Универсальная поляризационная зигзагообразная антенна

Авторы патента:

Калитенков Николай Васильевич (RU)

Загороднева Наталья Сергеевна (RU)

Милкин Владимир Иванович (RU)

Амелькин Дмитрий Андреевич (RU)

H01Q21/24 - комбинированные конструкции из антенных узлов, поляризованных в различных направлениях с целью передачи или приема волн с круговой или эллиптической поляризацией или же волн, линейно поляризованных в любом направлении

Владельцы патента RU 2399126:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГОУВПО "МГТУ") (RU)

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является оперативное изменение поляризации антенны, упрощение конструкции и повышение надежности антенны. Устройство содержит четыре одинаковых незамкнутых витка. Витки расположены в одной плоскости. Незамкнутые концы витков повернуты к центру антенны. Каждый виток относительно соседнего повернут на 90°. Витки представляют собой равнобедренные треугольники. Основания равнобедренных треугольников образуют квадрат. Боковые стороны треугольников являются общими для соседних треугольников. Незамкнутые концы витков выполняют роль клемм. К клеммам крест-накрест подключены два источника питания. 4 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах связи, в том числе спутниковых и с подвижными объектами, для радиоразведки и противодействия, обеспечения электромагнитной совместимости.

Известны зигзагообразные широкополосные антенны (Онищенко И.П. Приемные телевизионные антенны. - М.: ДОСААФ, 1989, стр.79-88, рис.45, 48, 51), в которых двойная треугольная антенна состоит из двух незамкнутых треугольных рамок, расположенных в одной плоскости и соединенных между собой. Все эти антенны обладают линейной поляризацией, жестко связанной с конструкцией антенны. Кроме того, для изменения плоскости поляризации необходимы механический поворот полотна антенны и приспособление, обеспечивающее симметрию работы плеч вибратора.

Известны спиральные антенны (Юрцев О.А., Рунов, А.В., Казарин А.Н. Спиральные антенны. - М.: «Сов. Радио», 1974, стр.114-116), представляющие собой регулярную спиральную линию, отрезок которой используется в качестве направителя антенны, возбуждаемого коаксиальной линией. Такие антенны обеспечивают прием и передачу с горизонтальной, вертикальной и круговой поляризацией. Однако они не обеспечивают достаточно оперативное изменение поляризации антенны. Кроме того, для работы с круговой поляризацией необходимо использовать не менее четырех витков, а это не только увеличивает и усложняет объем конструкции, но и снижает надежность антенны.

Известны турникетные антенны (Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 2. Пер. с нем. - М.: Данвел, 2005, стр.119), обеспечивающие работу с круговой и линейной поляризацией.

Турникетные антенны также не обеспечивают оперативное изменение поляризации антенны. Кроме того, турникетные антенны, как и спиральные, при переходе на линейную поляризацию снижают коэффициент усиления.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой антенне является зигзагообразная антенна, содержащая четыре одинаковых незамкнутых и выполненных в форме квадрата или ромба витка, незамкнутые концы которых повернуты к центру антенны, кроме того, каждый виток повернут на 90° относительно соседнего витка, при этом два витка являются основными, а два - дополнительными, двухпроводные линии питания, клеммы (патент № 2089020, опубл. 27.08.1997).

В этой зигзагообразной антенне два типовых зигзагообразных полотна, как и в турникетных антеннах, повернуты относительно друг друга на 90° и запитаны через линию питания, длина которой составляет четверть длины электромагнитной волны, то есть со сдвигом фазы на 90°. Таким образом, за счет усложнения конструкции, эта антенна обеспечивает работу с круговой и линейной поляризациями, но не обеспечивает оперативное изменение поляризации. Это обусловлено жесткой коммутацией через линию питания длиной в четверть волны дополнительного полотна антенны (дополнительных витков).

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в обеспечении оперативного изменения поляризации антенны, повышении надежности и упрощении конструкции антенны с включением в работу всех проводников. Для достижения указанного технического результата в универсальной поляризационной зигзагообразной антенне, содержащей четыре одинаковых и расположенных в одной плоскости незамкнутых витка, незамкнутые концы которых повернуты к центру антенны, при этом каждый виток повернут на 90° относительно соседнего витка, клеммы, источники питания, незамкнутые витки выполнены в форме равнобедренных треугольников, основания которых образуют квадрат, а боковые стороны треугольников являются общими для соседних треугольников и одновременно половиной диагонали квадрата, незамкнутые концы витков служат клеммами, к которым крест-накрест подключены источники питания.

Отличительными признаками предлагаемой универсальной поляризационной зигзагообразной антенны от указанной выше известной зигзагообразной антенны, наиболее близкой к ней, являются следующие:

- незамкнутые витки выполнены в форме равнобедренных треугольников,

- основания треугольников образуют квадрат,

- боковые стороны треугольников являются общими для соседних и одновременно половиной диагонали квадрата,

- незамкнутые концы витков служат клеммами,

- к клеммам крест-накрест подключены источники питания, что обеспечивает поворот плоскости поляризации.

