Диапазонная направленная антенна

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения в качестве широкополосной малогабаритной самостоятельной антенны либо широкополосного излучателя сложных антенных систем. Техническим результатом является стабилизация ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот. Диапазонная направленная антенна содержит плоский экран-рефлектор и металлическое зигзагообразное излучающее полотно, заполненное двумя металлическими секторами с точками питания в их вершинах и с вырезами в форме части сегментов, образованных дугами радиуса R=0,18λмакс и хордами, проходящими на расстоянии l=0,15λмакс от точек 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=0,15λмакс от точек питания, при этом перед металлическим зигзагообразным излучающим полотном на расстоянии d=(0,2-0,3) λмакс от него установлена соосно с ним диэлектрическая сфера диаметром D1=(0,45-0,5) λмакс с диэлектрической проницаемостью ε=(2-3), где λмакс - максимальная длина волны. 3 ил.

 

Диапазонная направленная антенна относится к антенной технике и может быть использована в радиотехнических системах различного назначения в качестве широкополосной малогабаритной самостоятельной антенны либо широкополосного излучателя сложных антенных систем.

Известны антенные устройства, используемые в качестве широкополосного облучателя зеркальной антенны [1, 2, 3]. Существенным недостатком этих систем является уменьшение ширины диаграммы направленности с ростом рабочей частоты, и, как следствие, снижение энергетического потенциала антенной системы в целом в области верхних частот из-за недооблучения зеркала, а также неидентичность ширины диаграммы направленности в ортогональных плоскостях.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является диапазонная направленная антенна [4], которая содержит металлическое зигзагообразное излучающее полотно, вырожденное в кольцо, заполненное двумя металлическими секторами с точками питания в их вершинах, и плоский экран-рефлектор. В металлических секторах выполнены вырезы в форме части сегментов, образованных дугами радиуса R=0,18λмакс и хордами, проходящими на расстоянии l=0,15λмакс от точек 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=0,15λмакс от точек питания, где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона.

В этой диапазонной направленной антенне обеспечивается идентичность ширины диаграммы направленности в ортогональных плоскостях, однако ширина диаграммы направленности также уменьшается с ростом частоты.

Техническая задача изобретения - стабилизация ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот.

Указанная задача достигается тем, что в диапазонной направленной антенне, содержащей плоский экран-рефлектор и металлическое зигзагообразное излучающее полотно, вырожденное в кольцо, заполненное двумя металлическими секторами с точками питания в их вершинах и с вырезами в форме части сегментов, образованных дугами радиуса R=0,18λмакс и хордами, проходящими на расстоянии l=0,15λмакс от точек 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=0,15λмакс от точек питания, согласно изобретению перед металлическим зигзагообразным излучающим полотном на расстоянии d=(0,2-0,3)λмакс от него установлена соосно с ним диэлектрическая сфера диаметром D1=(0,45-0,5)λмакс с диэлектрической проницаемостью ε=(2-3), где λмакс - максимальная длина волны рабочего диапазона.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенная диапазонная направленная антенна отличается наличием нового элемента - диэлектрической сферы диаметром D1=(0,45-0,5)λмакс с диэлектрической проницаемостью ε=(2-3), установленной перед металлическим зигзагообразным излучающим полотном соосно с ним, на расстоянии d=(0,2-0,3)λмакс.

Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения “новизна”.

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенный элемент известен, однако введение его в диапазонную направленную антенну с указанными размерами и связями позволяет обеспечить в рабочем диапазоне частот такое сложение полей от металлического зигзагообразного излучающего полотна и рассеянного диэлектрической сферой, при котором угловое распределение амплитуды результирующего поля в дальней зоне остается практически постоянным в рабочей полосе частот, т.е. обеспечивается стабилизация ширины диаграммы направленности. Последнее обеспечивает получение положительного эффекта.

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

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

На фиг.1 показан общий вид диапазонной направленной антенны.

На фиг.2 показано металлическое зигзагообразное излучающее полотно диапазонной направленной антенны.

