный зигзагообразный вибратор, состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок, расположенных в одной вертикальной плоскости одна над другой, соединенных друг с другом с образованием точек питания и имеющих по две одинаковых боковых стороны и основанию, каждая незамкнутая треугольная рамка неполного зигзагообразного вибратора дополнительно снабжена двумя одинаковыми замкнутыми треугольными рамками с боковыми сторонами, равными боковым сторонам незамкнутых треугольных рамок, и образующими попарно в плоскости, перпендикулярной плоскости неполного зигзагообразного вибратора, плоскостную фигуру ромб, и имеющими общее основание, совпадающее с основанием незамкнутых треугольных рамок неполного зигзагообразного вибратора, противолежащие общим основаниям углы в замкнутых треугольных рамках соединены друг с другом и с серединой общего основания проводником.
Отличительными признаками предлагаемой антенны от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является наличие в ней двух емкостных нагрузок, выполненных в виде плоскостных фигур ромбов, каждый из ромбов составлен из двух одинаковых замкнутых треугольных равнобедренных рамок с общим основанием, совпадающим с основанием незамкнутых треугольных рамок неполного зигзагообразного вибратора. Боковые стороны замкнутых треугольных рамок равны боковым сторонам незамкнутых треугольных рамок неполного зигзагообразного вибратора. Ромбы расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости неполного зигзагообразного вибратора. Углы, противолежащие общему основанию в замкнутых треугольных рамках, соединены между собой и с серединой общего основания проводником.
Благодаря наличию этих признаков обеспечены неизменная форма двусторонней диаграммы направленности антенны в широком диапазоне частот, эффект укорочения, а также эффект расширения полосы пропускания в более низкочастотную часть.
Предлагаемая широкополосная зигзагообразная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-7.
На фиг.1 представлен общий вид антенны, на фиг.2 - диаграмма направленности антенны-прототипа, на фиг.3 - график зависимости сопротивления антенны-прототипа от частоты, на фиг.4 - график зависимости коэффициента усиления антенны-прототипа от частоты, на фиг.5 - диаграмма направленности предлагаемой антенны, на фиг.6 - график зависимости коэффициента усиления предлагаемой антенны от частоты, на фиг.7 - график зависимости сопротивления предлагаемой антенны от частоты.
Широкополосная зигзагообразная антенна (фиг.1) содержит неполный зигзагообразный вибратор (не обозначен), состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок 1, 2. Рамки 1, 2 расположены в одной вертикальной плоскости одна над другой и соединены друг с другом с образованием точек питания 17 (фиг.1). Треугольная рамка 1 дополнительно снабжена двумя одинаковыми равнобедренными замкнутыми треугольными рамками 3, 4 (фиг.1), которые имеют общее основание 7. Это же основание 7 является и основанием незамкнутой треугольной рамки 1. Боковые стороны 11 треугольной рамки 1 равны боковым сторонам 12 рамки 3 и боковым сторонам 13 рамки 4. Рамки 3, 4 расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости неполного зигзагообразного вибратора, т.е. горизонтально, и образуют в этой плоскости плоскостную фигуру ромб. Противолежащие общему основанию 7 углы α в треугольных рамках 3, 4 соединены между собой и одновременно с центром общего основания 7 проводником 9. Треугольная рамка 2 также дополнительно снабжена такими же одинаковыми равнобедренными замкнутыми треугольными рамками 5, 6, которые имеют общее основание 8 (фиг.1). Это же основание 8 является и основанием незамкнутой треугольной рамки 2. Боковые стороны 14 треугольной рамки 2 равны боковым сторонам 15 треугольной рамки 5 и боковым сторонам 16 рамки 6. Рамки 5, 6 расположены также в плоскости, перпендикулярной плоскости неполного зигзагообразного вибратора, т.е. горизонтально, и образуют в этой плоскости плоскостную фигуру ромб. Противолежащие общему основанию 8 углы α в треугольных рамках 5, 6 также соединены между собой и одновременно с центром общего основания 8 проводником 10.
Широкополосная зигзагообразная антенна работает следующим образом.
Неполный зигзагообразный вибратор, состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок 1, 2, работает в широком диапазоне частот. Дополнительное снабжение каждой из треугольных рамок 1 и 2 двумя одинаковыми замкнутыми треугольными рамками соответственно 3, 4 и 5, 6, которые попарно образуют в горизонтальной плоскости плоскостные фигуры ромбы, приводит к более оптимальному распределению токов во всем диапазоне рабочих частот в треугольных рамках 1, 2 неполного зигзагообразного вибратора и обеспечивает двустороннюю без провалов в высокочастотной части направленность антенны классического типа в виде восьмерки во всем рабочем диапазоне длин волн, а также ее стабильную форму во всем рабочем диапазоне частот при линейной поляризации. Кроме того, построенные попарно из дополнительных одинаковых замкнутых треугольных рамок 3, 4 и 5, 6 ромбы выполняют роль емкостных нагрузок и обеспечивают не только эффект укорочения, но и расширяют диапазон частот работы с неизменной (однообразной) диаграммой направленности всей антенны.
Преимущества предлагаемой антенны по сравнению с антенной-прототипом наглядно представлены на чертежах (фиг.2-7). Из них следует, что предлагаемая антенна работает в широком диапазоне частот с неизменной диаграммой направленности (фиг.5), что очень важно для радиопеленгации. Кроме этого, для предлагаемой антенны характерно постоянство коэффициента усиления во всем рабочем диапазоне частот (фиг.6). Изменения активной и реактивной составляющих входного сопротивления предлагаемой антенны практически остаются постоянными во всем диапазоне длин радиоволн, за исключением узкого участка, который может быть сдвинут путем пропорционального изменения геометрических размеров антенны (фиг.7).
Широкополосная зигзагообразная антенна, содержащая неполный зигзагообразный вибратор, состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок, расположенных в одной вертикальной плоскости одна над другой, соединенных друг с другом с образованием точек питания и имеющих по две одинаковых боковых стороны и основанию, отличающаяся тем, что каждая незамкнутая треугольная рамка неполного зигзагообразного вибратора дополнительно снабжена двумя одинаковыми замкнутыми треугольными рамками с боковыми сторонами, равными боковым сторонам незамкнутых треугольных рамок, и образующими попарно в плоскости, перпендикулярной плоскости неполного зигзагообразного вибратора, плоскостную фигуру ромб, и имеющими общее основание, совпадающее с основанием незамкнутых треугольных рамок неполного зигзагообразного вибратора, противолежащие общим основаниям углы в замкнутых треугольных рамках соединены друг с другом и с серединой общего основания проводником.
