Слабонаправленная широкополосная антенна

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосной антенны для приема-передачи радиосигналов в широком секторе азимутальных и угломестных направлений. Антенна состоит из полого металлического конуса и расположенного над его вершиной параллельно основанию плоского проводника, образованного гальванически соединенными металлическим кругом малого диаметра и плоским спиральным проводником, а также проходящего внутри конуса коаксиального кабеля, внешний проводник которого гальванически соединен с вершиной конуса, а внутренний - с центром круга. Антенна имеет круговую диаграмму направленности (ДН) в азимутальной плоскости, а в угломестной плоскости ДН близка по форме к кардиоиде. Техническим результатом является уменьшение направленности дискоконусной антенны. 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосной антенны для приема-передачи радиосигналов в широком секторе азимутальных и угломестных направлений.

Известна слабонаправленная широкополосная антенна - плоская логарифмическая спиральная антенна [1, стр. 323], состоящая из двух плоских криволинейных металлических пластин (плеч антенны). Границы каждого плеча представляют собой две идентичные логарифмические спирали, одна из которых повернута относительно другой на некоторый угол δ, определяющий ширину плеча. Длина плеча составляет (1-1,5)λ_м, где λ_м - максимальная длина волны рабочего диапазона волн. Основным недостатком плоской спиральной антенны как слабонаправленной антенны является то, что она излучает электромагнитное поле с эллиптической поляризацией только в направлениях, близких к нормали, к плоскости расположения антенны. Излучение в направлениях, близких к плоскости антенны, отсутствует.

Известна слабонаправленная антенна - дискоконусная антенна [1, стр. 158] , которая состоит из металлического конуса, плоского проводника в виде металлического круга, расположенного у вершины конуса, в плоскости, параллельной основанию конуса, и коаксиального кабеля, проходящего в полости конуса. Внешний проводник кабеля гальванически соединен с вершиной конуса, а внутренний проводник - с металлическим кругом (в его центре). Благодаря конической форме дискоконусная антенна при высоте конуса b = 0,25λ_м, диаметре основания конуса с=0,275λ_м и диаметре металлического круга a = 0,175λ_м излучает линейно поляризованное электромагнитное поле в широком диапазоне частот (с перекрытием не менее 1:2) [1, стр. 157]. Эта антенна как техническое решение, наиболее близкое к предлагаемому, принимается за прототип. Основным недостатком антенны-прототипа как слабонаправленной антенны является то, что она излучает преимущественно в направлениях, близких к горизонтальной плоскости, при этом в направлении нормали к горизонтальной плоскости (оси симметрии конуса) излучение отсутствует.

Предлагаемое техническое решение направлено на уменьшение направленности дискоконусной антенны-прототипа за счет создания дополнительного излучения вдоль оси конуса (со стороны его вершины) и в направлениях, близких к этой оси.

Указанная цель изобретения достигается тем, что в антенне, состоящей из полого металлического конуса и расположенного над его вершиной параллельно основанию плоского проводника, а также проходящего внутри конуса коаксиального кабеля, внешний проводник которого гальванически соединен с вершиной конуса, а внутренний - с центром круга, плоский проводник выполнен в виде металлического круга диаметром а (где 0,05λ_м≤a≤0,1λ_м, и λ_м - максимальная длина волны рабочего диапазона) и гальванически соединенного с ним плоского криволинейного проводника, границами которого являются две сопрягающиеся с кругом идентичные логарифмические спирали, одна из которых повернута относительно другой на некоторый угол, определяющий ширину проводника, при этом длина спиралей должна лежать в пределах (0,7-1,2)λ_м, а криволинейный проводник радиально ограничиваться дугой окружности, диаметр которой превышает диаметр основания конуса.

Отличительным от прототипа признаком предложенного решения является введение плоского криволинейного проводника, который совместно с кругом малого диаметра обеспечивает излучение электромагнитного поля в направлениях, близких к оси конуса (со стороны его вершины), которое в прототипе отсутствует.

Конструкция предлагаемой антенны представлена на чертеже.

Слабонаправленная широкополосная антенна содержит полый металлический конус 1 и расположенные над его вершиной в плоскости, параллельной основанию, металлический круг 2 и гальванически соединенный с ним плоский криволинейный проводник 3. Антенна возбуждается проходящим внутри конуса 1 коаксиальным кабелем 4, внешний проводник которого гальванически соединен с вершиной конуса 1, а внутренний - с центром металлического круга 2.

Предлагаемая слабонаправленная широкополосная антенна была выполнена в виде полого металлического конуса высотой b = 0,25λ_м, диаметром основания c = 0,275λ_м, металлического круга диаметром a = 0,1λ_м, соединенного с плоским криволинейным проводником, границами которого являются две сопряженные с кругом спирали ρ₁ = 0,02λ_мexp(0,3ϕ), ρ₂ = 0,75ρ₁, где (ρ₁,ϕ) и (ρ₂,ϕ) - полярные координаты спиралей с началом в центре круга, причем выполнены условия 0,5a≤ρ₁≤0,6c, 0,5a≤ρ₂≤0,6c. Такая антенна в диапазоне (λ_м-0,5λ_м) имела круговую ДН в азимутальной плоскости, а в угломестной плоскости ДН близка к форме кардиоиды (с неравномерностью ±2 dB).

Таким образом, выполнение плоского проводника в виде металлического круга малого диаметра и гальванически соединенного с ним плоского криволинейного проводника спиральной формы обеспечивает необходимое излучение вдоль оси корпуса, тем самым делая антенну менее направленной, чем антенна-прототип.

Источник информации 1. Драбкин А. Л. и др. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. Радио, 1974).

Формула изобретения

Слабонаправленная антенна, содержащая полый металлический конус, плоский проводник, расположенный над вершиной конуса параллельно его основанию, и проходящий в полости конуса коаксиальный кабель, внешний проводник которого гальванически соединен с вершиной конуса, а внутренний проводник - с плоским проводником, отличающаяся тем, что плоский проводник выполнен в виде металлического круга диаметром а, причем 0,05λ_м≤a≤0,1λ_м, где λ_м - максимальная длина волны рабочего диапазона, и гальванически соединенного с ним плоского криволинейного проводника, границами которого являются две сопрягающиеся с кругом идентичные логарифмические спирали, одна из которых повернута относительно другой на некоторый угол, определяющий ширину проводника, при этом длина спиралей должна лежать в пределах (0,7-1,2)λ_м, а криволинейный проводник радиально ограничиваться дугой окружности, диаметр которой превышает диаметр основания конуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1