Широкополосная антенна в форме лопасти, имеющая внешний профиль в форме воздушного змея

Изобретение относится к антенной технике. Широкополосная антенна (10) с несимметричным вибратором в форме лопасти, содержащая: корпусную часть (20), выполненную по существу плоской и задающую двухмерную плоскость, вдоль которой проходит корпусная часть, при этом корпусная часть задает внешний периметр (30), имеющий четыре стороны (32а, 32b, 34а, 34b), которые сгруппированы в две пары сторон одинаковой длины (L1, L2). Указанные две пары сторон одинаковой длины размещены с непосредственным примыканием друг к другу. Причем широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти обеспечивает ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной по меньшей мере 100%. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Раскрытая система относится к антенне, в частности к широкополосной антенне с несимметричным вибратором в форме лопасти, выполненной по существу плоской и имеющей внешний периметр в форме воздушного змея.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Антенны обычно используются для преобразования электрической энергии в излучаемую волну и наоборот. В настоящее время существует множество типов антенн, выбор которых для использования может быть произведен в зависимости от конкретного применения. Например, отличительным признаком широкополосной антенны может считаться относительно широкая полоса пропускания, что делает широкополосную антенну весьма привлекательной для решения некоторых задач. В общем случае, широкополосная антенна обеспечивает ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной по меньшей мере приблизительно 100% и работает на частоте, превышающей приблизительно на двадцать пять процентов свою центральную рабочую частоту.

[003] Хотя широкополосные антенны имеют множество преимуществ, непростой задачей может оказаться производство недорогой широкополосной антенны, имеющей конкретные рабочие характеристики, необходимые для конкретного применения. Некоторые примеры рабочих характеристик антенны включают в себя, помимо прочего, ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, электрическую длину или электрический размер, коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) на определенной частоте, диаграммы направленности, аэродинамические качества и ограничения по компоновке. В частности, непростой задачей может оказаться производство широкополосной антенны, которая имеет относительно большую ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, и которая представляет собой электрически малую антенну, а также относительно недорога в производстве. Таким образом, в данной области техники существует постоянная потребность в экономически эффективной широкополосной антенне, которая является относительно простой и недорогой в изготовлении.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[004] Раскрытая антенна является широкополосной антенной с несимметричным вибратором в форме лопасти, которая имеет относительно простую конструкцию, а также недорога в изготовлении. В этой связи, антенна может быть изготовлена с использованием относительно малозатратных производственных процессов, таких как, помимо прочего, штамповка металла. Кроме того, для указанной антенны обычно не требуется ни механической обработки, ни каких-либо иных трудоемких процессов изготовления. И, наконец, следует отметить, что общий внешний профиль в форме воздушного змея, как видно из фигур чертежей, может улучшить эффективность и общую аэродинамическую форму антенны.

[005] Согласно одному аспекту раскрыта широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти включает в себя корпусную часть, выполненную по существу плоской и задающую двухмерную плоскость, вдоль которой проходит корпусная часть. Корпусная часть задает внешний периметр, имеющий четыре стороны. Указанные четыре стороны сгруппированы в две пары сторон одинаковой длины, размещенные с непосредственным примыканием друг к другу. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти обеспечивает ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной по меньшей мере приблизительно 100%.

[006] Согласно еще одному аспекту раскрыта широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти имеет корпусную часть, которая является цельной деталью, высота которой относится к ее ширине как 9,2 к 8,4. Корпусная часть выполнена по существу плоской и задает двухмерную плоскость, вдоль которой проходит корпусная часть. Корпусная часть задает внешний периметр в форме воздушного змея, имеющий четыре стороны. Указанные четыре стороны сгруппированы в две пары сторон одинаковой длины, размещенные с непосредственным примыканием друг к другу. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти обеспечивает ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной по меньшей мере приблизительно 100%.

