СПОСОБ ДОСТИЖЕНИЯ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОСТИ АНТЕНН ЛИНЕЙНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ Российский патент 2012 года по МПК H01Q1/36 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в симметричных и несимметричных антеннах линейной поляризации.

Известно, что для антенн линейной поляризации с изменением отношения , где h - заданный линейный размер антенного элемента, a λi - длина волны, излучаемой на fi частоте рабочего диапазона антенны, изменяются и Z_вx - комплексное значение входного сопротивления на клеммах питания антенны, и ее характеристика направленности. При этом, сообразуясь с условиями целевого назначения антенны, заранее устанавливают те допустимые пределы изменения ее параметров, которые еще позволяют антенне выполнять ее задачи по предназначению. Эти пределы по полосе рабочих частот характеризуют коэффициентом , где fmax и fmin есть граничные частоты ее рабочего диапазона, в рамках которых все электрические параметры антенны годятся для выполнения ее функциональных задач.

Известно, что лучшие из таких антенн - диск-конусные антенны - имеют коэффициент Δ≈2÷2,5. (Смотри, например, «Техника сверхвысоких частот», Москва, «Советское радио», 1952 г., стр.97-100.) Для диск-конусных антенн увеличение значения коэффициента Δ ограничивает изменение формы ее диаграммы направленности (ДН) в Е-плоскости поляризации, при изменении которой максимум излучения антенны отклоняется от нормали к ее оси с уменьшением усиления в главном направлении на 3 дБ и более.

Вряд ли необходимо пояснять, что потеря в усилении сигнала на трассе есть явление нерациональное. Однако практика, в погоне за более широкой полосой рабочих частот антенны, мирится с таким положение дел.

Следует особо подчеркнуть, что требования настоящего времени к значению Δ столь возросли, что значения Δ≈2÷2,5 представляются «смехотворными». Задачи практики сегодняшнего дня нуждаются в значениях Δ>10.

Решаемая изобретением задача - достижение коэффициента Δ>10.

Заявленное достигается отсечкой тока проводимости на проводниках антенного элемента с получение значения , где hi - размер (высота) проводника от точки питания антенны до точки отсечения тока проводимости, с сохранением всех ее характеристик от fmin до fmax в пределах значения Δ>10.

Решение поставленной задачи с достижением указанного технического результата за счет отсечки тока проводимости на проводниках антенного элемента заключается в том, что берут плоский упругий токопроводящий лист и вырезают из него равнобедренный треугольник с углом при вершине Θ₁°≈127°, высотой ; на этом треугольнике вычерчивают внутренний (второй) равнобедренный треугольник, имеющий общую вершину с первым и углом при ней Θ₂°≈117°. На расстоянии h₂=0,85*h₁, отсчитываемым от вершины, прорезают слева направо металл треугольника первой щелью шириной S₁, до упора в начертанную справа линию второго треугольника; затем на высоте h₃=0,85*h₂ прорезают справа на лево очередную щель, шириной S₂=0,85S₁, до упора в начертанную слева линию второго треугольника и так продолжают делать, двигаясь к общей вершине обоих треугольников. При этом достижение λmin min будет обусловлено высотой h_n=h_n-1*0,85, реализация которой целиком зависит от технологических возможностей оператора.

С принципиальной точки зрения значение λmin min→0 можно устремить к нулю, а λmax задать значением h₁, руководствуясь поставленной целью и получить значение Δ→∞ сколько угодно большим.

Чтобы не было курьеза у желающих обойти эту заявку по новизне решения задачи, отметим для экспертизы, что смена направления в изготовлении щелей справа налево в отличие от заявляемого - слева направо - ничего в итоге не изменит, коэффициент Δ останется тем же.

Отсечка тока проводимости происходит на высоте hi, при которой длина прорезанной щели становится близкой или равной значению 0,75λi. Подчеркнем, что все щели здесь являются короткозамкнутыми и делают параллельными основанию треугольников.

Готовый токопроводящий антенный элемент со щелями сворачивают в воронку. При этом общую вершину обоих треугольников делают вершиной воронки, а две равные стороны антенного элемента сводят друг к другу с клиновидным зазором между ними, исключая их взаимное касание, ширину зазора в его основании делают равным или большим 1/10 длины сводимых сторон. Для укрепления воронки заполняют диэлектриком промежуток клиновидного зазора между равными сторонами антенного элемента. Этим приемом воронка становится упруго прочной.

