КОМБИНИРОВАННАЯ ПСЕВДОШУНТОВАЯ ЗИГЗАГООБРАЗНАЯ АНТЕННА Российский патент 2009 года по МПК H01Q19/00 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемных и передающих антенн в системах радиосвязи и телевидения.

Зигзагообразные антенны обладают сравнительно постоянными параметрами, удовлетворительно согласуются с фидером и имеют достаточно высокий коэффициент усиления, практически неизменный в пределах рабочего диапазона частот.

Известна проволочная зигзагообразная антенна, полное зигзагообразное полотно которой изготовлено тремя параллельными проводами с точками питания на пластинах. (Все об антеннах: Справочник. /Сост. Назаров В.И., Рыженко В.И. - М.: Оникс, 2007, с.72, рис.31).

Относительное расширение рабочей полосы частот данной антенны достигается за счет конструктивного выполнения проводников, образующих полотно антенны, но более значительно в область нижних частот.

Известна зигзагообразная антенна (а.с. СССР №1617501), в которой для увеличения коэффициента усиления используют не только прямоугольный металлический экран и ленточные проводники, образующие ромбовидные секции, но и дополнительно введена в конструкцию антенны диэлектрическая пластина с ленточными проводниками, которая расположена между плоскостью полотна антенны и металлическим экраном.

Увеличение коэффициента усиления такой антенны с уменьшением габаритов, точнее расстояния от зигзагообразного полотна до металлического экрана, обеспечивается за счет значительного усложнения конструкции и понижения ветроустойчивости.

Известна двойная комбинированная треугольная антенна, в которой расширение полосы пропускания и повышение коэффициента усиления в области высоких частот обеспечивается комбинацией полотна двойной треугольной антенны, используемой для работы в низкочастотной части диапазона, и элементарных линейных разрезных вибраторов, дополнительно установленных в среднюю часть антенны, используемых в высокочастотной части рабочего диапазона (Онищенко И.П. Приемные телевизионные антенны. - М.: ДОСААФ, 1989, с.67, рис. 54).

Эта антенна обладает более широкой полосой рабочих частот относительно классических зигзагообразных антенн, но за счет сокращения активных элементов при работе в низкочастотной части диапазона и единичных разрезных вибраторов при работе в высокочастотной части диапазона ее коэффициент усиления в рабочей полосе частот недостаточно высок особенно на верхних частотах.

Наиболее близкой по технической сущности является комбинированная антенна, полотно которой состоит из двух треугольных рамок низкочастотного диапазона, зигзагообразной структуры высокочастотного диапазона и двух отрезков разомкнутой двухпроводной линии, которые обеспечивают работу антенны в высокочастотной части рабочего диапазона частот (Борийчук Г.И., Булыч В.И. Радиолюбителю о телевизионных антеннах. - М.: ДОСААФ, 1977, с.62, рис.50).

Антенна-прототип обладает улучшенными характеристиками зигзагообразных антенн с присущими для данного типа недостатками. Такими недостатками являются ограниченная метровым диапазоном полоса рабочих частот и малый коэффициент усиления.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, состоит в расширении полосы пропускания антенны и увеличении коэффициента усиления антенны в области высоких частот рабочего диапазона.

Для достижения указанного технического результата в комбинированной псевдошунтовой зигзагообразной антенне, содержащей расположенные в одной общей плоскости структуру, работающую в низкочастотном диапазоне волн, и зигзагообразную структуру, работающую в высокочастотном диапазоне волн, двухпроводную линию, коаксиальный фидер, размещенный в точке нулевого потенциала структуры, работающей в низкочастотном диапазоне волн, точки питания антенны, относительно которых симметричны обе структуры, зигзагообразная структура расположена внутри работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры и имеет размеры, которые меньше размеров работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры, при этом размеры обеих структур находятся в соотношении, обусловленном полосой пропускания и коэффициентом усиления антенны, каждая структура представляет собой две ромбообразные секции с незамкнутыми и повернутыми друг к другу концами, причем незамкнутые концы ромбообразных секций обеих структур повернуты друг к другу, незамкнутые концы ромбообразных секций работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры соединены друг с другом, а незамкнутые концы ромбообразных секций зигзагообразной структуры соединены друг с другом через двухпроводную линию, в середине которой расположены точки питания антенны, дополнительно введены шунтирующие проводники, из которых образованы соединенные с двухпроводной линией две стороны каждой ромбообразной секции зигзагообразной структуры, а две другие стороны этих секций представляют собой участки смежных и расположенных против незамкнутых концов сторон ромбообразных секций работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры, причем в низкочастотном диапазоне волн ромбообразные секции зигзагообразной структуры выполняют роль шунтов. Соотношение размеров структуры, работающей в низкочастотном диапазоне, к размерам зигзагообразной структуры составляет от 2:1 до 3:1.

