Антенна

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является увеличение широкополостности, коэффициента усиления, КПД и коэффициента направленного действия. Технический результат достигается за счет того, что устройство, состоящее из двух отрезков проводников, каждый из которых размещен в параллельных плоскостях и выполнен в виде узких пластин и широких пластин, соединенных и чередующихся между собой вдоль продольной оси, при этом узкие пластины одного отрезка проводников расположены напротив широких пластин другого отрезка проводников, снабжено экраном, установленным ортогонально плоскостям размещения отрезков проводников с зазором относительно них. Для каждого из отрезков проводников одна из сторон узкой пластины совмещена со стороной широкой пластины с образованием прямолинейных параллельных линий, расположенных между отрезками проводников с одного из их краев. Середина отрезков проводников предназначена для подключения ЭДС с помощью коаксиального кабеля, центральная жила которого подсоединена к области края широкой пластины одного из отрезков проводников, а наружная жила соответственно к обращенному к ней краю широкой пластины другого из отрезков проводников. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах в качестве направленной антенны линейной поляризации.

Известна антенна, содержащая диэлектрическую подложку, два отрезка проводников, образующих фидерную линию, каждый из которых размещен на диэлектрической подложке и выполнен в виде узких прямоугольников и широких прямоугольников, соединенных и чередующихся между собой вдоль продольной оси отрезков проводников, причем узкие прямоугольники одного отрезка проводников расположены напротив широких прямоугольников другого отрезка проводников, а длина сторон узких и широких прямоугольников вдоль продольной оси отрезков проводников выбрана λ/2, где λ - длина средней рабочей волны (Патент РФ № 2227948. H01Q 1/38, опубл. 27.04.2004).

В этом устройстве два отрезка проводников размещены в одной плоскости на одной стороне поверхности диэлектрической подложки. Для каждого из отрезков проводников одна из сторон узкого прямоугольника совмещена со стороной широкого прямоугольника с образованием обращенных друг к другу параллельных линий между отрезками проводников. Для каждого из отрезков проводников введены прямоугольные пластины, расположенные на диэлектрической подложке в промежутках между широкими прямоугольниками с образованием щелевого зазора с узким прямоугольником и с соседним широким прямоугольником.

В устройстве возможно использование экрана, однако в нем ЭДС прикладывается в область пластин между узким и широким прямоугольниками, что создает набеги фаз, искажает диаграмму направленности (ДН), снижает коэффициент полезного действия (КПД) и коэффициент направленного действия (КНД). Кроме того, токи в отрезках проводников в известном устройстве текут попутно, что снижает широкополосность антенны и коэффициент усиления (КУ). Экран расположен под диэлектрической подложкой, т.е. параллельно плоскости расположения отрезков проводников, что снижает эффективность экранирования. Такую антенну сложно использовать в качестве двух симметричных вибраторов. Из-за введения прямоугольных пластин с образованием щелевого зазора с узким прямоугольником и с соседним широким прямоугольником конструкция антенны усложняется и ее нельзя использовать без диэлектрической подложки.

Наиболее близкой является антенна, содержащая два отрезка проводников, образующих фидерную линию, каждый из которых размещен в параллельных плоскостях и выполнен в виде узких пластин и широких пластин, исполненных прямоугольными, соединенных и чередующихся между собой вдоль продольной оси отрезков проводников, причем узкие пластины одного отрезка проводников расположены напротив широких пластин другого отрезка проводников, при этом для подключения ЭДС использован коаксиальный кабель, центральная жила которого подсоединена к одному отрезку проводника, а наружная соответственно к другому. (Патент США № 5339089, H01Q 1/38, опубл. 16.08.1994.)

В этой антенне два отрезка проводников могут быть выполнены без диэлектрической подложки или с ее использованием. В этом техническом решении края широких прямоугольных пластин одного отрезка проводников загнуты вдоль торцов (диэлектрической подложки) в направлении к узким прямоугольным пластинам другого отрезка проводников в виде желобов, а образованные желоба частично с торцов узких прямоугольных пластин окружают отрезок проводника. Узкие пластины расположены симметрично на одной продольной оси с широкими пластинами. Длина сторон узких и широких пластин вдоль продольной оси отрезков проводников выбрана λ2, где λ - средняя длина рабочей волны.

Это техническое решение имеет следующие ограничения.

Поскольку излучение осуществляется со стороны широких прямоугольников, а узкие прямоугольники выполняют только функцию отрезков линии соединения широких прямоугольников, то необходимо подавлять излучение от узких прямоугольников для обоих отрезков проводников. Принудительное подавление излучения для узких прямоугольников приводит к уменьшению общей излучающей поверхности и, как следствие, к уменьшению сопротивления излучения антенны. Таким образом, коэффициент полезного действия (КПД) и коэффициент направленного действия (КНД) уменьшается. В устройстве ЭДС прикладывается от коаксиального кабеля в область между узкой и широкой пластинами, что создает набеги фаз, искажает диаграмму направленности (ДН), снижает КПД и КНД. Такую антенну практически невозможно использовать в качестве двух симметричных вибраторов (отсутствует естественная симметрия).