На фиг.3 приведены зависимости ширины диаграммы направленности (2θ°) диапазонной направленной антенны от частоты в плоскостях Е и Н.

Диапазонная направленная антенна (фиг.1) включает в себя плоский экран-рефлектор 1, металлическое зигзагообразное излучающее полотно 2 и диэлектрическую сферу 3. Для придания конструкции жесткости промежуток между металлическим зигзагообразным излучающим полотном 2 и экран-рефлектором 1 заполнен, например, диэлектриком 4 с диэлектрической проницаемостью, близкой к единице, например пенопласт.

Металлическое зигзагообразное излучающее полотно 2 (фиг.2) представляет собой металлическое кольцо диаметром D=0,375λмакс, заполненное двумя металлическими секторами 5 с точками питания 6 в их вершинах. В металлических секторах 5 выполнены вырезы в форме части сегментов 7, образованных дугами радиуса R=0,18λмакс и хордами, проходящими на расстоянии l=0,15λмакс от точек питания. Боковые поверхности одного металлического сектора соединены с зеркальными, относительно них, боковыми поверхностями другого металлического сектора сопротивлениями 8 величиной 100-200 Ом. Технологически металлическое зигзагообразное излучающее полотно 2 выполнено, например, методом фотолитографии на фольгированной диэлектрической подложке.

Диэлектрическая сфера 3 диаметром D1=(0,45-0,5)λмакс, выполненная из диэлектрического материала с ε=(2-3), расположена перед металлическим зигзагообразным излучающим полотном 2 соосно с ним, на расстоянии d=(0,2-0,3)λмакс.

Диапазонная направленная антенна работает следующим образом.

Питающее напряжение подводится к точкам питания 6 металлического зигзагообразного излучающего полотна 2 и возбуждает его. В результате формируется поле излучения, распространяющееся, благодаря наличию экран-рефлектора 1, в направлении диэлектрической сферы 3. Диэлектрическая сфера 3, размеры которой соизмеримы с длиной волны, находясь на пути распространения электромагнитной волны, закрывает часть ее фронта. Незакрытая часть фронта волны, представляющая собой, согласно принципу Гюйгенса, совокупность источников сферических волн, создает излучение, направленное не только в направлении первоначального движения, но и за пределы диэлектрической сферы. В результате дифракции электромагнитной волны на сферической поверхности происходит искажение исходной структуры поля электромагнитной волны и, как следствие, изменение диаграммы направленности антенны. Диаграмма направленности диапазонной направленной антенны с введенной диэлектрической сферой 3 существенно зависит от рабочей длины волны (λ), диаметра D1 диэлектрической сферы 3, ее диэлектрической проницаемости ε, относительного местоположения и расстояния d между металлическим зигзагообразным излучающим полотном 2 и диэлектрической сферой 3. При этом важно, что с ростом частоты и размеров диэлектрической сферы (увеличением отношения D1/λ) степень искажения исходной структуры поля возрастает, а диаграмма направленности диапазонной направленной антенны, с введенной диэлектрической сферой, расширяется по сравнению с исходной. Следовательно, варьируя значениями D1, ε, d и местоположением диэлектрической сферы, можно подобрать такие их величины, при которых закон расширения диаграммы направленности с ростом частоты при введении диэлектрической сферы 3 будет обратно пропорционален закону ее сужения в отсутствие последней. В результате чего диаграмма направленности диапазонной направленной антенны с введенной диэлектрической сферой 3 будет оставаться практически неизменной в диапазоне рабочих частот.

