Диапазонная направленная антенна

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения. Целью изобретения является сокращение габаритов (расстояния между экран-рефлектором и излучающим полотном) и расширения рабочего диапазона антенны без изменения основных электрических характеристик антенны. Антенна содержит металлическое зигзагообразное излучающее полотно 2, вырожденное в кольцо, заполненное двумя металлическими секторами 4 с точками питания в их вершинах и с плоским экран-рефлектором 3. В металлических секторах 4 излучающего полотна 2 выполнены вырезы 5 в форме частей сегментов, образованных дугами радиуса R = 0,18λ_макс и хордами, проходящими на расстоянии l = 0,15λ_макс от точек питания 1. Боковые поверхности одного металлического сектора соединены с зеркальными относительно них боковыми поверхностями другого металлического сектора сопротивлениями 6 R = (100-200) Ом в точках, находящихся на расстоянии l = 0,15λ_макс от точек питания. Новым является выполнение в металлических секторах 4 излучающего полотна 2 вырезов 5 в форме части сегментов, образованных дугами радиуса R = 0,18λ_макс и хордами, проходящими на расстоянии l = 0,15λ_макс от точки питания 1, боковые поверхности одного металлического сектора соединены с зеркальными относительно них боковыми поверхностями другого металлического сектора сопротивлениями 6 R = (100 - 200) Ом. Использование предлагаемой антенны позволяет сократить вдвое габариты антенны и расширить рабочий диапазон до отношения 2,8 : 1. 4 ил.

Изобретение относится к антенной технике и предназначена для использования в радиотехнических системах различного назначения, в частности в малогабаритных пеленгаторах наземных источников излучений, для "Охоты на лис".

Известные антенные устройства, используемые в малогабаритных пеленгаторах (авт. cв. N 138277, кл. Н 01 Q 9/16 от 16 июня 1960 г. авт. св. N 191647, кл. Н 01 Q 9/28 от 15.02.1965 г. брошюра К. Харченко "УКВ-антенны". М. изд-во ДОСААФ, 1969, УДК 621.396.677.497).

Однако эти антенны имеют относительно большое расстояние до экран-рефлектора, что ограничивает ее применение в малогабаритной пеленгаторной аппаратуре.

Наиболее близким к изоббретению по технической сущности является антенное устройство, описанное в брошюре К. Харченко "УКВ-антенны". В этой антенне зигзагообразное излучающее полотно вырождено в кольцо, заполненное двумя металлическими секторами с точками питания в их вершинах. Для увеличения направленности используется экран-рефлектор.

Для получения приемлемого согласования антенны с фидером следует располагать экран-рефлектор на расстоянии S≥0,18λ_макс. Однако, размер "S" влияет на направленные свойства антенны. С его увеличением коэффициент направленного действия (КНД) снижается и сужается диапазон частот, в пределах которого направленные свойства антенны не претерпевают заметных изменений. Таким образом, с точки зрения улучшения последних, размер S желательно уменьшить, а с точки зрения согласования увеличивать.

При использовании трансформатора сопротивлений, включенного между антенной и фидером (см. рис. 56 на с. 84 брошюры К. Харченко "УКВ-антенны") или при использовании неоднородностей, включенных непосредственно в проводники антенны, как показано на рис. 1.17 на с. 46 в книге В. И. Бекетова, К. П. Харченко "Измерения и испытания при конструировании и регулировке радиолюбительских антенн". М. Связь, 1971, можно лишь незначительно уменьшить расстояние между излучающим полотном и экран-рефлектором, в частности до 0,16λ_макс.

При этом по-прежнему при относительно малом диаметре излучающего полотна D = 0,375λ_макс, антенна имеет относительно большое расстояние до экран-рефлектора S≥0,16λ_макс, что ограничивает ее применение в малогабаритной аппаратуре.

С другой стороны, установка экран-рефлектора перед излучающим полотном для увеличения направленности сокращает полосу рабочих частот последнего от отношения 3 1 до 2,2 1 (например, Кисмерешкин В. П. Телевизионные антенны для индивидуального приема. М. Связь, 1976, с. 22 -23), что ограничивает ее применение в широкополосной малогабаритной аппаратуре.

Техническая задача изобретения сокращение габаритов антенны и расширении рабочего диапазона частот.

Задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем зигзагообразное излучающее полотно в виде кольца, заполненного двумя металлическими секторами с точками питания в их вершинах и экран-рефлектор, в металлических секторах выполнены вырезы в форме части сегментов, образованных душами радиуса R 0,18 макс и хордами, проходящими на расстоянии l = 0,15λ_макс от точки питания, а боковые поверхности одного металлического сектора соединены с зеркальными относительно них боковыми поверхностями другого металлического сектора сопротивлениями R (100 -200) Ом в точках, находящихся на расстоянии l = 0,15λ_макс отточек питания, где λ_макс, максимальная длина волны.

Экспериментально установлено, что выполнение в металлических секторах вырезов в форме части сегментов, образованных дугами радиуса R = 0,18λ_макс и хордами, проходящими на расстоянии l = 0,15λ_макс от точки питания позволяет оптимизировать амплитудно-фазовое распределение в раскрыве антенны и тем самым сократить расстояние между экран-рефлектором и излучающим полотном антенны вдвое, т. е. до λ_макс. При этом улучшается КНД антенны и сохраняется приемлемое согласование с питающим фидером в диапазоне частот f_в/f_н ≈ 2,2, где f_в верхняя граничная частота рабочего диапазона, f_н нижняя граничная частота рабочего диапазона.