Кроме того, известное техническое решение является конструктивно сложным. Трудно обеспечить точность совмещения желобов относительно узких прямоугольных пластин, необходимо технологически обрабатывать торцы диэлектрической пластины. Такая конструкция практически исключает возможность расположения антенны над плоским экраном с обеспечением равновеликого воздействия наведенных от плоского экрана сопротивлений для обоих отрезков проводников одновременно с целью обеспечения синфазного излучения.

Решаемая изобретением задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик антенны.

Технический результат, который может быть получен при выполнении антенны, - увеличение широкополосности, КУ, КПД и КНД, упрощение конструкции.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известной антенне, содержащей два отрезка проводников, образующих фидерную линию, каждый из которых размещен в параллельных плоскостях и выполнен в виде узких пластин и широких пластин, исполненных прямоугольными, с равными длинами продольных сторон, соединенных и чередующихся между собой вдоль продольной оси отрезков проводников, причем узкие пластины одного отрезка проводников расположены напротив широких пластин другого отрезка проводников, при этом для подключения ЭДС использован коаксиальный кабель, центральная жила которого подсоединена к одному отрезку проводника, а наружная соответственно к другому, согласно заявленному устройству введен экран, установленный ортогонально плоскостям размещения отрезков проводников с зазором относительно них, для каждого из отрезков проводников одна из сторон узкой пластины совмещена со стороной широкой пластины с образованием прямолинейных параллельных линий, расположенных в одной плоскости между отрезками проводников с одного из их краев, отрезки проводников служат симметричными вибраторами, середина отрезков проводников предназначена для подключения ЭДС коаксиальным кабелем, центральная жила которого подсоединена к области края широкой пластины одного из отрезков проводников, а наружная соответственно к обращенному к ней краю широкой пластины другого из отрезков проводников.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:

- была введена диэлектрическая пластина, а отрезки проводников были расположены на ее противоположных наружных поверхностях;

- был введен металлический короб;

- экраном служило бы днище металлического короба;

- диэлектрическая пластина была установлена в металлическом коробе посредством фиксаторов, закрепленных на его стенках;

- была введена радиопрозрачная крышка металлического короба;

- были введены слои диэлектрика, расположенные на наружных поверхностях отрезков проводников;

- длина сторон узких и широких пластин вдоль продольной оси отрезков проводников была выбрана λ/2, где λ - средняя длина рабочей волны.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшим вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.

Фиг.1 схематично в изометрии изображает заявленное устройство.

Фиг.2 - схематично вариант исполнения устройства, сечение в плоскости XZ на фиг.1.

Фиг.3 то же, что фиг 2, сечение в плоскости XY на фиг.1.

Антенна (фиг.1) содержит два отрезка 1 и 2 проводников, образующих фидерную линию. Каждый из отрезков 1 и 2 размещен в параллельных плоскостях и выполнен в виде узких пластин 3 и широких пластин 4, исполненных прямоугольными, соединенных и чередующихся между собой вдоль продольной оси отрезков 1 и 2. Узкие пластины 3 одного отрезка 1 проводников расположены напротив широких пластин 4 другого отрезка 2. Для подключения ЭДС использован коаксиальный кабель, центральная жила 5 которого подсоединена к одному отрезку 1 проводника, а наружная жила 6 соответственно к другому отрезку 2.

В устройство введен экран 7, установленный ортогонально плоскостям размещения отрезков 1 и 2 проводников с зазором W относительно них. Для каждого из отрезков 1 и 2 проводников одна из сторон узкой пластины 3 совмещена со стороной широкой пластины 4 с образованием прямолинейных параллельных линий, расположенных в одной плоскости между отрезками 1 и 2 проводников с одного из их краев. Отрезки 1 и 2 проводников служат симметричными вибраторами (на фиг.1 - I и I плечи одного вибратора, II и II - плечи другого вибратора). Середина отрезков 1 и 2 проводников предназначена для подключения ЭДС коаксиальным кабелем. Центральная жила 5 коаксиального кабеля подсоединена к краю (области) широкой пластины 4 одного из отрезков 1 проводников, а наружная жила 6 соответственно к обращенному к нему краю (области) широкой пластины 4 другого из отрезков 2 проводников.

В устройство (фиг.2, 3) может быть введена диэлектрическая пластина 8, а отрезки 1 и 2 проводников расположены на ее противоположных наружных поверхностях.

В устройство введен металлический короб 9.

Целесообразно, чтобы экраном 7 служило днище металлического короба 9.

Кроме того, диэлектрическая пластина 8 может быть установлена в металлическом коробе 9 посредством фиксаторов 10, закрепленных на его стенках.