[007] Другие цели и преимущества раскрытого способа и системы будут очевидны из последующего описания, прилагаемых чертежей и прилагаемой формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[008] На ФИГ. 1 приведен вид спереди раскрытой в изобретении антенны, соединенной с точкой питания и плоскостью заземления; а

[009] на ФИГ. 2 приведен один иллюстративный вариант реализации антенны, показанный на ФИГ. 1, высота которой относится к ее ширине как 9,2 к 8,4.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] На ФИГ. 1 приведена иллюстрация раскрытой антенны 10. В раскрытых вариантах реализации изобретения антенна 10 может быть широкополосной антенной с несимметричным вибратором в форме лопасти. Иными словами, антенна 10 обеспечивает ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной по меньшей мере приблизительно 100% и работает на частоте, превышающей приблизительно на двадцать пяти процентов свою центральную рабочую частоту. В одном иллюстративном варианте реализации изобретения, который описан более подробно ниже и показан на ФИГ. 2, антенна 10 может обеспечить ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной приблизительно 184,6%. Тем не менее, следует отметить, что раскрытая антенна 10 не ограничена конкретным вариантом реализации изобретения, как показано на ФИГ. 2. Антенна 10 может быть использована для работы на очень высоких частотах (ОВЧ), а также на ультравысоких частотах (УВЧ).

[0011] Как показано на ФИГ. 1, антенна 10 может иметь корпусную часть 20. Корпусная часть 20 антенны 10 может быть выполнена по существу плоской, задавая, таким образом, относительно плоскую двухмерную плоскость, вдоль которой проходит корпусная часть 20. В частности, в одном варианте реализации изобретения антенна 10 может быть выполнена по существу плоской, так что искажения вдоль двухмерной плоскости, задаваемой корпусной частью 20, не превышают 0,5 дюйма (1,27 см). В одном варианте реализации изобретения корпусная часть 20 антенны 10 может быть выполнена из металлического материала такого как, например, алюминий, или любого другого проводящего материала. В другом варианте реализации изобретения антенна 10 может быть выполнена из материала в виде печатной платы. Следует отметить, что антенна 10 может быть создана с использованием относительно простых малозатратных процессов изготовления, благодаря чему снижается общая стоимость антенны 10. Например, при одном подходе антенна 10 может представлять собой штампованную металлическую деталь, для которой требуется минимальная механическая обработка или вообще не требуется ни механическая обработка, ни какие-либо иные трудоемкие процессы изготовления.

[0012] В неограничивающем варианте реализации изобретения, показанном на ФИГ. 1, корпусная часть 20 антенны 10 является цельной деталью. Иными словами, вдоль внешней поверхности 24 антенны 10 нет никаких отверстий, щелей, полостей, выемок или неровностей других типов. Следует отметить, что такие признаки, как отверстия, щели или иные неровности вдоль внешней поверхности 24 корпусной части 20 могут приводить к удорожанию и усложнению антенны 10. При этом также следует отметить, что выполнение антенны 10 не ограничено только цельным телом. В другом варианте реализации изобретения антенна 10 может включать в себя неровности, такие как отверстия или щели. Однако следует отметить, что такие признаки могут приводить к увеличению общих затрат на изготовление антенны 10.

[0013] В показанном варианте реализации изобретения антенна 10 имеет внешний периметр 30. Внешний периметр 30 антенны 10 имеет четыре стороны: сторону 32а, сторону 32b, сторону 34а и сторону 34b. Как видно из ФИГ. 1, стороны 32а, 32b расположены вдоль нижней части 36 антенны 10. Каждая сторона 32а, 32b имеет длину L1. Стороны 32а, 32b равны друг другу по длине. Стороны 34а, 34b расположены вдоль верхней части 38 антенны 10. Каждая сторона 34а, 34b имеет длину L2. Стороны 34а, 34b равны друг другу по длине.

[0014] Как видно из ФИГ. 1, длина L1 сторон 32а, 32b меньше, чем длина L2 сторон 34а, 34b антенны 10. Кроме того, внешний периметр 30 антенны 10 задает внешний профиль, имеющий в целом форму воздушного змея. В частности, внешний периметр 30 антенны 10 в форме воздушного змея образует четырехугольник, имеющий четыре стороны 32а, 32b, 34а, 34b, а также четыре вершины или угла 40а, 40b, 40с, 40d. Также следует отметить, что четыре стороны 32а, 32b, 34а, 34b внешнего периметра 30 антенны 10 могут быть сгруппированы в две пары сторон одинаковой длины, размещенные с непосредственным примыканием друг к другу. В частности, стороны 32а, 32b антенны 10, которые равны друг другу по длине, размещены с непосредственным примыканием друг к другу. Кроме того, стороны 34а, 34b антенны 10, которые также равны друг другу по длине, также размещены с непосредственным примыканием друг к другу. Также, корпусная часть 20 симметрична относительно своей продольной оси А-А.

