АНТЕННА ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОЛНЫ, АНТЕННАЯ РЕШЕТКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АНТЕННЫ ИЛИ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ Российский патент 2019 года по МПК H01Q1/04 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к антенне, к антенной решетке и к использованию антенны или антенной решетки. В частности, изобретение относится к антенне или к решетке из антенн с вертикальной и/или эллиптической поляризацией, выполненной с возможностью испускать и/или принимать поверхностные волны в широкой полосе частот, включающей в себя, в частности, все или часть низких, средних и высоких частот приблизительно между 30 кГц и приблизительно 30 МГц, т.е. километровые, гектометровые и декаметровые волны.

2. Уровень техники

В настоящее время, крупные излучающие вышки используются для того, чтобы испускать высокий уровень мощности в гектометровых полосах частот. Эти вышки имеют недостаток дороговизны, необходимости значительного защитного заземления для установки, а также невзрачности и заметности. Они не оптимизированы для рассеяния с использованием главным образом поверхностных волн.

Антенны с использованием только поверхностной волны в качестве вектора распространения не являются очень известными. Современные антенны поверхностной волны представляют собой гибкие штыревые или биконические антенны, которые являются неподходящими для таких вариантов применения.

Излучающие вышки и, в общем, все антенны с вертикальной поляризацией, например, гибкие штыревые антенны или биконические антенны, по существу формируют поле пространственных волн (также называемое "полем ионосферного излучения") и являются дорогими и не очень незаметными.

Предложены решения для того, чтобы разрешать эти проблемы. Французская заявка на патент FR2965978, поданная этим же заявителем, предлагает решение, обеспечивающее значительное уменьшение размеров по вертикали антенны, за счет этого предоставляя снижение затрат на установку и обеспечивая большую незаметность антенны. Помимо этого, антенна предоставляет улучшение распространения поверхностных волн и уменьшение ионосферного излучения. Тем не менее, ионосферное излучение по-прежнему является значительным, в частности, для углов между ±[20°; 80°] вокруг нормали к плоскости заземления, на которой размещается антенна. Это оставшееся ионосферное излучение, в определенных полосах частот, может приводить к явлениям затухания, в частности, когда поверхностные волны и пространственные волны создают помехи, на поверхности Земли, после распространения в различных окружениях и через различные тракты.

3. Задачи изобретения

Изобретение направлено на смягчение, по меньшей мере, некоторых недостатков известных антенн.

В частности, изобретение направлено на предоставление, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, антенны, предпочтительное излучение которой представляет собой излучение поверхностных волн.

Изобретение также направлено на предоставление, по меньшей мере, в одном варианте осуществления, антенны, ионосферное излучение которой снижается.

Изобретение также направлено на предоставление, по меньшей мере, в одном варианте осуществления изобретения, антенны, которая является простой в реализации.

Изобретение также направлено на предоставление, по меньшей мере, в одном варианте осуществления, незаметной антенны, размеры по вертикали которой являются небольшими.

Изобретение также направлено на предоставление, по меньшей мере, в одном варианте осуществления, антенны, полоса пропускания которой может легко модифицироваться.

Изобретение также направлено на предоставление решетки из антенн поверхностной волны.

Изобретение также направлено на предоставление использования антенны или антенной решетки для излучения поверхностных волн.

4. Сущность изобретения

С этой целью, изобретение относится к антенне, выполненной с возможностью испускать и/или принимать поверхностные волны с декаметровой, гектометровой или километровой центральной длиной λ₀ волны, отличающейся тем, что она содержит:

- по меньшей мере, один горизонтальный проводной антенный элемент с длиной между 0,5 λ₀ и λ₀,

- по меньшей мере, три вертикальных проводных антенных элемента идентичной длины между 0,03 λ₀ и 0,1 λ₀, размещаемые в идентичной плоскости и содержащие верхний конец и нижний конец, причем упомянутые верхние концы соединяются с горизонтальным проводным антенным элементом, причем упомянутые нижние концы выполнены с возможностью соединения с проводящей средой, имеющей практически горизонтальную поверхность,

- при этом верхние концы, по меньшей мере, двух вертикальных проводных антенных элементов, соответственно, соединяются с первым концом и со вторым концом горизонтального проводного антенного элемента, и верхний конец вертикального проводного антенного элемента, называемого центральным элементом, соединен с горизонтальным проводным антенным элементом в его центре, причем центральный элемент также соединен с устройством для питания антенны.