Отличительными признаками предлагаемой комбинированной псевдошунтовой зигзагообразной антенны от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются следующие: зигзагообразная структура расположена внутри работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры, размеры зигзагообразной структуры меньше размеров структуры, работающей в низкочастотном диапазоне волн, размеры обеих структур находятся в соотношении, обусловленном полосой пропускания и коэффициентом усиления антенны, каждая структура представляет собой две ромбообразные секции с незамкнутыми и повернутыми друг к другу концами, причем незамкнутые концы ромбообразных секций обеих структур повернуты друг к другу, незамкнутые концы ромбообразных секций работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры соединены друг с другом, а незамкнутые концы ромбообразных секций зигзагообразной структуры соединены друг с другом через двухпроводную линию, в середине которой расположены точки питания антенны, дополнительно введены шунтирующие проводники, из которых образованы соединенные с двухпроводной линией две стороны каждой ромбообразной секции зигзагообразной структуры, а две другие стороны этих секций представляют собой участки смежных и расположенных против незамкнутых концов сторон ромбообразных секций работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры, причем в низкочастотном диапазоне волн ромбообразные секции зигзагообразной структуры выполняют роль шунтов. Размеры структуры, работающей в низкочастотном диапазоне волн, больше размеров зигзагообразной структуры в 2-3 раза, что обусловлено полосой пропускания и коэффициентом усиления антенны.

Благодаря наличию этих признаков ромбообразные секции зигзагообразной структуры выполняют роль шунтов в нижней части диапазона рабочих частот и антенна в этом диапазоне частот работает как двойная шунтовая. В высокочастотном диапазоне волн ромбообразные секции зигзагообразной структуры осуществляют прием электромагнитных волн и выполняют роль высокочастотных вибраторов. Кроме того, подобное конструктивное выполнение антенны позволило расширить полосу пропускания антенны и увеличить коэффициент усиления.

Предлагаемая антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 представлено схематичное изображение антенны, на фиг.2 - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, на фиг.3 - диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости, на фиг.4 - основные электрические параметры заявляемой антенны.

Комбинированная псевдошунтовая зигзагообразная антенна содержит работающую в низкочастотном диапазоне волн структуру 1 (фиг.1). Эта структура 1 содержит две ромбообразные секции 2. Ромбообразные секции 2 расположены в одной плоскости и имеют незамкнутые и повернутые друг к другу концы 3. Концы 3 обеих ромбообразных секций 2 соединены друг с другом. Внутри структуры 1 и в одной с ней плоскости расположена зигзагообразная структура 4. Структура 4 имеет две ромбообразные секции 5. Ромбообразные секции 5 расположены в одной плоскости, которая совпадает с плоскостью ромбообразных секций 2. Ромбообразные секции 5 имеют незамкнутые и повернутые друг к другу концы 6. Эти концы 6 соединены друг с другом с помощью двухпроводной линии 7. В середине двухпроводной линии 7 расположены точки питания 8 антенны. Незамкнутые концы 3 ромбообразных секций 2 и незамкнутые концы 6 ромбообразных секций 5 повернуты друг к другу. Две стороны 9, соединенные с двухпроводной линией 7, каждой ромбообразной секции 5 образованы из дополнительно введенных шунтирующих проводников. А две другие стороны 10 ромбообразных секций 5 представляют собой участки смежных и расположенных против незамкнутых концов 3 сторон 11 ромбообразных секций 2 (фиг.1). Коаксиальный фидер (на фиг.1 не показан) введен в точку нулевого потенциала 12 одной из ромбообразных секций 2 структуры 1 и подключен к точкам питания 8. Обе структуры 1 и 4 симметричны относительно точек питания 8. Структура 4 имеет меньшие размеры по сравнению со структурой 1 (фиг.1). Соотношение размеров структуры 1 к размерам зигзагообразной структуры 4 обусловлено полосой пропускания и коэффициентом усиления антенны и составляет от 2:1 до 3:1.

Технический результат достигается за счет комбинированного использования шунтирующих проводников в качестве шунтового элемента в низкочастотной части рабочего диапазона и в качестве элементов ромбообразных секций в высокочастотной части рабочего диапазона частот.

Работает комбинированная псевдошунтовая зигзагообразная антенна следующим образом.