[0015] В одном неограничивающем варианте реализации изобретения угол 40а, расположенный в нижней части 50 антенны 10, может быть электрически соединен с точкой 52 питания. Точка 52 питания может быть соединена с плоскостью 54 заземления. Плоскость 54 заземления может быть проводящей плоскостью, такой как, например, обшивка воздушного летательного аппарата. Следует отметить, что общий внешний периметр 30 антенны 10 в форме воздушного змея задает аэродинамический профиль. Аэродинамический профиль антенны 10 может привести к уменьшению сопротивления по сравнению с другими профилями, используемыми для антенн в настоящее время, что особенно выгодно для воздушных летательных аппаратов. Кроме того, антенна 10 может быть всенаправленной антенной относительно азимута. Иными словами, антенна 10 может иметь в целом равномерное усиление при ее вращении по азимуту. Антенна 10 может охватывать множество смежных полос частот и при этом быть электрически относительно малой антенной. Например, в варианте реализации изобретения, показанном на ФИГ. 2, антенна 10 может иметь электрическую высоту приблизительно 0,015 длины волны на своей самой низкой рабочей частоте.

[0016] Как показано на ФИГ. 1, в одном неограничивающем варианте реализации изобретения антенна 10 может быть электрически соединена с согласующей схемой 56. В частности, согласующая схема 56 может быть электрически соединена со стороной 32а антенны 10, а также плоскостью 54 заземления. Однако в другом варианте реализации изобретения согласующая схема 56 вместо этого может быть электрически соединена с одной из других сторон 32b, 34а или 34b антенны 10. Согласующая схема 56 может включать в себя по меньшей мере один пассивный линейный элемент. Некоторые примеры пассивных линейных элементов включают резисторы, конденсаторы и индуктивные элементы. Также следует отметить, что согласующая схема 56 может включать в себя любую комбинацию из одного или более пассивных линейных элементов. В одном неограничивающем варианте реализации изобретения, который описан ниже и показан на ФИГ. 2, согласующая схема 56 может включать в себя резистор на 150 Ом.

[0017] Следует отметить, что согласующая схема 56 используется по необходимости и может использоваться с антенной 10 или может с ней не использоваться. Однако согласующая схема 56 может увеличивать ширину полосы пропускания антенны 10. Также следует отметить, что положение согласующей схемы 56 относительно точки 52 питания также может быть отрегулировано с учетом конкретных размеров антенны 10 и требований к ней. В частности, согласующая схема 56 может быть размещена на расстоянии 58 от точки 52 питания. Следует отметить, что согласующая схема 56 может быть перемещена в направлении точки 52 питания или от точки 52 питания в зависимости от требований к антенне 10. В иллюстративном варианте реализации изобретения, как показано на ФИГ. 2, согласующая схема 56 размещена приблизительно на расстоянии полдюйма (приблизительно 1,27 см) от точки 52 питания.

[0018] Стороны 32а, 32b, расположенные вдоль нижней части 36 антенны 10, имеют наклон относительно плоскости 54 заземления. Иными словами, стороны 32а, 32b, расположенные вдоль нижней части 36 антенны 10, не ориентированы под прямым углом, то есть не перпендикулярны относительно плоскости 54 заземления. Наоборот, стороны 32а, 32b определяют наклонный край относительно плоскости 54 заземления. Стороны 34а, 34b, расположенные вдоль верхней части 38 антенны 10, также могут быть выполнены наклонными или под углом.

[0019] На ФИГ. 2 показан вариант реализации антенны 10, в котором антенна 10 имеет общую высоту Н приблизительно 9,2 дюйма (23,3 см) и общую ширину W приблизительно 8,4 дюйма (21,3 см). Высоту Н измеряют от плоскости 54 заземления до верхнего угла 40с антенны 10. Ширину W измеряют от левого угла 40b до правого угла 40b. Следует отметить, что в одном варианте реализации изобретения антенна 10 может иметь любой размер, при котором высота относится к ширине как 9,2 к 8,4. Например, в другом варианте реализации изобретения антенна 10 может иметь высоту приблизительно 18,4 дюйма (46,7 см) и ширину приблизительно 16,8 дюйма (42,6 см), но при этом отношение высоты к ширине составляет 9,2 к 8,4. В неограничивающем варианте реализации изобретения, показанном на ФИГ. 2, согласующая схема 56 включает в себя резистор на 150 Ом. Кроме того, согласующая схема 56 размещена на расстоянии приблизительно полдюйма (1,27 см) от точки 52 питания.

