АНТЕННА Российский патент 2014 года по МПК H01Q21/24 

Изобретение относится к области антенно-фидерных устройств и может быть использовано, например, в качестве направленной двухполяризационной антенны с ортогональными поляризациями в дециметровом диапазоне волн.

Известна антенна, полотно которой выполнено из металлического листа (патент РФ №2256983 С2, H01Q 9/00), обеспечивающая работу с одной линейной поляризацией. Работа такой антенны одновременно с двумя ортогональными линейными поляризациями невозможна.

Известна антенна, содержащая квадратную металлическую пластину, расположенную над металлическим экраном параллельно ему (Д.М. Сазонов, Антенны и устройства СВЧ, «Высшая школа», Москва, 1988, стр.258-262, рис.10-15, 10-18), излучающая поле двух ортогональных поляризаций, выбранная в качестве прототипа.

Недостатками известной антенны являются ее узкополосность (полоса пропускания ~ до 3% от средней частоты) и пониженный коэффициент полезного действия (50÷80%).

Технический результат предложения состоит в том, что при сохранении технологической простоты плоских, в том числе печатных, антенн достигается расширение рабочего диапазона частот, увеличение коэффициента направленного действия и коэффициента усиления при уменьшении габаритных размеров без использования высокочастотных диэлектриков.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в антенне, содержащей квадратную металлическую пластину, расположенную над металлическим экраном параллельно ему, в середине сторон квадратной металлической пластины выполнены прорези, перпендикулярные ее сторонам, меньшие по длине, чем половина длины стороны квадратной металлической пластины, к противолежащим прорезям синфазно присоединены два отрезка равной длины коаксиального кабеля, соединенные параллельно в центральной области квадратной металлической пластины, к их общей точке присоединен входной кабель, проходящий к металлическому экрану через центр квадратной металлической пластины, причем высота установки квадратной металлической пластины над металлическим экраном не превышает половины длины ее стороны.

Кроме того, в антенне над сторонами квадратной металлической пластины параллельно им и симметрично относительно прорезей установлены на изоляторах пассивные вибраторы, длина которых меньше длины стороны квадратной металлической пластины.

Фиг.1 - вид сбоку антенны по п.1;

Фиг.2 - вид сверху антенны по п.1;

Фиг.3 - вид сбоку антенны по п.2;

Фиг.4 - вид сверху антенны по п.2.

Обозначения на фигурах:

1 - квадратная металлическая пластина;

2 - входные кабели;

3 - металлический экран;

4 - отрезки коаксиального кабеля;

5 - прорези;

6 - стойки-изоляторы;

7 - стойки-изоляторы пассивных вибраторов;

8 - пассивные вибраторы;

9 - сектора квадратной металлической пластины;

10 - металлическая стойка.

s - ширина прорезей 5;

Н - высота расположения квадратной металлической пластины 1 над металлическим экраном 3;

h - высота расположения пассивных вибраторов 8 над квадратной металлической пластиной 1;

a - длина стороны квадратной металлической пластины 1;

b - длина прорезей 5;

е - ширина пассивных вибраторов 8;

g - длина пассивных вибраторов 8;

с - расстояние точки присоединения отрезков коаксиального кабеля 4 от края квадратной металлической пластины 1.

Квадратная металлическая пластина 1, в которой выполнены прорези 5, ширина которых S много меньше длины рабочей волны, установлена, например, на стойках-изоляторах 6 над металлическим экраном 3. На квадратной металлической пластине 1 закреплены с обеспечением электрического контакта отрезки коаксиального кабеля 4, центральные проводники которых присоединены к противоположным сторонам прорезей 5. Так же на поверхности квадратной металлической пластины 1 выполнено присоединение входных кабелей 2 к точке параллельного соединения отрезков коаксиального кабеля 4. Входные кабели 2 выведены с квадратной металлической пластины 1 через ее центр (точку нулевого потенциала) к металлическому экрану 3.

Квадратная металлическая пластина 1 может быть установлена на одной металлической стойке 10, расположенной в ее центре (фиг.3), вместо стоек-изоляторов 6 (фиг.1).

