ВСЕНАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА Российский патент 2011 года по МПК H01Q3/22 H01Q3/06 

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах связи, навигации и контроля радиоизлучения источников, распределенных в верхнем полупространстве, а также в качестве облучателя параболических зеркал, повышающее коэффициент использования их поверхности, а соответственно, и коэффициент усиления антенн, построенных на их основе.

Потребность в антеннах, обладающих близкой к изотропной характеристикой направленности, возникает при обеспечении приема сигналов от источников, положение которых в верхнем полупространстве заранее не определено. Это относится к системам связи, работа которых осуществляется через космические объекты, расположенные на низких орбитах, а также к системам навигации ГЛОНАСС (GPS). Использование всенаправленных приемных антенн в системах ГЛОНАСС позволяет увеличить число спутников, находящихся одновременно в зоне радиовидимости навигационного приемника, повысив тем самым точность пространственного позиционирования объекта, на котором установлен приемник.

Простейшие излучатели, в виде симметричного вибратора или рамки, не способны сформировать всенаправленную в верхнем полупространстве характеристику направленности.

Известна антенна, называемая турникетной и обладающая характеристикой направленности, близкой к изотропной в верхнем полупространстве. Данная антенна выполнена из ортогональных симметричных вибраторов, питаемых в квадратуре (З.Беньковский, Э.Липитский. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн - М.: Радио и связь, 1983. с.411).

Недостатком турникетных антенн является недостаточно равномерная характеристика направленности в горизонтальной плоскости и слабое излучение под малыми углами к горизонту.

Более равномерной характеристикой направленности в горизонтальной плоскости обладают кольцевые рамки, периметр которых меньше длины волны (А.З.Фрадин. Антенно-фидерные устройства - М.: Связь, 1977. с.126). Однако малые рамки имеют низкий к.п.д. Увеличение размера кольцевой рамки хотя и приводит к повышению к.п.д., но при этом нарушается равномерность характеристики направленности в горизонтальной плоскости из-за появления противофазных токов по ее периметру.

Устранить противофазные токи можно путем включения в провод рамки реактивных сопротивлений или короткозамкнутых четвертьволновых шлейфов.

В качестве прототипа рассмотрим всенаправленную антенну в виде «мальтийского креста» (К.Ротхамель. Антенны - М.: Энергия, 1979. с.281). Антенна представляет собой прямоугольную рамку с периметром, близким к 2λ, в каждый из четырех углов которой включены короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы.

Недостатком данной антенны, как и ранее рассмотренных антенн, является формирование всенаправленного излучения только в плоскости рамки и отсутствие его в направлениях, перпендикулярных этой плоскости. Кроме того, в силу симметрии рамки для питания данной антенны необходимо применение симметрирующего устройства, что в целом усложняет конструкцию и настройку антенны.

Технической задачей, на решение которой направленно изобретение, является создание конструкции антенны с несимметричным питанием, формирующим всенаправленную в верхнем полупространстве характеристику направленности.

Поставленная задача решается с помощью предложенной конструкции антенны. Всенаправленная антенна состоит из прямоугольной рамки с периметром, близким к 1,5λ, в каждый из четырех углов которой включены короткозамкнутые шлейфы. Рамка закреплена вертикально на проводящем диске, диаметром 0,8λ с помощью двух короткозамкнутых шлейфов длиной 0,18λ и 0,25λ, соответственно. В верхних углах рамки включены проволочные треугольные структуры, расположенные в плоскости рамки и соединяющие в перекрестном порядке ее горизонтальную и вертикальные стороны. Смежные элементы треугольных структур расположены под углом 20° к указанным сторонам рамки.

Питание антенны осуществляется через несимметричный коаксиальный разъем, установленный на проводящем диске. Центральный элемент разъема подключен к короткозамкнутому шлейфу большей длины в точке, отстоящей на расстоянии 0,1λ от вертикальной стороны рамки.

Предложенная конструкция антенны иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена конструкция всенаправленной антенны, где 1 - вертикальная рамка; 2 - короткозамкнутые шлейфы; 3 - проволочные треугольные структуры; 4 - коаксиальный разъем; 5 - проводящий диск.

На фиг.2 представлена диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости.

Формирование близкой к изотропной в верхнем полупространстве характеристики направленности достигается равномерным распределением тока вдоль провода рамки. Такое распределение тока, подчиняющееся гармоническому закону, обеспечивается выбором периметра рамки и включением в ее провод дополнительных шлейфов и проволочных треугольных структур.

Благодаря указанным структурам устраняются противофазные токи на проводе антенны и обеспечивается формирование излучения в направлениях, перпендикулярных плоскости рамки.

Согласование антенны с питающим фидером достигается выбором точки подключения центрального провода разъема к одному из короткозамкнутых шлейфов, удерживающих рамку в вертикальном положении.

Конструктивно элементы антенны могут быть выполнены из алюминиевых (медных) трубок или проводников, изогнутых в соответствии с профилем рамки и треугольных структур.

Исследование характеристик предлагаемой антенны было проведено с помощью программы компьютерного моделирования антенн MMANA.

На фиг.2 показана диаграмма направленности предлагаемой конструкции антенны в вертикальной плоскости.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах связи, навигации и контроля радиоизлучений, распределенных в верхнем полупространстве. Согласно изобретению, антенна выполнена в виде прямоугольной рамки с периметром 1,5λ, в углы которой включены короткозамкнутые шлейфы. Рамка установлена вертикально на проводящем диске, диаметром 0,8λ, с помощью двух короткозамкнутых шлейфов длиной 0,18λ и 0,25λ, соответственно. В верхние углы рамки включены проволочные треугольные структуры, соединяющие в перекрестном порядке ее горизонтальную и вертикальные стороны. Питается антенна через коаксиальный разъем, центральная часть которого подключена к одному из короткозамкнутых шлейфов в точке, отстоящей на расстоянии 0,1λ от вертикальной стороны рамки. Техническим результатом является повышение коэффициента усиления антенн, формирование всенаправленной в верхнем полупространстве характеристики направленности. 2 ил.

Всенаправленная антенна, состоящая из прямоугольной рамки с периметром 1,5λ, в каждый из углов которой включены короткозамкнутые шлейфы, отличающаяся тем, что рамка установлена вертикально на проводящем диске диаметром 0,8λ, с помощью двух короткозамкнутых шлейфов длиной 0,18λ, и 0,25λ соответственно, при этом два других шлейфа заменены треугольными проволочными структурами, расположенными в плоскости рамки и соединяющими в перекрестном порядке ее горизонтальную и вертикальные стороны, а питание антенны осуществляется несимметрично через коаксиальный разъем, установленный в проводящем диске и подключенный к короткозамкнутому шлейфу большей длины в точке, отстоящей от вертикального элемента рамки на расстоянии 0,1λ.