[0020] Как видно из ФИГ. 2, если через углы 40b и 40d антенны 10 провести по существу горизонтальную линию 60, высота Н антенны 10 оказывается разделена на две части, имеющие первую высоту H1 и вторую высоту Н2. Первую высоту H1 измеряют от плоскости 54 заземления до горизонтальной линии 60, а вторую высоту Н2 измеряют от горизонтальной линии 60 до самого верхнего угла 40 с антенны 10. Отношение первой высоты H1 к второй высоте Н2 составляет 3,2 к 6. Кроме того, между горизонтальной линией 60 и одной из верхних сторон 34а, 34b может быть измерен угол А. В варианте реализации изобретения, показанном на ФИГ. 2, угол А составляет приблизительно 55°. Между одной из нижних сторон 32а, 32b и плоскостью 54 заземления также может быть измерен второй угол А2. В варианте реализации изобретения, показанном на ФИГ. 2, второй угол А2 составляет приблизительно 35,7°.

[0021] В варианте реализации изобретения, показанном на ФИГ. 2, антенна 10 имеет коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) менее чем 3:1 в диапазоне частот от приблизительно 20 до приблизительно 500 мегагерц (МГц). Антенна 10 также может иметь электрическую высоту приблизительно 0,015 длины волны на своей самой низкой рабочей частоте. Кроме того, антенна 10, имеющая размеры, как показано на ФИГ. 2 (т.е. высоту Н приблизительно 9,2 дюйма и ширину W приблизительно 8,4 дюйма), обеспечивает ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной приблизительно 184,6%.

[0022] Как в целом показано на чертежах, раскрытая антенна 10 является широкополосной антенной с несимметричным вибратором в форме лопасти, которая имеет относительно простую конструкцию, а также недорога в изготовлении. В этой связи, антенна 10 может быть изготовлена с использованием относительно малозатратных производственных процессов, таких как, помимо прочего, штамповка металла. Кроме того, для антенны 10 обычно не требуется ни механической обработки, ни каких-либо иных трудоемких процессов изготовления. И, наконец, следует отметить, что общий внешний профиль в форме воздушного змея, как видно из фигур чертежей, может улучшить эффективность и общую аэродинамическую форму антенны 10.

Кроме того, изобретение включает в себя варианты осуществления в соответствии со следующими пунктами:

Пункт 1: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти, содержащая:

корпусную часть, выполненную по существу плоской и задающую двухмерную плоскость, вдоль которой проходит корпусная часть, при этом

корпусная часть задает внешний периметр, имеющий четыре стороны, которые сгруппированы в две пары сторон одинаковой длины,

указанные две пары сторон одинаковой длины размещены с непосредственным примыканием друг к другу, причем

широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти обеспечивает ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной по меньшей мере 100%.

Пункт 2: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, в которой корпусная часть образует четыре угла, а внешний периметр корпусной части имеет форму воздушного змея.

Пункт 3: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 2, в которой угол, расположенный в нижней части антенны, электрически соединен с точкой питания.

Пункт 4: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 3, в которой точка питания соединена с плоскостью заземления.

Пункт 5: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, в которой корпусная часть симметрична относительно продольной оси антенны.

Пункт 6: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, в которой высота корпусной части антенны относится к ее ширине как 9,2 к 8,4.

Пункт 7: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 6, в которой антенна имеет электрическую высоту приблизительно 0,015 длины волны на самой низкой рабочей частоте.

Пункт 8: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 6, в которой антенна имеет коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) менее чем 3:1 в диапазоне частот от приблизительно 20 до приблизительно 500 мегагерц (МГц) и ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной приблизительно 184,6%.

Пункт 9: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 6, содержащая согласующую схему, которая электрически соединена с одной из четырех сторон антенны, причем

согласующая схема включает в себя резистор на 150 Ом.

