ОБЪЕМНАЯ РОМБИЧЕСКАЯ АНТЕННА Российский патент 2003 года по МПК H01Q11/06 

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в сантиметровом и дециметровом диапазонах волн.

Известна двухромбическая антенна [1] , содержащая две ромбические антенны, каждая из которых состоит из проводов, расположенных вдоль сторон ромба, нагруженных на активное сопротивление, равное волновому сопротивлению ромба и линии питания.

Недостатком такой антенны является сравнительно низкий КНД, малая широкополосность, определяемая малой длиной проводов вдоль общего периметра антенны.

Известны проводные антенны более сложной конфигурация [2], у которых элементы для увеличения направленности и широкополосности расположены один за другим.

Недостатком таких антенн является сравнительно невысокая направленность и широкополосность отдельных элементов.

Целью изобретения является увеличение КНД и расширение диапазона рабочих частот.

Для этого предлагается объемная ромбическая антенна, содержащая две ромбические антенны, состоящие из проводов, расположенных вдоль сторон ромба, нагруженных на активное сопротивление, равное волновому сопротивлению, и линию питания, причем первая и вторая ромбические антенны подключены к противоположно расположенным противофазным проводам четырехпроводной линии питания с перемычками диагональных проводов, ориентированной вдоль биссектрисы угла взаимного наклона плоскостей ромбических антенн.

К проводам, принадлежащим ортогональным сторонам квадрата, образующего поперечное сечение четырехпроводной линии питания с противоположных сторон подключены первый и второй дополнительные ромбы, плоскости продольных диагоналей которых ортогональны плоскости продольных диагоналей первой и второй ромбических антенн.

Первый и второй дополнительные ромбы могут быть подключены либо со сдвигом вдоль четырехпроводной линии питания в четверть длины электромагнитной волны относительно поперечного сечения подключения первой и второй ромбических антенн, либо каждый - через двухпроводную линию питания длиной в четверть длины электромагнитной волны. Вдоль четырехпроводной линия питания могут быть подключены пары ромбических антенн, плоскости ромбов которых параллельны плоскостям первой и второй ромбических антенн. В других случаях вдоль четырехпроводной линии питания могут подключаться и четверки ромбических антенн, плоскости ромбов которых соответственно параллельны плоскостям первой и второй ромбических антенн, а также плоскостям первого и второго дополнительных ромбов.

Линейные размеры как пар, так и четверок ромбических антенн могут изменяться от одной пары к другой по геометрической прогрессии.

Изобретение поясняется чертежами, на которых
- фиг.1 - объемная ромбическая антенна из двух ромбов;
- фиг.2 - объемная ромбическая антенна из четырех ромбов;
- фиг.3 - объемная ромбическая антенна из четверок ромбических антенн.

Объемная ромбическая антенна (фиг. 1) содержит первую ромбическую антенну, состоящую из проводов 1-5-9-10-6-2, расположенных вдоль сторон ромба, нагруженных на сопротивление 13, равное волновому сопротивлению ромба, и вторую ромбическую антенну из проводов 3-7-11-12-8-4, нагруженных на сопротивление 14. Первая ромбическая антенна подключена в точках 1 и 2 к проводам четырехпроводной линии питания 1-2-3-4, имеющей перемычки диагональных проводов 1-4 и 2-3. Вторая ромбическая антенна подключена к противоположно расположенным относительно 1 и 2 противофазным проводам 3 и 4. Плоскости первой и второй ромбических антенн взаимно наклонены и провода четырехпроводной линии питания 1-2-3-4 ориентированы вдоль биссектрисы угла взаимного наклона.

