НЕВЫСТУПАЮЩАЯ КОЛЬЦЕВАЯ ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА Российский патент 1997 года по МПК H01Q13/18 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве конформной приемной и передающей антенны для подвижных объектов.

Известна кольцевая щелевая антенна, содержащая коаксиальную линию питания и коаксиально-радиальный резонатор, нагруженный на излучающую щель [1]
Недостатками известной кольцевой щелевой антенны являются малая ширина рабочей полосы частот и большие габариты.

Основным способом реализации антенн этого класса с полосой частот порядка 20 25% и меньшими габаритами является использование свойства связанных резонаторов расширять рабочую полосу устройства в зависимости от их настройки и величины связи между ними. Примерами могут служить антенны [2, 3, 4]
Наиболее близкой по технической сущности является кольцевая щелевая антенна [2] выбранная в качестве прототипа.

На фиг. 2 изображена антенна [2] где обозначено: 1 корпус антенны, 2 - металлический экран, ограничивающий объем антенны, 3 излучающая щель, 4 - индуктивный шлейф, 5 емкостное кольцо, 6 индуктивный проводник, 7 - согласующий конус центральной жилы коаксиальной линии, 8 согласующий конус, связанный с корпусом коаксиальной линии, 9 коаксиальная линия, 10 - внутренняя полость корпуса.

Антенна представляет собой металлический корпус 1, закрытый металлическим экраном 2, в котором прорезана кольцевая щель 3 с индуктивными шлейфами 4.

Внутри корпуса находятся два связанных резонатора. Коаксиальная линия 9, согласованная с помощью конусов 7, 8, обеспечивает возбуждение нагруженной на щель 3 системы резонаторов, первый из которых образован емкостным кольцом 5 и индуктивными проводниками 6, а второй металлическим экраном 2 с индуктивными шлейфами 4 и внутренней полостью корпуса 10. Подбором размеров элементов резонаторов обеспечивается настройка системы на необходимую рабочую полосу частот.

Недостатком этого варианта антенны являются сложная конструкция и относительно большие габариты, как следствие неоптимального использования объема резонатора для данной полосы частот [3]
Принцип связанных резонаторов использован также в антеннах [4,5] с иными элементами настройки, что позволило несколько уменьшить их габариты относительно антенны [2]
Однако за ними сохранился первоначальный недостаток сложное конструктивное исполнение и неоптимальное использование объема резонатора.

Целью изобретения является увеличение рабочей полосы частот антенны при уменьшении массо-габаритных характеристик и упрощении ее конструкции.

Сущность изобретения заключается в том, что образованная кромкой верхней металлической пластины и корпусом антенны невыступающая излучающая кольцевая щель, закрытая диэлектрической крышкой, лежащей на фланце корпуса антенны, представляющего собой перевернутый усеченный конус, возбуждается системой из двух связанных резонаторов, причем верхний из них образован диэлектрической крышкой, верхней металлической пластиной с системой незамкнутых и замкнутых на боковые стенки корпуса антенны шлейфов, нижней диэлектрической металлизированной с верхней стороны пластиной со шлейфами, соединенными с короткозамкнутыми шлейфами верхней пластины, и корпусом антенны, а нижний резонатор нижней пластиной со шлейфами и корпусом антенны. Предлагаемая система связанных резонаторов обеспечивает максимальное использование внутреннего объема при данных габаритах антенны для достигаемой в этих размерах ширины полосы частот. Использование диэлектрической крышки и диэлектрической пластины с односторонней металлизацией позволяет уменьшить массо-габаритные характеристики антенны.

На фиг.1 представлена предлагаемая антенна, где обозначено: 1 корпус антенны, 3 излучающая щель, 11 верхняя металлическая пластина, 12 - разомкнутый шлейф, 13 короткозамкнутый шлейф верхней пластины, 14 - диэлектрическая пластина с односторонней металлизацией, 15 короткозамкнутый шлейф нижней пластины, 16 диэлектрическая крышка, 17 питающая линия, 18 - высокочастотный разъем, 19 фланец корпуса антенны, 20 щель связи.

Антенна состоит из металлического корпуса 1, выполненного в виде перевернутого усеченного конуса с фланцем 19 для крепления диэлектрической крышки 16 и самой антенны на посадочное место. Внутри корпуса антенны расположены верхняя 11 и нижняя 14 пластины. Верхняя металлическая пластина 11, выполненная в виде диска с четырьмя выступающими разомкнутыми шлейфами 12 с максимальным диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса в этом сечении, располагается без зазора под диэлектрической крышкой 16 и образует с корпусом антенны 1 излучающую щель 3. Четыре короткозамкнутых шлейфа 13 подсоединены к нижней стороне верхней пластины 11 и замкнуты на боковые стенки корпуса 1. Одноименные шлейфы расположены с шагом 90^o относительно друг друга, а каждая группа одноименных шлейфов смещена по отношению к другой на 45^o. Длина разомкнутых шлейфов зависит от размеров и диэлектрических параметров крышки 16. Нижняя диэлектрическая пластина 14 с односторонней металлизацией выполнена в виде октаэдра с максимальными размерами, меньшими, чем у верхней пластины 11, и обращена металлизированной стороной вверх. Четыре короткозамкнутых шлейфа 15 нижней пластины 14 расположены под соответствующими короткозамкнутыми шлейфами 13 верхней пластины 11 и электрически соединены с ними.

К геометрическому центру металлизированной поверхности нижней пластины подсоединена питающая линия 17, являющаяся продолжением центральной жилы высокочастотного разъема 18, расположенного снаружи корпуса антенны в центре его основания.