Наличие этих признаков в предлагаемой универсальной поляризационной зигзагообразной антенне обеспечивает оперативное изменение поляризации. Кроме того, из-за существенного сокращения количества проводников значительно упрощена конструкция антенны, а также уменьшены ее размеры, что влечет за собой повышение ее механической прочности и надежности. Помимо этого, предложенное включение питания обеспечивает введение в действие всех проводников при приеме-передаче, независимо от используемой поляризации, что является определяющим в работе этой антенны.

Предлагаемая универсальная поляризационная зигзагообразная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 представлено схематичное изображение антенны, на фиг.2 - диаграмма направленности и основные электрические параметры антенны в режиме работы с вертикальной поляризацией, на фиг.3 - то же в режиме работы с горизонтальной поляризацией, на фиг.4 - то же в режиме работы с круговой поляризацией: а) - вертикальная составляющая, б) - горизонтальная составляющая.

Универсальная поляризационная зигзагообразная антенна (фиг.1) содержит четыре одинаковых незамкнутых витка 1, 2, 3, 4. Все витки 1, 2, 3, 4 расположены в одной плоскости. Незамкнутые витки 1, 2, 3, 4 выполнены в форме равнобедренных треугольников 1', 2', 3', 4' с основаниями соответственно 5, 6, 7, 8 и боковыми сторонами 9, 10, 11, 12. При этом боковая сторона 9 является общей для треугольников 1' и 4', а боковая сторона 10 - общей для треугольников 1' и 2', боковая сторона 11 - общей для треугольников 2' и 3', боковая сторона 12 - общей для треугольников 3' и 4'. Незамкнутые витки 1, 2, 3, 4 повернуты своими незамкнутыми концами 13₁, 13₂, 13₃, 13₄ к центру 14 антенны. Основания 5, 6, 7, 8 равнобедренных треугольников 1', 2', 3', 4' образуют квадрат (не обозначен). Боковые стороны 9, 10, 11, 12 равнобедренных треугольников 1', 2', 3', 4' являются половиной диагонали в квадрате. Незамкнутые концы 13_1,, 13₂, 13₃, 13₄ витков 1, 2, 3, 4 служат клеммами (не обозначены), к которым крест-накрест подключены источники питания 15, 16. Источник 16 питания подключен к клеммам 13₁ и 13₂. Источник 15 питания подключен к клеммам 13₃ и 13₄.

Универсальная поляризационная зигзагообразная антенна работает следующим образом.

Наведенный источником 16 питания ток протекает от клеммы 13₁ по боковой стороне 9, раздваиваясь на основания 5, 8 соответственно треугольников 1' и 4' и далее, через основания 7 и 6 соответственно треугольников 3' и 2', складываясь на боковой стороне 11, течет в клемму 13₂. При синфазном включении источников 15, 16 питания наведенный источником 15 питания ток от клеммы 13₃, при сдвиге фаз в 0°, одновременно с током из клеммы 13₁, но течет уже по боковой стороне 10, раздваиваясь на основания 5, 6 треугольников 1' и 2' и далее, через основания 7, 8 треугольников 3' и 4', складываясь на боковой стороне 12, течет в клемму 13₄. Таким образом, на верхней и нижней сторонах квадрата, т.е. на основаниях 5 и 7 равнобедренных треугольников 1' и 3' токи будут течь в противоположных направлениях, при этом компенсируясь, а на боковых стенках квадрата, т.е. на основаниях 6 и 8 равнобедренных треугольников 2' и 4' токи будут течь в одинаковых направлениях, т.е. удваиваясь и обеспечивая работу антенны в режиме вертикальной поляризации. При противофазном включении источников 15 и 16 питания, наводимые ими токи будут противоположны и, соответственно, на тех участках, на которых при синфазном включении токи складываются, будут вычитаться, а на тех участках, на которых компенсируются, будут складываться. Таким образом, при изменении фаз токов на 180° поляризация предлагаемой антенны изменяется на 90°, то есть антенна будет работать в режиме горизонтальной поляризации. В режиме круговой поляризации антенна будет работать со сдвигом фаз между источниками питания 15 и 16 в 90° и в зависимости от опережения или отставания фаз одного из источников питания относительно другого будет реализована круговая поляризация с правой или левой стороной вращения плоскости поляризации. Подключение крест-накрест источников 15 и 16 питания позволяет осуществлять поворот плоскости поляризации с соотношениями фазового сдвига между токами этих источников: 0° - для вертикальной поляризации; 180° - для горизонтальной поляризации; 90° - для круговой поляризации, величины которых можно оперативно изменять.