В силу этого антенна согласно изобретению обеспечивает возможность испускания/приема направленных поверхностных волн с вертикальной поляризацией и уменьшения ионосферного излучения по сравнению с традиционными антеннами благодаря использованию конкретной формы антенны, с тем чтобы испускать/принимать поверхностные волны. Соединение антенны с проводящей средой, такой как наземная или водная среда, обеспечивает излучение поверхностных волн, распространяющихся вдоль этой среды. В частности, поверхностная волна рассчитана с возможностью соответствовать кривизне земной поверхности, за счет этого обеспечивая распространение на большие расстояния.

Помимо этого, антенна имеет высоту, равную длине вертикальных проводных антенных элементов, другими словами, высоту между 0,03 λ₀ и 0,1 λ₀, что делает ее электрически короткой антенной в вертикальной плоскости, имеющей уменьшенные размеры по вертикали. В силу этого такая антенна является незаметной. Помимо этого, она является менее чувствительной к ветру, взрывам, молниям, землетрясениям и т.д.

Центральная длина λ₀ волны соответствует длине волны, ассоциированной с рабочей частотой, если антенна излучает на одной частоте, либо, если антенна излучает в полосе частот, длине волны, ассоциированной с центральной частотой упомянутой полосы частот.

Антенные элементы формируют два симметричных контура относительно центрального элемента, обеспечивающие излучение направленных поверхностных волн.

Преимущественно, антенна согласно изобретению содержит, по меньшей мере, два горизонтальных проводных антенных элемента, каждый из которых соединен, по меньшей мере, с двумя вертикальными проводными антенными элементами и с центральным элементом.

Преимущественно и согласно изобретению, по меньшей мере, два горизонтальных проводных антенных элемента имеют идентичную длину, размещаются рядом и на равном расстоянии от проводящей среды.

Горизонтальные проводные антенные элементы рядом позволяют увеличивать ширину антенны и в силу этого увеличивать полосу частот излучения антенны.

Преимущественно и согласно изобретению, по меньшей мере, два горизонтальных проводных элемента являются параллельными, имеют различные длины, размещаются друг на друге на различном расстоянии от проводящей среды.

Горизонтальные проводные антенные элементы, размещаемые друг на друге и имеющие различные длины, обеспечивают излучение из антенны на дополнительной центральной частоте посредством дублирования элементов антенны с подходящими длинами таким образом, чтобы формировать двухрезонансную антенну.

Преимущественно, антенна согласно изобретению содержит сосредоточенные элементы резистивного, емкостного и/или индуктивного типа, выполненные с возможностью формировать уловители токов на антенне.

Согласно этому аспекту изобретения, сосредоточенные элементы используются для того, чтобы формировать уловители токов на антенне, другими словами, формировать схемы, которые являются разомкнутыми на определенных частотах и замкнутыми на других частотах, с тем чтобы создавать антенну с многократными резонансами.

Изобретение также относится к антенной решетке, отличающейся тем, что она содержит, по меньшей мере, две антенны согласно изобретению, причем упомянутые антенны формируют линию антенн таким образом, что горизонтальные проводные антенные элементы упомянутых антенн являются перпендикулярными идентичной плоскости выравнивания.

Сформированная решетка представляет собой линейную антенную решетку, в которой все антенны выравниваются.

Формирование антенной решетки из антенн согласно изобретению позволяет подчеркивать преимущества, предоставленные посредством этих антенн: в частности, излучение антенной решетки имеет лучшую направленность, усиление поверхностных волн повышается, и ионосферное излучение значительно уменьшается. Антенная решетка имеет размеры по вертикали, идентичные размерам по вертикали антенны согласно изобретению для повышенной производительности. Антенна согласно изобретению является практически полезной для ситуаций, когда необходимо занимать небольшую площадь поверхности.

Преимущественно, антенная решетка согласно изобретению содержит, по меньшей мере, две линии антенн, плоскости выравнивания которых являются параллельными, причем каждый горизонтальный антенный элемент антенны из линии выравнивается с горизонтальным антенным элементом антенны из, по меньшей мере, одной другой линии.

Сформированная решетка представляет собой плоскую антенную решетку, содержащую множество линейных решеток.

Изобретение также относится к использованию, по меньшей мере, одной антенны согласно изобретению, причем упомянутая антенна соединяется с наземной или водной проводящей средой, для испускания/приема поверхностных волн таким образом, что упомянутые поверхностные волны распространяются вдоль упомянутой среды.