Экспериментально установлено, что наиболее оптимальным с точки зрения наилучшей идентичности диаграмм направленности в ортогональных плоскостях и стабилизации ширины диаграммы направленности в рабочей полосе частот является соосное расположение диэлектрической сферы 3 с металлическим зигзагообразным излучающим полотном 2 при расстоянии d=(0,2-0,3)λмакс между ними и диаметре диэлектрической сферы 3 D1=(0,45-0,5)λмакс. При уменьшении диаметра D1 наблюдается обужение диаграммы направленности (ДН) в области верхних частот, а при его увеличении (D1>0,5λмакс) увеличивается степень расширения ДН в области верхних частот. При фиксированном значении D1=(0,45-0,5)λмакс аналогичная картина наблюдается при изменении расстояния d между металлическими зигзагообразным излучающим полотном 2 и диэлектрической сферой 3 сверх установленных границ, т.е. [(0,2-0,3)λмакс<d<(0,2-0,3)λмакс].

Изменение диэлектрической проницаемости сферы в пределах ε=(2-3) практически не ведет к изменению ДН и энергетического потенциала антенны.

Однако при дальнейшем увеличении диэлектрической проницаемости (ε>3) происходит снижение КПД антенны вследствие увеличения поглощения электромагнитной волны на поверхности диэлектрической сферы.

Результаты измерения ширины диаграммы направленности диапазонной направленной антенны с введенной диэлектрической сферой 3 в полосе рабочих частот, приведенные на фиг.3, показывают, что при выбранных значениях D1=(0,45-0,5)λмакс и d<(0,2-0,3)λмакс диаграммы направленности в плоскостях Е и Н отличаются незначительно, а их ширина по уровню половинной мощности изменяется в октавной полосе рабочих частот не более чем на 10-15%, в то время как ширина ДН антенны-прототипа изменяется практически вдвое.

Предложенное техническое решение позволяет при использовании диапазонной направленной антенны в качестве облучателя зеркальных антенн обеспечить их эффективное облучение в двукратной полосе частот и тем самым повысить энергетический потенциал приемной системы в области верхних частот на 3-4 дБ.

Источники информации

1. Авт. св. № 1022242, кл. H 01 Q 1/38, 9/00, 07.06.83.

2. Авт. св. № 1483508, кл. H 01 Q 1/00, от 30.05.89.

3. К. Харченко. УКВ-антенны. М.: ДОСААФ, 1969, с.91.

4. Патент РФ № 2076407, кл. H 01 Q 19/10, 27.03.97. БИ №3.

Диапазонная направленная антенна, содержащая плоский экран-рефлектор и металлическое зигзагообразное излучающее полотно, вырожденное в кольцо, заполненное двумя металлическими секторами с точками питания в их вершинах и с вырезами в форме части сегментов, образованных дугами радиуса R=0,18λмакс и хордами, проходящими на расстоянии l=0,15λмакс от точек 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=0,15λмакс от точек питания, отличающаяся тем, что перед металлическим зигзагообразным излучающим полотном на расстоянии d=(0,2-0,3)λмакс от него, установлена соосно с ним диэлектрическая сфера диаметром D1=(0,45-0,5)λмакс с диэлектрической проницаемостью ε=(2-3), где λмакс - максимальная длина волны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной антенны, либо излучателя сложных антенных систем.

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в качестве приемной антенны в малогабаритных радиопеленгаторах сантиметрового диапазона волн.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к петлевым антеннам и может быть использовано в качестве приемной и передающей антенны для телевидения, радиовещания, радиосвязи и т.д.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к зеркальным антеннам, и предназначено для уменьшения влияния отраженной волны на облучатель при работе антенны на прием и передачу.

Изобретение относится к антеннам и может применяться в системах спутниковой связи в качестве антенны фиксированно-непрерывного перекрытия рабочей зоны земной поверхности.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения. .

Антенна // 1830574
Изобретение относится к зеркальным антеннам. .

Антенна // 1786568
Изобретение относится к зеркальным антеннам и может быть использовано в ка2 . .

Антенна // 1741209
Изобретение относится к антеннам. .