Для герметизации может быть введена радиопрозрачная крышка 11 металлического короба (фиг.2).

Кроме того, для дополнительной герметизации могут быть введены слои 12 диэлектрика (фиг.3), расположенные на наружных поверхностях отрезков проводников.

Длина сторон узких и широких пластин 3, 4 вдоль продольной оси отрезков проводников выбрана λ/2, где λ - средняя длина рабочей волны.

Работает устройство следующим образом.

Как видно из фиг - 1, конструкция антенны реализует схему двух симметричных вибраторов с плечами одного вибратора I и I и плечами II и II другого. Причем в отличие от аналогов токи в отрезках 1 и 2 между пластинами протекают встречно. Плечи каждого из симметричных вибраторов, оставаясь параллельными друг другу, не лежат на одной прямой, а разделены промежутком, равным зазору ввода ЭДС возбуждения. Осуществляется эффективное использование энергии токов высоких частот, протекающих по отрезкам 1 и 2 в двух симметричных вибраторах без потери энергии на «паразитной» горизонтальной составляющей поля Е излучения. Дальняя сторона узких пластин 3 (неизлучающих) находится ближе к экрану 7, ортогональному относительно плоскостей расположения пластин отрезков 1 и 2, чем дальняя сторона широких пластин 4 (излучающих). За счет этого увеличивается КУ, КПД, КНД.

При использовании (фиг.2, 3) диэлектрической пластины 8 (подложки) и металлического короба 9 по сравнению с ближайшим аналогом удается упростить конструкцию. Диэлектрическая пластина 8 крепится в металлическом коробе 9 ортогонально его днищу при помощи фиксаторов 10, например зажимов. На металлический короб 9 надевается радиопрозрачная крышка 11. Весь пакет токонесущух отрезков 1 и 2 проводников может быть покрыт слоями 12 диэлектрика, например полиэтиленом или каким-либо иным радиопрозрачным герметиком.

Размеры экрана 7 (днища металлического короба 9) по оси Y определяют ширину диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости. Размеры длин плечей I-I и II-II симметричных вибраторов определяют ДН антенны в вертикальной плоскости.

Сравнительно с упомянутым аналогом - патентом РФ № 2227948 заявленное техническое решение представляет собой разворот отрезков 1 и 2 проводников друг к другу относительно продольной оси на 90° и новую связь подключения коаксиального кабеля. Относительно ближайшего аналога - патента США № 5339089 заявленное техническое решение представляет собой новую конфигурацию отрезков 1 и 2 проводников относительно экрана 7, а также новую, неизвестную ранее из уровня техники связь подключения коаксиального кабеля.

Заявленное техническое решение позволяет получить величины КУ до 17 дБ, увеличить широкополосность не менее чем на 50%.

Специалистам понятно, что возможно использование и других материалов или элементов конструкции, не изменяющих технической сущности заявленного устройства.

Наиболее успешно заявленная антенна может быть промышленно применима в качестве направленной антенны линейной поляризации, в частности как базовая антенна для транкинговой системы связи.

1. Антенна, содержащая два отрезка проводников, образующих фидерную линию, каждый из которых размещен в параллельных плоскостях и выполнен в виде узких пластин и широких пластин, исполненных прямоугольными, с равными длинами продольных сторон, соединенных и чередующихся между собой вдоль продольной оси отрезков проводников, причем узкие пластины одного отрезка проводников расположены напротив широких пластин другого отрезка проводников, при этом для подключения ЭДС использован коаксиальный кабель, центральная жила которого подсоединена к одному отрезку проводника, а наружная соответственно - к другому, отличающаяся тем, что введен экран, установленный ортогонально плоскостям размещения отрезков проводников с зазором относительно них, для каждого из отрезков проводников одна из сторон узкой пластины совмещена со стороной широкой пластины с образованием прямолинейных параллельных линий, расположенных в одной плоскости между отрезками проводников с одного из их краев, отрезки проводников служат симметричными вибраторами, середина отрезков проводников предназначена для подключения ЭДС коаксиальным кабелем, центральная жила которого подсоединена к области края широкой пластины одного из отрезков проводников, а наружная жила соответственно - к обращенному к ней области края широкой пластины другого из отрезков проводников.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что введена диэлектрическая пластина, а отрезки проводников расположены на ее противоположных наружных поверхностях.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что введен металлический короб.

4. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что экраном служит днище металлического короба.

5. Антенна по п.2 или 3, отличающаяся тем, что диэлектрическая пластина установлена в металлическом коробе посредством фиксаторов, закрепленных на его стенках.

6. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что введена радиопрозрачная крышка металлического короба.

7. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что введены слои диэлектрика, расположенные на наружных поверхностях отрезков проводников.

8. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что длина сторон узких и широких пластин вдоль продольной оси отрезков проводников выбрана λ/2, где λ - средняя длина рабочей волны.