Изобретение также относится к использованию, по меньшей мере, одной антенной решетки согласно изобретению, причем каждая антенна из упомянутой антенной решетки соединяется с наземной или водной проводящей средой, для испускания/приема поверхностных волн таким образом, что упомянутые поверхностные волны распространяются вдоль упомянутой среды.

Использование антенны согласно изобретению или антенной решетки согласно изобретению в наземной или водной проводящей среде, такой как земля, море, озеро или солончак, обеспечивает излучение поверхностных волн вдоль упомянутой среды. Проводящая среда имеет большие размеры относительно антенны или антенной решетки (упомянутые большие размеры считаются бесконечными относительно размеров антенны или антенной решетки) и в силу этого обеспечивает распространение поверхностных волн на большие расстояния. Помимо этого, большие размеры проводящей среды обеспечивают возможность уменьшения ионосферного излучения.

Изобретение также относится к антенне, к антенной решетке и к использованию антенны или антенной решетки, которые отличаются посредством комбинации всех или некоторых характеристик, упомянутых выше или ниже.

5. Краткое описание чертежей

Другие задачи, характеристики и преимущества изобретения должны становиться очевидными при прочтении нижеприведенного описания, предоставленного только в качестве неограничивающего примера, которое ссылается на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 является схематичным видом вдоль плоскости xOz антенны согласно первому варианту осуществления изобретения,

Фиг. 2 является диаграммой направленности излучения вдоль плоскости xOy антенны согласно первому варианту осуществления изобретения,

Фиг. 3 является диаграммой направленности излучения вдоль плоскости yOz антенны согласно первому варианту осуществления изобретения,

Фиг. 4 является схематичным видом вдоль плоскости xOz антенны согласно второму варианту осуществления изобретения,

Фиг. 5 является схематичным видом вдоль плоскости xOz антенны согласно третьему варианту осуществления изобретения,

Фиг. 6 является схематичным видом в перспективе антенны согласно четвертому варианту осуществления изобретения,

Фиг. 7 является схематичным видом в перспективе антенны согласно пятому варианту осуществления изобретения,

Фиг. 8 является схематичным видом вдоль плоскости xOz антенны согласно шестому варианту осуществления изобретения,

Фиг. 9 является схематичным видом в перспективе антенной решетки согласно первому варианту осуществления изобретения,

Фиг. 10 является диаграммой направленности излучения вдоль плоскости yOz антенной решетки согласно первому варианту осуществления изобретения,

Фиг. 11 является диаграммой направленности излучения вдоль плоскости xOy антенной решетки согласно первому варианту осуществления изобретения,

Фиг. 12 является схематичным видом в перспективе антенной решетки согласно второму варианту осуществления изобретения,

Фиг. 13 является диаграммой направленности излучения вдоль плоскости yOz антенной решетки согласно второму варианту осуществления изобретения,

Фиг. 14 является диаграммой направленности излучения вдоль плоскости xOy антенной решетки согласно второму варианту осуществления изобретения.

6. Подробное описание варианта осуществления изобретения

Нижеприведенные варианты осуществления являются примерами. Хотя описание ссылается на один или более вариантов осуществления, это не обязательно означает то, что каждая ссылка связана с идентичным вариантом осуществления, или то, что характеристики применяются только к одному варианту осуществления. Простые характеристики различных вариантов осуществления также могут комбинироваться таким образом, что они предоставляют другие варианты осуществления. На чертежах, масштабы и пропорции строго не соблюдаются, и они служат для целей иллюстрации и прозрачности.

Ортогональная система координат Oxyz используется на каждом чертеже, представляющем антенны или антенные решетки, в зависимости от различных вариантов осуществления изобретения.

Понятия "горизонтальный" и "вертикальный" используются относительно антенны после установки, в рабочей ситуации, как представлено на фиг. 1. Помимо этого, элемент является горизонтальным, если его основное направление является параллельным плоскости xOy, и является вертикальным, если его основное направление является параллельным оси Oz.

Фиг. 1 является схематичным представлением антенны 20 вдоль плоскости xOz согласно первому варианту осуществления изобретения.

Антенна 20 содержит горизонтальный проводной антенный элемент 22, называемый горизонтальным элементом 22, соединенный с тремя вертикальными проводными антенными элементами 24a, 24b, 24c, называемыми вертикальными элементами 24a, 24b, 24c. Вертикальные элементы 24a, 24b, 24c содержат верхний конец, соединенный с горизонтальным элементом 22, и нижний конец, соединенный с проводящей средой 26. Согласно вариантам осуществления, антенные элементы могут быть изготовлены из труб или из много- или одножильных проводов, предпочтительно с небольшим поперечным сечением.

