Антенна с эллиптической поляризацией

 

Изобретение относится к антенной технике и может выть использовано в качестве антенны с эллиптической поляризацией в системах связи. Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента усиления антенны с эллиптической поляризацией при высоте подвеса витка провода над металлическим экраном много меньше длины волны. Указанный технический результат достигается тем, что в антенну с эллиптической поляризацией, содержащую виток провода 1, расположенный над металлическим экраном 2 параллельно его плоскости, введены конденсаторы 3, включенные в виток провода 1 на расстоянии T друг от друга. Емкость С конденсаторов 3 равна где ω - круговая частота; k = 2 π/λ - волновое число; W - волновое сопротивление; n = L_a/λ, L_a - длина витка провода; λ - длина волны, причем T < 0,1 λ. Антенна возбуждается коаксиальным кабелем 4 с одного конца витка провода 1, другой конец которого соединен с металлическим экраном 2 согласованной нагрузкой 5. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве антенны с эллиптической поляризацией поля в системах связи.

Известна антенна (Драбкин А.А. и др. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. Радио, 1974) с эллиптической поляризацией поля, состоящая из двух идентичных взаимно перпендикулярных вибраторов, расположенных над металлическим экраном на высоте h = 0,25 λ , где λ - длина волны в свободном пространстве, соответствующая рабочей частоте. Вибраторы запитываются таким образом, что токи в них равны и сдвинуты по фазе на ±90^o.

Недостатком такой антенны является сложная система питания вибраторов и большая высота подвеса ее вибраторов над металлическим экраном. К тому же коэффициент усиления такой антенны невелик.

Известна антенна (ANSERLIN: A Broad-band, low-profile, circularly polarized antenna. Drewniak J.I., Mayes P.E. "IEEE Trans. On Antennas and Propag.", 1989, 37, N 3, 281-288) в виде витка провода длиной L_a = λ, расположенного над металлическим экраном. Эта антенна как наиболее близкое техническое решение к предлагаемому принимается за прототип. В антенне-прототипе вдоль провода распространяется бегущая волна тока с волновым числом k = 2 π/λ, которая обуславливает излучение электромагнитной волны с эллиптической поляризацией поля.

Основными недостатками данной антенны являются низкий коэффициент усиления вследствие небольшого размера aнтенны в поперечной плоскости (0,3 - 0,35 λ), а также невозможность низкого расположения витка провода над металлическим экраном, т.к. при h ≅ 0,1 λ эффективность излучения резко снижается из-за влияния противофазного отражения от металлического экрана.

Предлагаемое решение направлено на повышение коэффициента усиления антенны с эллиптической поляризацией при высоте подвеса витка провода над металлическим экраном много меньше длины волны (h << λ).

Указанная цель достигается тем, что в антенне с эллиптической поляризацией, состоящей из витка провода, расположенного над металлическим экраном, параллельно его плоскости, в виток провода на одинаковом расстоянии T друг от друга введены конденсаторы, емкость C которых равна где ω - круговая частота; n = L_a/ λ ; L_a - длина витка провода; λ - длина волны, причем T < 0,1 λ .

Отличительным от прототипа признаком предлагаемого решения является введение в провод на одинаковом расстоянии Т друг от друга конденсаторов, емкость которых выбрана таким образом, что в линии, образованной проводом и металлическим экраном, распространяется ускоренная волна, длина которой равна длине витка провода. В этом случае (как и в прототипе) в ортогональных участках провода токи сдвинуты на ±90^o и излучение в перпендикулярном плоскости витка провода направлении имеет эллиптическую поляризацию.

Если период T включения емкостных нагрузок достаточно мал (T < 0,1 λ), то провод с емкостными нагрузками, расположенный над металлическим экраном, можно рассматривать как линию передачи с распределенными параметрами Z_n = kW -1/(ωCT), Y_n = k/W,
где Z_n, Y_n - погонные сопротивление и проводимость рассматриваемой линии;
W - волновое сопротивление линии в виде провода над металлическим экраном.

С учетом того, что согласно телеграфным уравнениям длина ускоренной волны
,
а длина витка провода L_a= λ_у и, кроме того, L_a = nλ, получим, что емкость C конденсаторов равна:
.

Конструкция предлагаемой антенны представлена на чертеже.

Антенна с эллиптической поляризацией состоит из витка провода 1, расположенного над металлическим экраном 2 параллельно его плоскости. В виток провода 1 включены конденсаторы 3 на расстоянии T друг от друга. Антенна возбуждается коаксиальным кабелем 4 с одного конца витка провода 1, другой конец которого соединен с металлическим экраном 2 согласованной нагрузкой 5. Периметр (L_a) витка провода 1 равен длине λ_у ускоренной волны, условие распространения которой обеспечивается включением в провод 1 конденсаторов 3 на расстоянии T друг от друга.

Предлагаемая антенна с эллиптической поляризацией может быть выполнена, например, в виде круглого витка ленточного проводника шириной Δ = 0,025 λ , длиной L_a = 2,59 λ , подвешенного над металлическим экраном на высоте h = 0,05 λ , в который с периодом T = 0,07 λ включены конденсаторы емкостью C = 2,47 пФ. Такая антенна на расчетной частоте имеет коэффициент усиления 8 дБ, КПД = 0,76, коэффициент эллиптичности 0,84.

Таким образом, включение в виток провода на расстоянии T < 0,1 λ друг от друга конденсаторов, емкость которых вычисляется по вышеприведенному закону, позволяет увеличить длину витка провода в n раз, что обеспечивает повышение коэффициента усиления антенны при высоте подвеса витка провода над металлическим экраном много меньше λ.

Формула изобретения

Антенна с эллиптической поляризацией, состоящая из витка провода, расположенного над металлическим экраном параллельно его плоскости, отличающаяся тем, что в провод на расстоянии Т друг от друга включены конденсаторы, емкость которых равна

где ω - круговая частота;
k = 2π/λ - волновое число;
W - волновое сопротивление;
n = L_a/λ;
L_a - длина витка провода;
λ - длина волны,
причем Т < 0,1λ.

РИСУНКИ

Рисунок 1