Над сторонами квадратной металлической пластины 1 параллельно им и симметрично относительно прорезей 5 дополнительно установлены на стойках-изоляторах 7 пассивные вибраторы 8 (фиг.3, фиг.4).

При работе антенны входной сигнал подается на входные кабели 2 и через отрезки коаксиального кабеля 4 синфазно возбуждает противолежащие прорези 5 и через них токи на секторах квадратной металлической пластины 9, излучающие энергию в пространство. При этом квадратная металлическая пластина 1 резонирует на нижних частотах входного сигнала, а ее сектора 9 - на верхних частотах. Резонансный размер квадратной металлической пластины 1 уменьшается от введения прорезей 5 по сравнению с резонансным размером пластины прототипа, равным половине длины рабочей волны.

Дальнейшее улучшение согласования антенны с входным кабелем и увеличение ее коэффициента усиления на верхних частотах рабочего диапазона достигается введением пассивных вибраторов 8. Их длина должна быть меньше длины стороны квадратной металлической пластины 1, т.к. они должны резонировать на более высоких частотах, чем квадратная металлическая пластина.

Выбором высоты в указанных пределах достигается одновременно широкополосность по согласованию антенны с входным кабелем и высокий коэффициент усиления. Превышение высоты ведет к расширению диаграммы направленности и уменьшению коэффициента усиления.

Для получения оптимальных характеристик антенны в заданном диапазоне частот размеры антенны должны быть выполнены в указанных ниже пределах:

a=(0,28-0,35)λ_max; $$h<\frac{\lambda \max }{4}$$ ;

s<<λ_max; e<<λ_max; b<0,45a; c<0,5b;

где

s - ширина прорезей 5;

λ_max - длина максимальной рабочей волны;

a - длина стороны квадратной металлической пластины 1;

h - высота расположения пассивных вибраторов 8 над квадратной металлической пластиной 1;

b - длина прорезей 5;

е - ширина пассивных вибраторов 8;

g - длина пассивных вибраторов 8;

с - расстояние точки присоединения отрезков коаксиального кабеля 4 от края квадратной металлической пластины 1.

Эксперименты показали, что рабочий диапазон предлагаемой антенны расширяется до 30% и более.

При выполнении антенны с использованием пассивных вибраторов 8 рабочий диапазон антенны еще больше расширяется и может быть доведен до двухкратного, при котором отношение верхней рабочей частоты к нижней не менее 2.

Изобретение относится к области антенно-фидерных устройств и может быть использовано, например, в качестве направленной двухполяризационной антенны с ортогональными поляризациями в дециметровом диапазоне волн. Технический результат - расширение рабочего диапазона широт, увеличение коэффициента направленного действия и коэффициента усиления при уменьшении габаритных размеров. Антенна, содержащая квадратную металлическую пластину, расположенную над металлическим экраном параллельно ему, отличающаяся тем, что в середине сторон квадратной металлической пластины выполнены прорези, перпендикулярные ее сторонам, меньшие по длине, чем половина длины стороны квадратной металлической пластины, к противолежащим прорезям синфазно присоединены два отрезка равной длины коаксиального кабеля, соединенные параллельно в центральной области квадратной металлической пластины, к их общей точке присоединен входной кабель, проходящий к металлическому экрану через центр квадратной металлической пластины, причем высота установки квадратной металлической пластины над металлическим экраном лежит в пределах до половины ее стороны. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Антенна, содержащая квадратную металлическую пластину, расположенную над металлическим экраном параллельно ему, отличающаяся тем, что в середине сторон квадратной металлической пластины выполнены прорези, перпендикулярные ее сторонам, меньшие по длине, чем половина длины стороны квадратной металлической пластины, к противолежащим прорезям синфазно присоединены два отрезка равной длины коаксиального кабеля, соединенные параллельно в центральной области квадратной металлической пластины, к их общей точке присоединен входной кабель, проходящий к металлическому экрану через центр квадратной металлической пластины, причем высота установки квадратной металлической пластины над металлическим экраном лежит в пределах до половины ее стороны.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что над сторонами квадратной металлической пластины параллельно им и симметрично относительно прорезей установлены на изоляторах пассивные вибраторы, длина которых меньше длины стороны квадратной металлической пластины.