Работу универсальной поляризационной зигзагообразной антенны подтверждают результаты электронного моделирования в среде MMANA, о чем свидетельствуют диаграммы направленности в разных режимах работы антенны (фиг.2 - режим работы антенны с вертикальной поляризацией, фиг.3 - то же с горизонтальной поляризацией, фиг.4 - то же с круговой поляризацией). В этих режимах нет излучений с паразитными, не основными поляризациями. Кроме того, уменьшенный раздельно по графикам на 3 dBd коэффициент усиления, при суммировании, дает одно и то же усиление антенны в разных режимах, что также подтверждает очень хорошую работу предлагаемой в качестве изобретения антенны.

Универсальная поляризационная зигзагообразная антенна, содержащая четыре одинаковых и расположенных в одной плоскости незамкнутых витка, незамкнутые концы которых повернуты к центру антенны, при этом каждый виток повернут на 90° относительно соседнего витка, клеммы, источники питания, отличающаяся тем, что незамкнутые витки выполнены в форме равнобедренных треугольников, основания которых образуют квадрат, а боковые стороны треугольников являются общими для соседних треугольников и одновременно половиной диагонали квадрата, незамкнутые концы витков служат клеммами, к которым крест-накрест подключены источники питания.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в ОВЧ и УВЧ диапазонах.

Антенна // 2393597

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах с сигналами с круговой и линейной поляризациями. .

Антенная система // 2391751

Изобретение относится к антенным системам радиолокационных станций (РЛС) малогабаритного/миниатюрного исполнения с непрерывным режимом излучения. .

Компактная микрополосковая антенна без использования диэлектрика (варианты) // 2390890

Изобретение относится к антеннами и, в частности, к микрополосковым антеннам (МПА). .

Зигзагообразная антенна // 2365003

Двухполяризационная антенна // 2356143

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования, в частности, в качестве приемной или передающей антенны для радиосвязи на коротких волнах. .

Малогабаритная антенная система проходного типа (варианты) // 2297081

Изобретение относится к проходным фазированным антенным решеткам (ФАР) СВЧ-диапазона с электрическим сканированием луча и может быть использовано при проектировании ФАР, работающих на круговой поляризации поля и у которых размер апертуры в одной плоскости в 2-3 раза меньше размера апертуры в другой плоскости.

Печатная антенна с питанием от коммутационного поля печатной платы // 2295809

Изобретение относится к печатным антеннам с двойной поляризацией с питанием от расположенного на печатной плате коммутационного поля. .

Система излучателей с двойной поляризацией // 2288527

Изобретение относится к системе излучателей с двойной поляризацией, в частности для диапазона мобильной радиосвязи, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Плоская антенная решетка (варианты) // 2276437

Изобретение относится к плоским антенным решеткам для непосредственного приема спутникового телевидения. .

Компактная антенная система с расширенной полосой частот для уменьшения эффекта многолучевого приема сигналов // 2419930

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антеннам, в частности к микрополосковым антеннам для применения в системах GPS и GNSS

Сверхширокополосная антенна // 2431224

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным антеннам, и может найти применение в системах радиосвязи и радиолокации

Направленная универсальная поляризационная зигзагообразная антенна // 2474017

Изобретение относится к области радиотехники

Устройство для получения переключаемой поляризации сигнала // 2474936

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано на базовых станциях сети сотовой радиосвязи для обеспечения излучения сигнала с переключаемой поляризацией, а именно: возможностью установки линейной вертикальной поляризации, линейной горизонтальной поляризации или круговой поляризации правого или левого вращения, при использовании штатных антенн базовых станций с кросс-поляризацией, то есть двойной +45° и -45° наклонной поляризацией

Компактный у3ел возбуждения для создания круговой поляризации в антенне и способ получения такого компактного узла возбуждения // 2511488

Изобретение относится к устройству создания круговой поляризации в антенне. Технический результат - снижение омических потерь и упрощение конструкции устройства. Компактный узел возбуждения для создания круговой поляризации в антенне содержит разделительный ортомодовый преобразователь и ответвитель, при этом ортомодовый преобразователь, называемый ОМТ, является асимметричным и содержит основной волновод квадратного или круглого сечения с продольной осью ZZ' и две ветви, соединенные с основным волноводом соответственно двумя щелями параллельного соединения, при этом обе соединительные щели выполнены в двух ортогональных стенках основного волновода, при этом обе ветви ОМТ связаны соответственно с двумя волноводами неуравновешенного ответвителя, при этом ответвитель имеет два разных коэффициента деления (α, β), оптимизированные таким образом, чтобы компенсировать ортогональные паразитные составляющие (δу, δх) электрического поля, возникающие из-за асимметрии ОМТ. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 13 ил.

