ШИРОКОПОЛОСНАЯ СИММЕТРИЧНАЯ АНТЕННА Российский патент 2010 года по МПК H01Q9/44 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в широкополосных приемо-передающих устройствах.

Известна широкополосная антенна, содержащая вибратор, выполненный в виде пластины, преимущественно квадратной формы, противовес в виде пластины прямоугольной формы, средство для подключения вибратора и противовеса к линии передачи, при этом противовес своей длинной стороной изогнут в плоскости, ортогональной плоскости вибратора, а последний расположен между кромками малой стороны противовеса компланарной плоскости, включающей эти кромки (Патент RU №2111584 С1. Широкополосная антенна. - МПК₆: H01Q 9/02. - 1998.05.20). Недостатком известной широкополосной антенны является сложность конструкции и малый коэффициент усиления.

Ближайшим аналогом является широкополосная симметричная антенна, содержащая плоский металлический вибратор, состоящий из пары плеч треугольной формы, симметрично расположенных относительно плоскости Н, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам питания, расположенным в центральных углах плеч вибратора в плоскости Е, и согласующий элемент, выполненный в виде двух металлических шунтов, каждый из которых расположен параллельно плоскости Е с зазором относительно периферийных углов плеч вибратора, и двух перемычек, каждая из которых попарно соединяет концы шунтов и расположена параллельно плоскости Н с зазором относительно торца плеча вибратора (Кочержевский Г.Н. и др. Антенно-фидерные устройства: Учебник для вузов / Г.Н.Кочержевский, Г.А.Ерохин, Н.Д.Козырев. - М.: Радио и связь, 1989. - 352 с., ил. - с.147-148, рис.7.16, б). Данная широкополосная симметричная антенна принята за прототип.

Недостатком известной широкополосной симметричной антенны является большое входное сопротивление, а согласующий элемент не обеспечивает достаточной степени согласования в диапазоне частот с различными питающими линиями.

Основной задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение необходимой степени согласования в диапазоне частот с различными питающими линиями, в том числе при установке рефлектора в плоскости, параллельной плоскости антенны на расстоянии порядка четверти средней длины волны.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является обеспечение степени согласования, характеризующейся коэффициентом стоячей волны по напряжению (КСВН) не выше 2 в диапазоне частот, составляющем 50÷55% от средней частоты с различными питающими линиями, имеющими стандартизованные входные сопротивления 37,5 Ом и более, в том числе при установке рефлектора в плоскости, параллельной плоскости антенны на расстоянии порядка четверти средней длины волны, обеспечивающем увеличение коэффициента направленного действия антенны (Ку) до величины порядка 7 дБ.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной широкополосной симметричной антенне, содержащей плоский металлический вибратор, состоящий из пары плеч треугольной формы, симметрично расположенных относительно плоскости Н, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам питания, расположенным в центральных углах плеч вибратора в плоскости Е, и согласующий элемент, выполненный в виде двух металлических шунтов, расположенных параллельно плоскости Е с зазором относительно односторонних периферийных углов плеч вибратора, и двух металлических перемычек, соединяющих попарно концы шунтов, каждая из которых расположена параллельно плоскости H с зазором относительно торца плеча вибратора, согласно предложенному техническому решению,

согласующий элемент дополнен двумя проводящими плоскостями треугольной формы, симметрично расположенными относительно плоскости Е, каждая из которых расположена симметрично плоскости Н с зазором относительно боковых сторон обоих плеч вибратора и шунта;

металлический вибратор и согласующий элемент нанесены на диэлектрическую подложку.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной широкополосной симметричной антенне, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На чертеже показана предлагаемая широкополосная симметричная антенна.

Широкополосная симметричная антенна содержит диэлектрическую подложку 1, на поверхности которой нанесен плоский металлический вибратор и согласующий элемент. Металлический вибратор состоит из пары плеч 2 треугольной формы, симметрично расположенных относительно плоскости H, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам 3 питания, расположенным в центральных углах плеч 2 вибратора в плоскости Е, ортогональной плоскости H. Согласующий элемент выполнен в виде двух металлических шунтов 4 с поперечным размером а, каждый из которых расположен параллельно плоскости Е с зазором b относительно односторонних периферийных углов 5 плеч 2 вибратора, двух металлических перемычек 6 с поперечным размером с, каждая из которых попарно соединяет концы обоих шунтов 4 и расположена параллельно плоскости H с зазором d относительно торца плеча 2 вибратора, и двух симметрично расположенных относительно плоскости Е проводящих плоскостей 7 треугольной формы, каждая из которых расположена симметрично плоскости H с зазором е относительно боковых сторон обоих плеч 2 вибратора и с зазором f относительно шунта 4. Значения а, b, с, d, е и f определяются компьютерным моделированием.

Широкополосная антенна работает следующим образом.

Под воздействием напряжения, приложенного к точкам 3 питания антенны, на плечах 2 вибратора возникают поверхностные токи, которые, с одной стороны, через зазоры d шунтируют токами перемычки 6, последние питают шунты 4, а с другой стороны, через зазоры е и f плечи 2 вибратора и шунты 4 шунтируют токами симметрично расположенные треугольные проводящие плоскости 7 согласующего элемента. Таким образом, на поверхности антенны возникает сложная картина токов, формирующих усиленное электромагнитное поле, которое обеспечивает необходимую степень согласования в диапазоне частот с различными питающими линиями.

Согласно предложенному изобретению создан макет широкополосной симметричной антенны с полосой пропускания по уровню КСВН=2 порядка 50÷55% от средней частоты и коэффициентом усиления К_у=1 дБ, шириной диаграммы направленности в плоскости Е, равной 70 градусам, и в плоскости H, равной 90 градусам.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в широкополосных приемо-передающих устройствах. Техническим результатом изобретения является обеспечение степени согласования и увеличения коэффициента направленного действия. Согласно изобретению широкополосная симметричная антенна содержит плоский металлический вибратор и согласующий элемент, нанесенные на диэлектрическую подложку. Металлический вибратор состоит из пары плеч треугольной формы, симметрично расположенных относительно плоскости Н, центральный угол в которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам питания, расположенным в центральных углах плеч вибратора в плоскости Е, ортогональной плоскости Н. Согласующий элемент выполнен в виде двух металлических шунтов, каждый из которых расположен параллельно плоскости Е с зазором относительно односторонних периферийных углов плеч вибратора, двух металлических перемычек, каждая из которых попарно соединяет концы обоих шунтов и расположена параллельно плоскости Н с зазором относительно торца плеча вибратора, и двух симметрично расположенных относительно плоскости Е проводящих плоскостей треугольной формы, каждая из которых расположена симметрично плоскости Н с зазором относительно боковых сторон обоих плеч вибратора и с зазором относительно шунта. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Широкополосная симметричная антенна, содержащая плоский металлический вибратор, состоящий из пары плеч треугольной формы, симметрично расположенных относительно плоскости Н, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам питания, расположенным в центральных углах плеч вибратора в плоскости Е, и согласующий элемент, выполненный в виде двух металлических шунтов, расположенных параллельно плоскости Е с зазором относительно односторонних периферийных углов плеч вибратора, и двух металлических перемычек, соединяющих попарно концы шунтов, каждая из которых расположена параллельно плоскости Н с зазором относительно торца плеча вибратора, отличающаяся тем, что согласующий элемент дополнен двумя проводящими плоскостями треугольной формы, симметрично расположенными относительно плоскости Е, каждая из которых расположена симметрично плоскости Н с зазором относительно боковых сторон обоих плеч вибратора и шунта.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что металлический вибратор и согласующий элемент нанесены на диэлектрической подложке.