К противофазным проводам, лежащим на условных отрезках 1-3 и 2-4 (фиг. 2), ортогональных сторонам 1-2 и 3-4 квадрата 1-2-3-4 поперечного сечения четырехпроводной линии, к точкам 1-3 подключен первый дополнительный ромб 1-15-17-18-16-3 с сопротивлением 19, а с противоположной стороны к точкам 2-4 подключен второй дополнительный ромб 2-15'-17'-18'-16'-4 с сопротивлением 19'. Плоскости первого и второго дополнительных ромбов взаимно наклонены так, что провода четырехпроводной линии питания 1-2-3-4 ориентированы также вдоль биссектрисы угла их наклона. При этом плоскости продольных диагоналей первого и второго дополнительных ромбов ортогональны плоскости продольных диагоналей первой и второй ромбических антенн. Под продольной диагональю имеется в виду прямая, проходящая через пересечения сторон, наиболее близких к четырехпроводной линии питания, например 1-5 и 2-6, и точку пересечения удаленных сторон, например 5-9 и 6-10.

Первый дополнительный ромб может быть подключен к точкам 1'-3', сдвинутым относительно точек подключения 1-2 первой ромбической антенны вдоль проводов четырехпроводной линии питания на четверть длины электромагнитной волны. При этом второй дополнительный ромб подключается к точкам 2'-4', сдвинутым в ту же сторону относительно точек подключения 3-4, равно как 1-2 также на четверть длины электромагнитной волны.

Первый дополнительный ромб может быть подключен к точкам 1 и 3 через двухпроводную линию питания длиной в четверть длины электромагнитной волны, а второй дополнительный ромб через такую же линию к точкам 2 и 4 четырехпроводной линии питания.

В дополнение к первой 21 и второй 22 ромбическим антеннам вдоль четырехпроводной линии питания 20 к точкам 32, 32' и 34, 34' и соответственно 33, 33' и 35, 35' (фиг.3) могут быть подключены пары ромбических антенн 23 и 25, а также одновременно 24 и 26, плоскости ромбов которых параллельны плоскостям первой 21 и второй 22 ромбических антенн, подключенных к точкам 30, 30' и 31, 31' соответственно. Таких подключенных пар ромбических антенн может быть несколько.

Аналогичным образом в дополнение к 21 и 22 и первому 27 и второму 27' дополнительным ромбам, могут подключаться и четверки ромбических антенн 23, 24; 28, 28' и 25, 26; 29, 29' с попарно перпендикулярными плоскостями, проходящими через их продольные диагонали.

При этом дополнительные ромбы 27-27'; 28-28'; 29-29' подключаются к четырехпроводной линии питания 20 непосредственно в тех же ее поперечных сечениях 30-30'-31-31'; 32-32'-33-33'; 34-34'-35-35', что и соответственно 21-22; 23-24; 25-26. Они же, эти дополнительные ромбы, могут быть подключены к вышеозначенным точкам через двухпроводные линии питания длиной в четверть длины электромагнитной волны.

Кроме того, дополнительные ромбы 27-27'; 28-28'; 29-29' могут быть подключены к четырехпроводной линии питания 20 со смещением вдоль этой линии относительно точек подключения соответствующих ромбов 21-22; 23-24; 25-26 на четверть длины электромагнитной волны.

При этом линейные размеры от 21, 22 к 23, 24 и к 25, 26 и так далее, равно как и от 27, 27' к 28, 28' и к 29, 29', а также расстояния между точками их подключения вдоль четырехпроводной линии питания между 30, 32 и 34, а также 31, 33 и 35 могут изменяться от одной пары (или четверки) к другой по геометрической прогрессии.

Объемная ромбическая антенна работает следующим образом: при подключении высокочастотного генератора к четырехпроводной линии питания (на чертеже не показан) вдоль проводов ромба 1-5-9-10-6-2 и 3-7-11-12-8-4 образуется бегущая волна тока.

Диаграмма направленности поля излучения каждого отдельного провода имеет воронкообразную форму. Ее сечение плоскостью, проходящей через ось провода, имеет форму двух лепестков, лежащих по обе стороны провода и отклоненных от его оси на угол α в направлении распространения бегущей волны. При определенных соотношениях между длиной электромагнитной волны λ длиной провода 1-5 l, образующего сторону первой ромбической антенны, и половиной тупого угла ϕ = 90-α максимумы диаграммы направленности 1-5-9-10-6-2, лежат в плоскости, перпендикулярной плоскости первой ромбической антенны, проходящей через его продольную диагональ, и смещены на угол θ₀ в эту и другую стороны от плоскости антенны. При этом в частности при l от 1.5λ₀ до 0.5λ₀ угол

Такие же два главных лепестка диаграммы направленности, отклоненные от плоскости антенны, формируются и второй ромбической антенной 3-7-11-12-8-4.