Изобретение относится к антенной технике и используется в системах связи и телевизионного приема, эксплуатируемых на наземных и спутниковых радиолиниях

Изобретение относится к антенной технике

Изобретение относится к области радиотехники и, в частности, к антенной технике и может быть использовано в качестве антенн средств связи и радиолокации преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов волн

Антенна // 2331957
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для целей связи, а также для исследования электромагнитных полей в лабораторных и полевых условиях

Изобретение относится к антенной технике

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антеннам кругового излучения с синфазным возбуждением и центральным питанием, и может быть использовано для создания широкополосной антенны горизонтальной поляризации с изотропной азимутальной диаграммой направленности при работе в метровом-дециметровом диапазоне длин радиоволн

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенным системам, обеспечивающим формирование многолучевого пучка диаграмм направленности, с излучателями типа диэлектрический волновод или световод

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в аппаратуре связи, радиолокации и навигации в качестве одиночного широкополосного излучателя или в качестве составляющего элемента многоэлементных антенных решеток, предпочтительно для верхней части дециметрового диапазона. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности согласования зигзагообразного излучателя с коаксиальной линией питания с любым волновым сопротивлением, исключение кросс-поляризационных помех в линии питания и согласования, упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления как антенны с одиночным излучателем, так и антенных решеток. Для этого диапазонная направленная антенна содержит, по меньшей мере, один зигзагообразный печатный излучатель, выполненный на одной стороне диэлектрической платы, размещенной параллельно плоскому рефлектору, согласующее устройство и коаксиальную линию, которая подведена в точку нулевого потенциала излучателя. Согласующее устройство выполнено в виде микрополосковой линии передачи, включенной между коаксиальной линией и излучателем и образованной участками разной ширины. Микрополосковая линия размещена на второй стороне диэлектрической платы над полосками излучателя, образующими обратный провод микрополосковой линии. Ширина участков микрополосковой линии выбирается из условия согласования входного сопротивления излучателя и коаксиальной линии. Полоски излучателя выполнены с неодинаковой по длине полоска шириной для стабилизации входного сопротивления излучателя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем в радиосвязи и радиолокации. Антенная система состоит из опоры со свободным центром, излучателя, расположенного внутри опоры со свободным центром, и зеркала-переизлучателя, установленного на опоре. Причем зеркало-переизлучатель расположено таким образом, что центр его проекции находится тоже внутри опоры, и имеет возможность менять ориентацию по азимуту в широких пределах (вращаться). При этом излучатель расположен в верхней части опоры, в месте, исключающем влияние конструктивных элементов опоры и ухудшающих помехозащищенность. Технический результат заключается в обеспечении возможности изменения направления излучения в широких пределах при увеличении помехозащищенности. 1 з.п .ф-лы, 2 ил.

Использование: для изготовления многодиапазонной высокочастотной активной приемной антенны. Сущность изобретения заключается в том, что геодезическая антенна, включающая металлическое основание круглой формы с верхней и нижней поверхностями, расположенный на верхней поверхности в ее центре антенный элемент для приема радиосигнала и экраны, расположенные концентрически вокруг антенного элемента со сформированными между ними резонансными щелями, и промежуточные импедансные плоскости, дополнительно содержит радиопрозрачный обтекатель и малошумящий усилитель с СВЧ разъемом, верхняя поверхность основания выполнена в виде ступенчатого усеченного прямого конуса, нижняя поверхность основания выполнена с выемкой в центре, каждый экран выполнен на диэлектрической подложке и имеет с одной стороны импедансную плоскость в виде частотно-селективной поверхности, экраны выполнены в виде колец, отверстие каждого кольца соответствует форме и размеру ступени, на которой кольцо установлено, при этом число экранов N равно числу рабочих диапазонов М антенного элемента, глубина каждой щели Lщ от края металлического основания равна четверти замедленной длины волны λg на центральной частоте полосы задержки частотно-селективной поверхности экрана, расположенного над этой щелью Lщk=λgk/4, где k=1,…N - номер экрана, начиная от самого верхнего. Технический результат: обеспечение возможности подавления эффекта многолучевости от подстилающей поверхности с одновременным расширением диаграммы направленности антенны на малых углах места и повышения стабильности ее фазового центра. 9 з.п. ф-лы, 7 ил
Наверх