Проводящая среда 26 представляет собой неидеальную проводящую среду, рассчитанную с возможностью распространения поверхностных волн. Проводящая среда 26 может представлять собой среду с высокой электропроводностью, такую как море, солончак, соленое озеро и т.д., или среду с более низкой проводимостью, такую как земля, песок и т.д. В случае если проводящая среда 26 имеет низкую удельную электропроводность, типично меньше 1 См/м, плоскость заземления интегрирована в проводящую среду 26 и соединена с вертикальными элементами 24. Плоскость заземления может принимать различные формы (окружность, прямоугольник, нерегулярный многоугольник и т.д.) и охватывает поверхность, которая является практически равной или превышающей проекцию антенны на поверхность проводящей среды.

В этом варианте осуществления, два вертикальных элемента 24a и 24c, соответственно, соединяются с первым концом и со вторым концом горизонтального элемента 22. Третий вертикальный элемент 24b, называемый центральным вертикальным элементом 24b, соединен с горизонтальным элементом 22 в его центре. Помимо этого, центральный вертикальный элемент 24b соединен с устройством 28 для питания антенны.

Горизонтальный элемент 22 имеет длину между 0,5 λ₀ и λ₀, которая соответствует длине антенны, и вертикальные элементы 24a, 24b, 24c имеют длину между 0,03 λ₀ и 0,1 λ₀, которая соответствует высоте h антенны относительно проводящей среды. В силу этого антенна 20 является электрически короткой в вертикальной плоскости и имеет уменьшенные размеры по вертикали.

Вследствие длины и конкретной компоновки горизонтального элемента 22 и вертикальных элементов 24a, 24b, 24c и вследствие использования антенны на наземной или водной проводящей среде, предпочтительно с большими размерами, такой как земля или море (которые могут считаться бесконечными размерами относительно размеров антенны), антенна, в частности, подходит для испускания и/или приема направленных поверхностных волн, которые распространяются вдоль проводящей среды, за счет этого обеспечивая распространение волн дальнего действия посредством соответствия кривизне земной поверхности. Это распространение стимулируется посредством разрывности между воздухом, в котором распространяются поверхностные волны, и проводящей средой.

Фиг. 2 и 3 показывают диаграммы направленности излучения вдоль плоскости xOy и вдоль плоскости yOz антенны, соответственно, согласно первому варианту осуществления изобретения, при этом горизонтальный элемент имеет длину 0,7 λ₀, и вертикальные элементы имеют длину 0,06 λ₀. На обеих схемах, линии, соответствующие углам -90° и 90°, представляют ось Oy.

Антенна за счет этого предоставляет направленное излучение в направлении, перпендикулярном горизонтальному элементу 22 (т.е. вдоль оси Oy), и имеет значительное усиление для излучения поверхностных волн близко к проводящей среде, т.е. для углов зенита, близких к -90° и 90°.

Варианты осуществления, описанные ниже, основаны на этом первом варианте осуществления, в который вносятся дополнительные модификации.

Фиг. 4 является схематичным представлением антенны 20 вдоль плоскости xOz согласно второму варианту осуществления изобретения.

Антенна включает в себя дополнительные вертикальные элементы 24d, 24e, 24f, 24g, позволяющие создавать дополнительные резонансные контуры варьирующихся размеров. Эти дополнительные вертикальные элементы размещаются между вертикальными элементами, описанными выше, и соединены с горизонтальным элементом 22 таким образом, чтобы формировать множество секций 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f различных длин на горизонтальном элементе 22. Например, две первые секции 30a и 30b имеют длину порядка 0,175 λ₀, две вторые секции 30c и 30d имеют длину порядка 0,35 λ₀, и две третьих секции 30e и 30f имеют длину порядка 0,5 λ₀. Эти секции 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f предоставляют многократный резонанс из антенны на нескольких частотах.

Фиг. 5 является схематичным представлением антенны 20 вдоль плоскости xOz согласно третьему варианту осуществления изобретения.

Антенна содержит два дополнительных вертикальных элемента 24d, 24e, аналогично второму варианту осуществления изобретения, а также сосредоточенные элементы, здесь два первых сосредоточенных элемента 32a и 32b, размещаемые на горизонтальном элементе 22, и два вторых сосредоточенных элемента 32c и 32d, размещаемые на одном из двух дополнительных элементов 24d, 24e.