Дальнейшее расширение рабочего диапазона частот достигается замыканием боковых поверхностей одного металлического сектора с зеркальными относительно них боковых поверхностях другого металлического сектора сопротивлениями R (100-200) Ом в точках, находящихся на расстоянии 0,08λ_макс от точки питания, где l = 0,15λ_макс максимальная длина волны. Такое включение сопротивлений уменьшает добротность антенны вследствие чего расширяется рабочая полоса частот до отношения 2,8:1. Экспериментально установлено, что наиболее оптимальным, для антенны с выходным сопротивлением 50 Ом, является значение сопротивления равное 150 Ом.

Сравнительный анализ предлагаемого и прототипа показывает, что предлагаемая антенна отличается наличием новых элементов выполнением в металлических секторах излучающего полотна вырезов в форме частей сегментов, образованных дугами радиуса R = 0,18λ_макс и хордами, проходящими на расстоянии l = 0,15λ_макс макс от точки питания; боковые поверхности одного металлического сектора соединены с зеркальными относительно них боковыми поверхностями другого металлического сектора сопротивлениями R (100 200) Ом.

Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ известных технических решений в известной области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенные элементы известны (5). Однако введение их в излучающее полотно антенны с указанными размерами и связями обеспечивает устройству такие новые свойства как сокращение габаритов и расширение полосы рабочих частот.

Изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является промышленно применительным, так как может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

Изобретени поясняется фиг. 1 4.

На фиг. 1 показан общий вид антенны; на фиг. 2 общий вид излучающего полотна антенны.

На фиг. 3 показаны зависимости КСВН антенн от частоты, где 1 для антенны, описанной у К. Харченко "УКВ-антенны", с. 90, рис. 62; 2 для антенны по изобретению.

На фиг. 4 показана зависимость КНД от частоты, где 1 для антенны, описанной у К. Харченко "УКВ-антенны"; 2 для антенны по изобретению.

Конструктивно (фиг. 1) антенна выполнена в виде излучающего полотна 2, изготовленного методом печати на диэлектрической подложке, установленного перед экраном-рефлектором 3 на расстоянии S = 0,08λ_макс. Для придания конструкции жесткости промежуток между излучающим полотном и экран-рефлектором заполнен диэлектриком (7) с ε=1,, например, пенопластом.

На фиг. 2 показано излучающее полотно антенны (2), выраженное в кольцо диаметром D = 0,375λ_макс, заполненное двумя металлическими секторами 4 с точками питания в их вершинах 1. В металлических секторах 4 излучающего полотна 2 выполнены вырезы 5 в форме части сегментов, образованных дугами радиуса R = 0,18λ_макс и хордами, проходящими на расстоянии l = 0,15λ_макс от точки питания антенны 1. Боковые поверхности одного металлического сектора соединены с зеркальными относительно них боковыми поверхностями другого металлического сектора сопротивлениями 6 R (100 200) Ом.

На фиг. 3 показаны зависимости КСВН от частоты для антенны, описанной у К. Харченко "УКВ-антенны" 1, и для антенны, описанной в изобретении 2.

на фиг. 4 показаны зависимости КНД от частоты для антенны, описанной у К. Харченко "УКВ- антенны", 1 и для антенны, описанной в изобретении 2.

Таким образом, предлагаемая антенна позволяет при сохранении основных электрических характеристик сократить расстояние между излучающим полотном и экран-рефлектором вдвое, т. е. до S = 0,08λ_макс и расширить рабочую полосу частот до отношения 2,8 1.

Антенна работает следующим образом.

При подведении энергии и клеммам питания 1 излучающего полотна 2 происходит возбуждение последнего. Часть высокочастотной энергии, падающей на экран-рефлектор 3, отражается в сторону излучающего полотна 2. При выполнении в металлических секторах 4 излучающего полотна 2 вырезов 5 в форме части сегментов, образованных дугами радиуса R = 0,18λ_макс и хордами, проходящими на расстоянии l = 0,15λ_макс от точки питания в плоскости излучающего полотна 2 (при 0,08λ_макс≅S≅0,24λ_макс) фаза высокочастотного поля отраженного от экран-рефлектора 3, близка к фазе поля, создаваемого самим полотном 2.Это обеспечивает при S = 0,08λ_макс широкополосность антенны по диаграмме направленности практически в трехкратной полосе частот. При этом приемлемое согласование входного сопротивления антенны с питающим фидером (КСВН ≅ 3) обеспечивается лишь в полосе рабочих частот с отношением 2,2:1. Замыкание боковых поверхностей одного металлического сектора с зеркальными относительно них боковыми поверхностями другого металлического сектора, сопротивлениями 6 R (100 200) Ом уменьшает добротность антенны и улучшает согласование ее входного сопротивления с питающим фидером, вследствие чего полоса рабочих частот по согласованию расширяется до отношения 2,8 1.

Предлагаемая диапазонная направленная антенна использовалась в качестве базовой в малогабаритном пеленгаторе сантиметрового диапазона длин волн.

Малые габариты и высокая технологичность антенны позволили выполнить ее методом печати на диэлектрической плате и расположить непосредственно на корпусе приемника. При этом с учетом широкополосности (f_в/d_н 2,8) габариты пеленгатора уменьшились более, чем вдвое.

Формула изобретения

Диапазонная направленная антенна, содержащая металлическое зигзагообразное излучающее полотно, вырожденное в кольцо, заполненное двумя металлическими секторами с точками питания в их вершинах и с плоским экраном-рефлектором, отличающаяся тем, что в металлических секторах излучающего полотна выполнены вырезы в форме части сегментов, образованных дугами радиуса R = 0,18λ_макс и хордами, проходящими на расстоянии l = 0,15λ_макс от точек питания, а боковые поверхности одного металлического сектора соединены с зеркальными относительно них боковыми поверхностями другого металлического сектора сопротивления R 100 200 Ом в точках, находящихся на расстоянии l = 0,15λ_макс от точек питания, где λ_макс максимальная длина волны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4