Рамочная антенна

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве передающей антенны для цифрового вещания в диапазоне декаметровых волн. Технический результат заключается в получении всенаправленной диаграммы направленности в горизонтальной плоскости при вертикальной поляризации излучаемых волн. Сущность изобретения состоит в том, что рамочная антенна содержит две многовитковые рамки. Плоскости витков в каждой рамке параллельны друг другу, а размеры каждого из витков значительно меньше рабочей длины волны. Причем каждая многовитковая рамка выполнена секционированной и в каждую секцию включен конденсатор, при этом секции соединены между собой каскадно, а витки в смежных секциях выполнены с противоположным направлением намотке. Оси обеих рамок лежат в одной и той же горизонтальной плоскости и взаимно перпендикулярны, а центры многовитковых рамок удалены от точки пересечения их осей на расстояние 0,2 ... 0,32 длины волны на средней частоте рабочей полосы частот. 3 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено, в частности, для использования в качестве передающей антенны для цифрового вещания земной волной в диапазоне декаметровых волн.

Для упомянутой цели нужны всенаправленные в горизонтальной плоскости антенны, обеспечивающие излучение вертикально поляризованных волн. Вертикальный размер антенн должен быть небольшим (значительно меньше длины рабочей волны) для удобства размещения на крышах зданий.

Известна рамочная антенна для диапазона декаметровых волн, у которой плоскости рамок вертикальные, следовательно, антенна может излучать вертикально поляризованные волны [1]. Однако эта антенна - направленная в горизонтальной плоскости, кроме того, размер рамок у нее велик (сравним с длиной волны).

Известна рамочная антенна, всенаправленная в плоскости рамки [2]. Однако, когда плоскость рамки ориентирована горизонтально, эта антенна излучает горизонтально поляризованные волны. Кроме того, размер ее велик (сравним с длиной волны).

Известна рамочная антенна, которая может излучать радиоволны с разной поляризацией, причем диаграмма направленности в горизонтальной плоскости близка к всенаправленной [3]. Однако размеры антенны велики: периметр рамки составляет половину длины рабочей длины волны. Эта антенна так же, как и упомянутые выше [1, 2], содержит малое количество витков в рамке (в данном случае один), поэтому такие антенны могут эффективно излучать только, если размеры витков рамок достаточно велики (сравнимы с длиной волны).

Известна рамочная антенна, содержащая многовитковую рамку, плоскости витков которой параллельны друг другу, а размеры каждого из витков значительно меньше рабочей длины волны, причем многовитковая рамка выполнена секционированной, а в каждую секцию включен конденсатор, при этом секции соединены между собой каскадно, а витки в смежных секциях выполнены с противоположным направлением намотки [4] (прототип). Эта антенна способна эффективно излучать при относительно малом размере витков. Однако, чтобы обеспечить излучение радиоволн с вертикальной поляризацией, плоскости витков рамки должны быть вертикальными, следовательно, ось рамки должна быть горизонтальной; при этом диаграмма направленности в горизонтальной плоскости получается неравномерной - в ней будут глубокие провалы в направлении оси рамки.

Предлагаемым изобретением решается задача получения всенаправленной диаграммы направленности в горизонтальной плоскости при малом вертикальном размере антенны и при достаточной эффективности излучения (т.е. высоких сопротивлении излучения, КПД) вертикально поляризованных радиоволн.

Для достижения этого технического результата в известную рамочную антенну, содержащую многовитковую рамку, плоскости витков которой параллельны друг другу, а размеры каждого из витков значительно меньше рабочей длины волны, причем многовитковая рамка выполнена секционированной, а в каждую секцию включен конденсатор, при этом секции соединены между собой каскадно, а витки в смежных секциях выполнены с противоположным направлением намотки, введена вторая такая же многовитковая рамка, причем оси обеих рамок лежат в одной и той же горизонтальной плоскости и взаимно перпендикулярны, а центры многовитковых рамок удалены от точки пересечения осей на расстояние 0,2...0,32 длины волны на средней частоте рабочей полосы частот.