Сосредоточенные элементы могут представлять собой резистивные, емкостные (конденсаторы) или индуктивные (индукторы) элементы. Эти сосредоточенные элементы зачастую называются "нагрузкой" в англоязычной литературе. Сосредоточенные элементы могут позволять воспроизводить RLC-резонанс антенных элементов с уменьшенной физической длиной (или общими размерами), но эквивалентной электрической длиной.

Сосредоточенные элементы также могут позволять создавать, на антенных элементах, схемы, которые являются разомкнутыми (или высокоимпедансными) на определенных рабочих частотах и замкнутыми на других рабочих частотах, за счет этого обеспечивая варьирование резонанса антенных элементов в зависимости от рабочей частоты. Эти сосредоточенные элементы в силу этого создают многократные резонансы посредством уловителей токов.

Фиг. 6 является схематичным представлением в перспективе антенны 20 согласно четвертому варианту осуществления изобретения.

Антенна содержит множество горизонтальных элементов, здесь три горизонтальных элемента 22a, 22b, 22c, параллельных друг другу. Каждый горизонтальный элемент имеет каждый из концов, соединенный с вертикальным элементом, и три горизонтальных элемента соединяются в их центре с одним вертикальным элементом. Монтажные провода соединяют первые концы горизонтальных элементов между собой и вторые концы горизонтальных элементов между собой.

Присутствие множества горизонтальных элементов увеличивает ширину Lr антенны, за счет этого увеличивая полосу пропускания антенны, в частности, посредством повышения коэффициента стоячей волны (SWR).

Фиг. 7 является схематичным представлением в перспективе антенны 20 согласно пятому варианту осуществления изобретения. Антенна содержит множество горизонтальных элементов, здесь три горизонтальных элемента 22a, 22b, 22c, секущих в их центре. Что касается четвертого варианта осуществления, полоса пропускания антенны увеличивается, в частности, посредством повышения SWR. Помимо этого, соединение трех горизонтальных элементов в середине позволяет снижать реактивные части импеданса антенны.

Фиг. 8 является схематичным представлением антенны 20 вдоль плоскости xOz согласно шестому варианту осуществления изобретения.

Антенна 20 содержит, в дополнение к горизонтальному элементу 22 и трем вертикальным элементам 24a, 24b, 24c первого варианта осуществления, второй горизонтальный элемент 122 и два вторых вертикальных элемента 124a, 124c уменьшенного размера, позволяющие формировать эквивалент второй антенны, резонирующей на частоте f_bis, отличающейся от f₀ (причем частота f_bis ассоциирована с длиной λ_bis волны). Горизонтальный элемент 122 имеет длину между 0,5 λ_bis и λ_bis, и два вертикальных элемента 124a, 124c имеют длину между 0,03 λ_bis и 0,1 λ_bis. Второй горизонтальный элемент 122 соединен в его центре с центральным вертикальным элементом 24b, за счет этого предоставляя общее питание через устройство 28 питания. Антенна 20 в силу этого представляет собой двухрезонансную антенну посредством дублирования базовой конструкции антенны с различными размерами, заданными на двух различных частотах f₀ и f_bis.

Фиг. 9 является схематичным представлением в перспективе антенной решетки 34 согласно первому варианту осуществления изобретения.

Антенная решетка состоит из множества антенн согласно одному из вариантов осуществления изобретения, например, здесь из N антенн, помеченных как A₁, A₂, и т.д., A_N-1, A_N согласно первому варианту осуществления изобретения. Антенны выравниваются таким образом, что все горизонтальные элементы являются перпендикулярными идентичной плоскости выравнивания. Такие выровненные антенны формируют линию антенн, также называемую "линейной антенной решеткой". Антенны питаются посредством равноамплитудных и равнофазных источников. В этом варианте осуществления, каждая антенна разнесена на расстоянии d, равном 0,93 λ₀, от других антенн. Чтобы прояснять смысл чертежа, антенны представляются с другими пропорциями длины и широты относительно вариантов осуществления, описанных выше, но их размеры составляют между 0,5 λ₀ и λ₀ для длины и 0,03 λ₀ и 0,1 λ₀ для высоты, как описано выше.

Фиг. 10 и 11 представляют диаграммы направленности излучения вдоль плоскости yOz и вдоль плоскости xOy, соответственно, антенной решетки 34 согласно первому варианту осуществления изобретения. На обеих схемах, линии, соответствующие углам в 90° и в -90°, представляют ось Oy. Кривые 36a и 36b представляют излучение антенной решетки, содержащей N=2 антенны, и кривые 38a и 38b представляют излучение антенной решетки, содержащей N=6 антенн.