Ромбообразные секции 2 работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры 1 принимают электромагнитный сигнал, который наводит электродвижущую силу (ЭДС) в проводниках ромбообразных секций 2. Эта ЭДС по сторонам 9 образованных из шунтирующих проводников ромбообразных секций 5, и по двухпроводной линии 7 подводится к точкам питания 8. В этом диапазоне волн ромбообразные секции 5 зигзагообразной структуры 4 выполняют роль шунтов. В зависимости от точек подключения образованных с помощью шунтирующих проводников сторон 9 ромбообразных секций 5 к смежным сторонам 11 ромбообразных секций 2 возможна коррекция входного сопротивления антенны на нижних частотах рабочего диапазона. В высокочастотном диапазоне волн ромбообразные секции 5 зигзагообразной структуры 4 принимают электромагнитный сигнал, который наводит ЭДС в проводниках ромбообразных секций 5, и по сторонам 9, соединенным с двухпроводной линией 7, подводится к точкам питания 8. В зависимости от точек подключения образованных из шунтирующих проводников сторон 9 к смежным сторонам 11 ромбообразных секций 2 возможно изменение размеров ромбообразных секций 5 зигзагообразной структуры 4 и, соответственно, изменение соотношения размеров обеих структур 1 и 4 друг к другу, и, следовательно, возможны коррекция усиления при изменении границ участка высокочастотной области рабочих частот и изменение полосы пропускания антенны.

Результаты электронного моделирования полностью подтверждают работу предлагаемой антенны, о чем свидетельствуют диаграмма направленности в горизонтальной плоскости (фиг.2) и диаграмма направленности в вертикальной плоскости (фиг.3). На фиг.4 представлены электрические параметры антенны, которые свидетельствуют о расширении полосы пропускания и об увеличении коэффициента усиления предлагаемой антенны.

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является расширение полосы пропускания и увеличение коэффициента усиления антенны в области высоких частот диапазона. Антенна содержит две структуры. Одна структура имеет большие размеры и работает в низкочастотном диапазоне. Другая зигзагообразная структура имеет меньшие размеры и работает в высокочастотном диапазоне, а в низкочастотном диапазоне выполняет роль шунтов. Зигзагообразная структура расположена внутри структуры с большими размерами. Обе структуры расположены в одной общей плоскости. Каждая структура представляет собой две ромбообразные секции. Ромбообразные секции обеих структур имеют незамкнутые концы. Эти концы повернуты друг к другу. Незамкнутые концы структуры с большими размерами соединены между собой. Незамкнутые концы структуры с меньшими размерами соединены между собой через двухпроводную линию. Две стороны каждой ромбообразной секции структуры с меньшими размерами, соединенные с двухпроводной линией, образованы из шунтирующих проводников. Две другие стороны этих секций представляют собой участки смежных сторон ромбообразных секций структуры с большими размерами. В зависимости от точек подключения образованных из шунтирующих проводников сторон возможно изменение размеров ромбообразных секций зигзагообразной структуры и коррекция коэффициента усиления антенны. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Комбинированная псевдошунтовая зигзагообразная антенна, содержащая расположенные в одной плоскости структуру, работающую в низкочастотном диапазоне волн, и зигзагообразную структуру, работающую в высокочастотном диапазоне волн, двухпроводную линию, коаксиальный фидер, размещенный в точке нулевого потенциала структуры, работающей в низкочастотном диапазоне волн, точки питания антенны, относительно которых симметричны обе структуры, отличающаяся тем, что зигзагообразная структура расположена внутри работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры и имеет размеры, которые меньше размеров работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры, при этом размеры обеих структур находятся в соотношении, обусловленном полосой пропускания и коэффициентом усиления антенны, каждая структура представляет собой две ромбообразные секции с незамкнутыми и повернутыми к друг другу концами, причем незамкнутые концы ромбообразных секций обеих структур повернуты друг к другу, незамкнутые концы ромбообразных секций работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры соединены друг с другом, а незамкнутые концы ромбообразных секций зигзагообразной структуры соединены друг с другом через двухпроводную линию, в середине которой расположены точки питания антенны, дополнительно введены шунтирующие проводники, из которых образованы соединенные с двухпроводной линией две стороны каждой ромбообразной секции зигзагообразной структуры, а две другие стороны этих секций представляют собой участки смежных и расположенных против незамкнутых концов сторон ромбообразных секций работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры, причем в низкочастотном диапазоне волн ромбообразные секции зигзагообразной структуры выполняют роль шунтов.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что соотношение размеров работающей в низкочастотном диапазоне волн структуры и размеров зигзагообразной структуры составляет от 2:1 до 3:1.