На фиг.1 изображена схематически предлагаемая рамочная антенна, вид сверху.

На фиг.2 изображена многовитковая рамка (вторая из двух одинаковых) - основная составная часть предлагаемой антенны.

На фиг.3 приведены диаграммы направленности в горизонтальной плоскости предлагаемой рамочной антенны.

Предлагаемая рамочная антенна содержит две многовитковые рамки 1 и 2 (фиг.1). Оси многовитковых рамок взаимно перпендикулярны и расположены в одной и той же горизонтальной плоскости. Таким образом, плоскости витков многовитковых рамок вертикальны; при этом плоскости витков многовитковой рамки 1 перпендикулярны плоскостям витков многовитковой рамки 2. Центры многовитковых рамок удалены от точки пересечения осей на расстояние l (фиг.1), равное 0,2...0,32 длины волны на средней частоте рабочей полосы частот рамочной антенны. Многовитковые рамки 1, 2 соединены фидерами 3, 4 равной длины с источником сигнала 5 (фидер передатчика при необходимости с согласующим устройством, на фиг.1 не показано). Многовитковая рамка (фиг.2) выполнена в виде секций 6, соединенных каскадно. Каждая секция содержит катушку 7, состоящую из одного или более витков, и конденсатор 8. Плоскости всех витков многовитковой рамки параллельны друг другу; витки в смежных секциях выполнены с противоположным направлением намотки (на фиг.2 начала катушек обозначены точками).

Предлагаемая рамочная антенна работает следующим образом (см. фиг.1). Энергия от источника сигнала 5 по фидерам 3 и 4 поступает в многовитковые рамки 1 и 2 и излучается ими. Вследствие того что плоскости витков многовиткой рамки 1 перпендикулярны плоскостям витков многовитковой рамки 2 и благодаря сдвигу центров многовитковых рамок на расстояние l, излучение в горизонтальной плоскости получается в достаточной степени равномерным: упомянутый интервал величин для l обеспечивает неравномерность диаграммы направленности в пределах ±1,5 дБ (отношение минимума диаграммы направленности к максимуму не менее 0,7). Интервал величин l получен исходя из этого критерия путем численного электродинамического моделирования. На фиг.3 показаны диаграммы направленности в горизонтальной плоскости предлагаемой антенны: кривая 1 для l=0,25, кривая 2 для l=0,2 и кривая 3 для l=0,32. Там же приведена диаграмма направленности прототипа - одной многовитковой рамки с горизонтальной осью (кривая 4). Секционированные многовитковые рамки обеспечивают высокое сопротивление излучения, благодаря чему получается достаточный для практических целей КПД рамочной антенны и облегчается согласование ее с фидером.

Использованные источники

1. Патент США №6342861, кл. Н 01 Q 7/00 (нац. кл. 343/741; 343/834), опубл. 29.01.2002.

2. Патент России №2.180.151, кл. Н 01 Q 9/00, опубл. 27.02.02, БИ №6.

3. Заявка WO №227862, кл. Н 01 Q 1/24; H 01 Q 7/00, опубл. 04.04.2002.

4. Авторское свидетельство СССР №854232, кл. Н 01 Q 7/00, опубл. 27.05.96, БИ №15.

Рамочная антенна, содержащая многовитковую рамку, плоскости витков которой параллельны друг другу, а размеры каждого из витков значительно меньше рабочей длины волны, причем многовитковая рамка выполнена секционированной, а в каждую секцию включен конденсатор, при этом секции соединены между собой каскадно, а витки в смежных секциях выполнены с противоположным направлением намотки, отличающаяся тем, что в нее введена вторая такая же многовитковая рамка, причем оси обеих рамок лежат в одной и той же горизонтальной плоскости и взаимно перпендикулярны, а центры многовитковых рамок удалены от точки пересечения осей на расстояние 0,2....0,32 длины волны на средней частоте рабочей полосы частот.