Антенная система // 2514143

Изобретение относится к радиотехнике. Техническим результатом является обеспечение автоматической настройки антенной системы на вертикальную поляризацию при произвольной пространственной ориентации самой антенной системы. Антенная система содержит три электрических или три магнитных антенны с взаимно ортогональной поляризацией по осям X, Y и Z, три умножителя, сумматор, три балансных модулятора и трехосевой акселерометр, приемные выходы антенн соединены по одному с первыми входами умножителей, выходы умножителей соединены по одному с отдельными входами сумматора, выход сумматора является приемным выходом антенной системы, передающий вход антенной системы связан с первыми входами балансных модуляторов, выходы балансных модуляторов связаны по одному с передающими входами антенн, оси чувствительности акселерометра x, у и z параллельны осям поляризации антенн X, Y и Z, соответственно, выходы акселерометра по осям x, у и z связаны по одному со вторыми входами умножителей и балансных модуляторов, связанных с антеннами, поляризованными по осям X, Y и Z, соответственно. Векторы поляризации антенной системы на передачу и на прием автоматически настраиваются по вертикали, независимо от пространственной ориентации самой антенной системы, чем достигается согласованная поляризация антенных систем приемника и передатчика, разнесенных в горизонтальной плоскости. 1 ил.

Антенна // 2530242

Изобретение относится к области антенно-фидерных устройств и может быть использовано, например, в качестве направленной двухполяризационной антенны с ортогональными поляризациями в дециметровом диапазоне волн. Технический результат - расширение рабочего диапазона широт, увеличение коэффициента направленного действия и коэффициента усиления при уменьшении габаритных размеров. Антенна, содержащая квадратную металлическую пластину, расположенную над металлическим экраном параллельно ему, отличающаяся тем, что в середине сторон квадратной металлической пластины выполнены прорези, перпендикулярные ее сторонам, меньшие по длине, чем половина длины стороны квадратной металлической пластины, к противолежащим прорезям синфазно присоединены два отрезка равной длины коаксиального кабеля, соединенные параллельно в центральной области квадратной металлической пластины, к их общей точке присоединен входной кабель, проходящий к металлическому экрану через центр квадратной металлической пластины, причем высота установки квадратной металлической пластины над металлическим экраном лежит в пределах до половины ее стороны. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство возбуждения квадратного волновода // 2634334

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к элементам и узлам СВЧ-трактов антенн с круговой поляризацией поля излучения, и может быть использовано для возбуждения волноводных поляризационных секций квадратного поперечного сечения. Устройство содержит плавный волноводный переход от прямоугольного поперечного сечения к квадратному поперечному сечению, вход которого соединен с прямоугольным волноводом, при этом стороны поперечного сечения прямоугольного волновода повернуты на 45° относительно сторон поперечного сечения выхода плавного волноводного перехода. В прямоугольном волноводе введены короткозамыкатель (короткозамыкающая стенка) и металлические пластины, каждая из которых установлена в центре соответствующей широкой стенки прямоугольного волновода, при этом симметрично относительно продольной оси. В плавном волноводном переходе симметрично относительно продольной оси размещены металлические гребни с изменяющимся зазором между ними, при этом в одном из металлических гребней, в плоскости сочленения плавного перехода и волновода с прямоугольным поперечным сечением, расположена коаксиальная линия, центральный проводник которой удлинен в зазор между металлическими гребнями и соединен с другим гребнем, при этом металлические пластины и гребни лежат в одной плоскости продольного сечения всего устройства возбуждения квадратного волновода. Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров устройства возбуждения и в подавлении высших типов волн в нем. 2 ил.

Треугольно-дуговая антенна круговой поляризации милкина-калитёнкова // 2640095

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для работы на радиолиниях систем дальней связи, в беспроводных сетях, в системах телеуправления и навигации. Антенна содержит четыре изогнутых вибратора. Вибраторы расположены попарно над экраном во взаимно ортогональных плоскостях. Каждый вибратор выполнен в виде половины скобы и имеет линейный участок и изогнутый участок. Изогнутые участки замкнуты на экран. Линейные участки параллельны экрану, их концы расположены вблизи центра антенны и возбуждены равноамплитудно с прогрессивным 90°-м сдвигом по фазе. Длина вибраторов антенны не менее 0,25 средней длины волны. Параллельно экрану перед вибраторами во взаимно ортогональных плоскостях расположены линейные директоры длиной 0,4 средней длины волны. Концы линейных директоров кондуктивно соединены проводниками длиной 0,3 средней длины волны с точками возбуждения вибраторов. Между вибраторами и линейными директорами параллельно плоскости экрана установлен кольцевой директор с центром на оси антенны. Длина окружности кольцевого директора равна средней длине волны. Технический результат заключается в повышении коэффициента усиления, упрощении устройства питания, обеспечении работы в режимах круговой и линейной поляризаций с более высоким качеством согласования и меньшей эллиптичностью круговой поляризации. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.