Пункт 10: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, содержащая согласующую схему, которая электрически соединена с одной из четырех сторон антенны.

Пункт 11: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 10, в которой согласующая схема электрически соединена с плоскостью заземления.

Пункт 12: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 10, в которой согласующая схема включает в себя по меньшей мере один пассивный линейный элемент.

Пункт 13: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, в которой корпусная часть антенны является цельной деталью.

Пункт 14: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти, содержащая:

корпусную часть, которая является цельной деталью, высота которой относится к ее ширине как 9,2 к 8,4, причем

корпусная часть выполнена по существу плоской и задает двухмерную плоскость, вдоль которой проходит корпусная часть,

корпусная часть образует внешний периметр в форме воздушного змея, имеющий четыре стороны, которые сгруппированы в две пары сторон одинаковой длины,

указанные две пары сторон одинаковой длины размещены с непосредственным примыканием друг к другу, причем

широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти обеспечивает ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной по меньшей мере 100%.

Пункт 15: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 14, в которой корпусная часть образует четыре угла.

Пункт 16: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 15, в которой угол, расположенный в нижней части антенны, электрически соединен с точкой питания.

Пункт 17: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 14, в которой антенна имеет электрическую высоту приблизительно 0,015 длины волны на самой низкой рабочей частоте.

Пункт 18: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 14, в которой корпусная часть симметрична относительно продольной оси антенны.

Пункт 19: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 14, в которой антенна имеет коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) менее чем 3:1 в диапазоне частот от приблизительно 20 до приблизительно 500 мегагерц (МГц) и ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной приблизительно 184,6%.

Пункт 20: Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 14, содержащая согласующую схему, которая электрически соединена с одной из четырех сторон антенны, причем

согласующая схема включает в себя резистор на 150 Ом.

Хотя формы устройств и способы, описанные в настоящем документе, представляют собой предпочтительные аспекты данного описания, следует понимать, что изобретение не ограничено этими точными формами устройств и способов и что в них могут быть выполнены изменения без отступления от сущности и объема приведенного раскрытия.

1. Широкополосная антенна (10) с несимметричным вибратором в форме лопасти, содержащая:

корпусную часть (20), выполненную по существу плоской и задающую двухмерную плоскость, вдоль которой проходит корпусная часть, при этом

корпусная часть задает внешний периметр (30), имеющий четыре стороны (32а, 32b, 34а, 34b), которые сгруппированы в две пары сторон одинаковой длины (L1, L2),

указанные две пары сторон одинаковой длины размещены с непосредственным примыканием друг к другу, причем

широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти обеспечивает ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной по меньшей мере 100%.

2. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, в которой корпусная часть образует четыре угла (40a, 40b, 40c, 40d), а внешний периметр корпусной части имеет форму воздушного змея.

3. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 2, в которой угол (40a, 40b, 40c, 40d), расположенный в нижней части (50) антенны, электрически соединен с точкой (52) питания.

4. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 3, в которой точка питания соединена с плоскостью (54) заземления.

5. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, в которой корпусная часть симметрична относительно продольной оси (А-А) антенны.

6. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, в которой высота (Н) корпусной части антенны относится к ее ширине (W) как 9,2 к 8,4.

7. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 6, в которой антенна имеет электрическую высоту (Н) приблизительно 0,015 длины волны на самой низкой рабочей частоте.

8. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 6, в которой антенна имеет коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) менее чем 3:1 в диапазоне частот от приблизительно 20 до приблизительно 500 мегагерц (МГц) и ширину полосы пропускания, определяемую по полному входному сопротивлению, величиной приблизительно 184,6%.

9. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 6, содержащая согласующую схему (56), которая электрически соединена с одной из четырех сторон антенны, причем

согласующая схема включает в себя резистор на 150 Ом.

10. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, содержащая согласующую схему, которая электрически соединена с одной из четырех сторон антенны.

11. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 10, в которой согласующая схема электрически соединена с плоскостью заземления.

12. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 10, в которой согласующая схема включает в себя по меньшей мере один пассивный линейный элемент.

13. Широкополосная антенна с несимметричным вибратором в форме лопасти по п. 1, в которой корпусная часть антенны является цельной деталью.