При взаимном наклоне плоскостей первой и второй ромбических антенн 1-5-9-10-6-2 и 3-7-11-12-8-4 под углом 2θ₀ их поля излучения складываются в фазе в направлении биссектрисы угла взаимного наклона антенн и формируют главный лепесток объемной ромбической антенны. С каждой стороны от главного лепестка в плоскости продольных диагоналей формируются боковые лепестки диаграммы, меньшие по уровню относительно главного, по крайней мере, вдвое. Поляризация поля излучения в этом случае ортогональна плоскости продольных диагоналей, проходящей через середину сопротивлений 13 и 14 (фиг.1).

Первый 1-15-17-18-16-3 и второй 2-15'-17'-18'-16'-4 дополнительные ромбы формируют аналогичную диаграмму направленности с главным максимумом, совпадающим по направлению с главным максимумом первого 1-5-9-10-6-2 и второго 3-7-11-12-8-4 ромбических антенн, однако поляризация их полей излучения в главном направлении ортогональны, поскольку ортогональны плоскости, проходящие через их продольные диагонали (фиг.2).

Результирующая поляризация поля излучения объемной ромбической антенны, состоящей из первой 1-5-9-10-6-2 и второй 3-7-11-12-8-4 ромбических антенн и первого 1-15-17-18-16-3 и второго 3-7-4-12-8-4 дополнительных ромбов наклонена под углом 45^o к плоскостям продольных диагоналей, а коэффициент направленного действия увеличивается по сравнению с объемной ромбической антенной, состоящей только из первой и второй ромбических антенн.

В том случае, когда первый 1-15-17-18-16-3 и второй 2-15'-17'-18'-16'-4 дополнительные ромбы (фиг.2) подключены в точках 1', 2' и 3', 4' со сдвигом вдоль четырехпроводной линии питания в четверть длины электромагнитной волны относительно места подключения входов первой 1-5-9-10-6-2 и второй 3-7-11-12-8-4 ромбических антенн, в точках 1, 2 и 3, 4 поляризация полей излучений первой и второй ромбических антенн дополнительных ромбов ортогональны и сдвинуты по фазе на 90^o, что обеспечивает режим круговой поляризации поля излучения объемной ромбической антенны.

Аналогичный эффект круговой поляризации имеет место и при подключении каждого из дополнительных ромбов к четырехпроводной линии питания в точках 1, 3 и 2, 4 через отрезок двухпроводной линии питания длиной в четверть длины электромагнитной волны (на чертеже не показан).

Подключение вдоль четырехпроводной линии питания 20 (фиг.3) в дополнение к первой 21 второй 22 ромбическим антеннам пар ромбических антенн 23 и 24, 25 и 26, а также последующих приводит к сложению полей излучения этих антенн на линейной поляризации в направлении распространения волны тока вдоль 20 и биссектрисы угла взаимного наклона, поскольку скорость распространения волны тока в 20 незначительно отличается от скорости распространения электромагнитной волны в свободном пространстве от 21 к 23, 22 к 24 и далее.

При подключении вдоль четырехпроводной линии питания 20 в дополнение к 21, 22, 27 и 27' четверок ромбических антенн 23, 24, 28, 28', а также 25, 26, 29, 29' и так далее поля излучения наклонной поляризации четверок ромбических антенн складываются в направлении распространения волны тока.

При сдвиге фазы питания дополнительных ромбов 27, 27' относительно фазы питания первой и второй ромбических антенн 21 и 22, равно как и 28, 28' относительно 23 и 24, 29, 29' относительно 25 и 26 за счет смещения точек подключения к четырехпроводной линии питания вдоль направления распространения волны тока на четверть длины электромагнитной волны, а также при подключении 27, 27'; 28, 28'; 29, 29' в том же поперечном сечении линии 20, что и, соответственно, 21, 22; 23, 24; 25, 26 через двухпроводную линию питания, поля излучения всех четверок ромбов складываются в направлении волны тока, формируя круговую поляризацию.