Антенна работает следующим образом. Сигнал по коаксиальной линии 9 через высокочастотный разъем 18 и питающую линию 17 поступает на нижнюю пластину 14 с короткозамкнутыми шлейфами 15, которая возбуждает поле определенной частоты в нижнем резонаторе ограниченном нижней пластиной 14 со шлейфами 15 и внутренней частью корпуса антенны 1. Возбужденный таким образом нижний резонатор через щель связи 20 между нижней пластиной 14 и корпусом 1 возбуждает нагруженный на излучающую щель 3 верхний резонатор, образованный нижней пластиной 14 со шлейфами 15, частью корпуса антенны 1, верхней пластиной 11 со шлейфами 12, 13 и диэлектрической крышкой 16.

Кольцевая излучающая щель 3, возбужденная системой связанных резонаторов, обеспечивает излучение сигнала в пространство.

Параметры системы связанных нагруженных резонаторов определяются размерами пластин, шлейфов и диэлектрической крышки, выбранных таким образом, чтобы резонансные частоты обоих резонаторов были близки, а также выбором высоты установки пластин из условия необходимой полосы частот при заданном уровне коэффициента стоячей волны (КСВ).

Предлагаемая антенна, реализованная в следующих размерах относительно нижней рабочей длины волны:
Верхний внутренний диаметр корпуса 0,56,
Диаметр основания корпуса 0,3,
Высота корпуса 0,084
Диаметр верхнего диска 0,37,
Диаметр окружности, вписанный в октаэдр 0,23,
Длина разомкнутого шлейфа 0,031,
Расстояние между пластинами 0,063
Диэлектрическая проницаемость, используемых диэлектрических материалов - 2-4,
имеет рабочую полосу частот порядка 27% по уровню КСВ 2,0 и усиление не менее 2 дБ.

Литература
1. Драбкин А.Л. Зузенко В.Л. Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. М. Советское радио, 1974, с.242.

2. Патент США N 2644090, НКИ 343-769.

3. Хансен Р.Ч. Фундаментальные пределы в области антенн. ТИИЭР 10816 т. 69, N 2, с.35-49.

4. Патент США N 4682181, МКИ H 01 Q 1/38 3/24.

5. Авторское свидетельство СССР N 1148066, МКИ H 01 Q 13/10.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемной и передающей конформной антенны. Антенна содержит металлический корпус в виде перевернутого усеченного конуса с фланцем для крепления антенны, закрытого диэлектрической крышкой, лежащей на фланце. Во внутреннем объеме корпуса находятся две пластины. Верхняя - металлическая, с максимальным диаметром, меньшим, чем у корпуса антенны в этом сечении, расположенная без зазора под диэлектрической крышкой, выполнена в виде диска с четырьмя выступающими разомкнутыми шлейфами и с четырьмя подсоединенными к нему с нижней стороны и замкнутыми на корпус антенны шлейфами, причем одноименные шлейфы расположены с шагом 90^o относительно друг друга, а каждая группа одноименных шлейфов смещена по отношению к другой на 45^o. Нижняя - диэлектрическая, с односторонней металлизацией, ориентированной вверх, выполнена в виде октаэдра, максимальный размер которого меньше диаметра верхней пластины, с четырьмя шлейфами, расположенными под короткозамкнутыми шлейфами верхней пластины и электрически соединенными с ними. К геометрическому центру металлизации нижней платины электрически подсоединена линия питания, являющаяся продолжением центральной жилы высокочастотного разъема, расположенного снаружи корпуса антенны в центре его основания. Диэлектрическая крышка, обе платины и корпус антенны образуют систему двух связанных резонаторов, обладающую способностью обеспечивать расширение рабочей полосы устройства до величины порядка 25 - 27%. 2 ил.

Невыступающая кольцевая щелевая антенна, состоящая из металлического корпуса, содержащего внутри два связанных резонатора, нагруженных на излучающую кольцевую щель, отличающаяся тем, что корпус невыступающей кольцевой щелевой антенны выполнен в виде перевернутого усеченного конуса с фланцем для крепления антенны, закрытого диэлектрической крышкой, лежащей на фланце, и содержит во внутреннем объеме расположенную без зазора под диэлектрической крышкой верхнюю металлическую пластину с максимальным диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса в этом сечении, выполненную в виде диска с четырьмя выступающими разомкнутыми шлейфами и с подсоединенными к ней с нижней стороны четырьмя шлейфами, замкнутыми на боковые стенки корпуса антенны, причем одноименные шлейфы расположены с шагом 90^o относительно друг друга, а каждая группа одноименных шлейфов смещена по отношению к другой на 45^o, нижнюю диэлектрическую пластину с односторонней ориентированной вверх металлизацией, выполненную в виде октаэдра с максимальным размером меньшим, чем у верхней металлической пластины, с четырьмя шлейфами, расположенными под короткозамкнутыми шлейфами верхней металлической пластины и электрически соединенными с ними, образующие систему из двух связанных резонаторов, нагруженных на невыступающую излучающую щель между кромкой верхней металлической пластины и корпусом антенны, причем верхний резонатор образован диэлектрической крышкой, верхней пластиной с системой разомкнутых и короткозамкнутых шлейфов и нижней пластиной с короткозамкнутыми шлейфами и корпусом антенны, а нижний резонатор образован нижней пластиной с короткозамкнутыми шлейфами и корпусом антенны, и линию питания, электрически соединенную с геометрическим центром металлизированного покрытия нижней пластины, являющуюся продолжением центральной жилы высокочастотного разъема, расположенного снаружи корпуса антенны, в центре его основания.