Для построения несимметричной антенны воронку ее вершиной подключают к центральному проводнику коаксиального фидера, наружный проводник (оплетку) которого обычным способом подключают к плоскому экрану - противовесу, и ориентируют относительно плоскости экрана так, чтобы ось клиновидного зазора на воронке была ортогонально плоскости экрана - противовеса.

Для построения симметричной антенны берут две одинаковые воронки и подключают их к симметричной линии питания обычным способом, ориентируя оси их клиновидных зазоров вдоль одной прямой.

Наиболее успешно заявленный способ достижения сверхширокополосности антенн линейной поляризации промышленно применим в антенной технике сверхвысоких частот. Однако он может оказаться единственно возможным и на более низких частотах. Практика будущего разберется с этим прогнозом.

Фиг.1 схематично показывает плоский треугольный антенный элемент со щелями и углом при вершине Θ₁°≈127°, а также контуры равнобедренного треугольника с углом при вершине Θ₂°≈117°.

Фиг.2 схематично показывает свернутый в воронку антенный элемент по фиг.1 со стороны клиновидного зазора между его равными сторонами для несимметричного варианта антенны.

Фиг.3 схематично показывает то же, что и фиг.2, с поворотом изображения воронки на 90°.

Фиг.4 схематично показывает то же, что и фиг.3, для симметричной антенны.

Позициями на фиг.1-4 показаны:

1 - плоский антенный элемент в форме равнобедренного треугольника с углом при вершине Θ₁°≈127°.

2 - контуры второго равнобедренного треугольника с углом при вершине Θ₂°≈117°.

3 - щели, прорезанные слева и справа на поверхности антенного элемента.

4 - равные стороны антенного элемента.

5 - ось клиновидного зазора между сторонами антенного элемента позиции 4, свернутого в воронку.

6 - контуры воронки с видом на клиновидный зазор.

7 - вершина воронки.

8 - плоский экран-противовес для несимметричного варианта антенны.

9 - внешний проводник коаксиального фидера (оплетка) для питания несимметричной антенны.

10 - внутренний проводник коаксиала.

11 - контуры воронки (разворот фиг.2 на 90°).

12 - проводники симметричной линии питания симметричной антенны.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в симметричных и несимметричных антеннах линейной поляризации. Технический результат - обеспечение сверхширокополосности антенн линейной поляризации за счет отсечки тока проводимости на проводниках антенн линейной поляризации с несимметричным и симметричным питанием. Для этого плоский токопроводящий антенный элемент выполняют в форме равнобедренных треугольников с углами при общей для них вершине соответственно Θ₁°≈127° и высотой и Θ₂°≈117°, отсчитывают от основания треугольников расстояния h₂=0,85*h₁, h₃=0,85*h₂ и так далее до вершины антенного элемента, параллельно основаниям треугольников в соответствии с отсчитанным расстоянием h прорезают соответственно слева направо и справа налево щели шириной S₁ и шириной S₂=0,85S₁ соответственно до вершины антенного элемента, затем сворачивают готовый антенный элемент со щелями в воронку, сводя друг к другу его равные стороны с клиновидным зазором между ними, ориентируют ось зазора ортогонально плоскости экрана противовеса для антенны с несимметричным питанием, ориентируют оси зазоров двух одинаковых воронок вдоль прямой линии для антенны с симметричным питанием. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ достижения сверхширокополосности антенн линейной поляризации, заключающийся в том, что плоский токопроводящий антенный элемент выполняют в форме равнобедренного треугольника с углом при вершине Θ₁≈127° и высотой , вычерчивают на нем второй равнобедренный треугольник с углом Θ₂≈117° при общей для них вершине, отсчитывают от нее расстояние h₂=0,85·h₁ и прорезают параллельно основанию треугольников слева направо первую щель шириной S₁ до упора в начертанную справа линию второго треугольника, прорезают на высоте h₃=0,85·h₂ параллельно предыдущей справа налево очередную щель шириной S₂=0,85S₁ до упора в начертанную слева линию второго треугольника и делают так, двигаясь от основания к вершине антенного элемента, затем сворачивают антенный элемент со щелями в воронку, сводя друг к другу его равные стороны с клиновидным зазором между ними, ориентируют ось зазора ортогонально плоскости экрана-противовеса для антенны с несимметричным питанием, ориентируют оси зазоров двух одинаковых воронок вдоль прямой линии для антенны с симметричным питанием.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую щель прорезают справа налево.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что заполняют диэлектриком промежуток клиновидного зазора между равными сторонами антенного элемента.