При изменении линейных размеров пар ромбических антенн от 21, 22 к 23, 24 и далее к 25, 26, равно как и от 21, 22, 27, 27' к 23, 24, 28, 28' и далее к 25, 26, 29, 29' и расстояний вдоль четырехпроводной линии питания между ними расширяется частотный диапазон объемной ромбической антенны, поскольку диапазон рабочих частот отдельной каждой пары или четверки ромбических антенн определяются ее линейными размерами.

Таким образом, объемная ромбическая антенна позволяет увеличить коэффициент направленного действия и широкополосность.

Источники информации
1. Г.З. Айзенберг. Коротковолновые антенны. - М.: Связьиздат, с. 357.

2. Г.З. Айзенберг. Коротковолновые антенны. - М.: Связьиздат, с. 487.

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Техническим результатом является увеличение направленности. Сущность изобретения заключается в том, что первая и вторая ромбические антенны, состоящие из проводов, расположенных вдоль сторон ромба, подключены к противоположно расположенным противофазным проводам четырехпроводной линии питания с перемычками диагональных проводов, ориентированной вдоль биссектрисы угла взаимного наклона плоскостей ромбических антенн. К противофазным и противоположно расположенным проводам, принадлежащим к ортогональным сторонам квадрата поперечного сечения четырехпроводной линии питания, подключены своими входами первый и второй дополнительные ромбы, плоскости продольных диагоналей которых ортогональны плоскостям продольных диагоналей первой и второй ромбических антенн. Вдоль линии питания могут быть подключены пары и четверки ромбических антенн. Линейные размеры пар и четверок ромбических антенн могут изменяться от одной пары к другой по геометрической прогрессии. 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Объемная ромбическая антенна, содержащая первую и вторую ромбические антенны, состоящие из проводов, расположенных вдоль сторон ромба, нагруженных на активное сопротивление, равное волновому сопротивлению, и линию питания, отличающаяся тем, что первая и вторая ромбические антенны подключены к противофазным и противоположно расположенным проводам четырехпроводной линии питания с перемычками диагональных проводов, ориентированной вдоль биссектрисы угла взаимного наклона плоскостей ромбических антенн. 2. Объемная ромбическая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что к противофазным и противоположно расположенным проводам, принадлежащим ортогональным сторонам квадрата, образующего поперечное сечение четырехпроводной линии питания, подключены первый и второй дополнительные ромбы, плоскости продольных диагоналей которых ортогональны плоскости продольных диагоналей первой и второй ромбических антенн. 3. Объемная ромбическая антенна по п. 2, отличающаяся тем, что первый и второй дополнительные ромбы подключены к четырехпроводной линии питания со сдвигом в четверть длины электромагнитной волны относительно поперечного сечения подключения первой и второй ромбических антенн. 4. Объемная ромбическая антенна по п. 2, отличающаяся тем, что первый и второй дополнительные ромбы подключены каждый через двухпроводную линию питания длиной в четверть длины электромагнитной волны. 5. Объемная ромбическая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что вдоль четырехпроводной линии питания подключаются пары ромбических антенн, плоскости ромбов которых параллельны плоскостям первой и второй ромбических антенн. 6. Объемная ромбическая антенна по пп. 2-4, отличающаяся тем, что вдоль четырехпроводной линии питания подключены четверки ромбических антенн, плоскости ромбов которых соответственно параллельны плоскостям первой и второй ромбических антенн, а также плоскостям первого и второго дополнительных ромбов. 7. Объемная ромбическая антенна по п. 5, отличающаяся тем, что линейные размеры от одной пары ромбических антенн к другой паре ромбических антенн изменяются по геометрической прогрессии. 8. Объемная ромбическая антенна по п. 6, отличающаяся тем, что линейные размеры от одной четверки ромбических антенн к другой четверке ромбических антенн изменяются по геометрической прогрессии.