Излучение поверхностных волн антенны, описанное выше, в силу этого улучшается посредством образования сетей из нескольких из этих антенн, чтобы формировать антенную решетку. Излучение вдоль плоскости yOz антенной решетки является очень близким к углам в 90° и в -90°, которые соответствуют поверхностным волнам, очень близким к поверхности проводящей среды, и ионосферное излучение очень существенно уменьшается. Это повышение производительности может наблюдаться, как только две антенны образуют сеть, и подчеркивается посредством добавления дополнительных антенн, в частности, для шести антенн. Коэффициент поверхностной волны для ионосферных волн (небесных волн) может быть дополнительно оптимизирован посредством использования подходящего амплитудного взвешивания и/или фазового взвешивания.

Помимо этого, излучение вдоль плоскости xOy показывает то, что направленность антенны также значительно улучшается в направлении, перпендикулярном горизонтальным элементам антенн.

Фиг. 12 является схематичным представлением в перспективе антенной решетки 34 согласно второму варианту осуществления изобретения.

Антенная решетка 34 состоит из множества линий антенн, как описано со ссылкой на первый вариант осуществления антенной решетки. Антенная решетка за счет этого формирует плоскую антенную решетку вдоль двух размеров. Решетка также содержит X линий из Y антенн, помеченных как A_1,1, A_2,1, и т.д., A_X,1, A_1,2, A_2,2, и т.д., A_X,2, и т.д., A_1,Y-1, A_2,Y-1, A_X,Y-1, A_1,Y, A_2,Y, A_X,Y. Расстояние d_x между двумя линиями меньше λ₀. Если расстояние d_x меньше длины горизонтального антенного элемента антенны, антенны из различных линий размещаются таким образом, что их горизонтальные антенные элементы не находятся в контакте. Например, две антенны, расположенные рядом (к примеру, A_1,1 и A_2,1), сдвигаются на оси Oy таким образом, что они не находятся в контакте.

Эта конфигурация позволяет, благодаря сдвигам фаз, применяемым к антеннам, модифицировать направление излучения антенной решетки. В частности, линии имеют сдвиг Δϕ фаз относительно друг друга. Например, со сдвигом Δϕ фаз антенны A_1,1 из первой линии, содержащей антенны A_1,1, A_1,2, и т.д., A_1,Y-1, A_1,Y, антенна A_2,1 из второй линии, содержащей антенны A_2,1, A_2,2 и т.д., A_2,Y-1, A_2,Y, имеет сдвиг фаз, равный 2Δϕ, и антенна A_X,1 из X-той линии, содержащей антенны A_X,1, A_X,2, и т.д., A_X,Y-1, A_X,Y, имеет сдвиг фаз, равный XΔϕ.

Помимо этого, антенны идентичной линии могут иметь различные фазы: например, две представленные антенны A_1,1 и A_1,2 формируют подрешетку R₁, питаемую с идентичной амплитудой и идентичной фазой, и две представленные антенны A_1,Y-1 и A_1,Y формируют подрешетку R₂, питаемую с идентичной амплитудой и идентичной фазой, но со сдвигом фаз 90° относительно антенн подрешетки R₁. Этот сдвиг в каждой линии позволяет получать однонаправленное излучение.

Фиг. 13 и 14 представляют диаграммы направленности излучения вдоль плоскости yOz и вдоль плоскости xOy, соответственно, антенной решетки согласно второму варианту осуществления изобретения. На обеих схемах, линии, соответствующие углам в 90° и в -90°, представляют ось Oy. Антенная решетка содержит три линии из четырех антенн, т.е. двенадцать антенн. Центральная длина λ₀ волны равна 28 м, горизонтальные антенные элементы антенн имеют длину 18 м (т.е. приблизительно 0,64 λ₀), антенны имеют высоту 1,8 м (т.е. приблизительно 0,064 λ₀). Расстояние d_x между двумя линиями равно 10 м. Чтобы предотвращать контакт антенн из двух линий, они сдвигаются на расстояние 2 м вдоль оси Oy. Расстояние d_y между двумя антеннами из идентичной линии равно 20,2 м для синфазных антенн (из идентичной подрешетки) и равно 27 м для антенн, несинфазных на 90° (из другой подрешетки).

Кривые представляют излучение в зависимости от нескольких значений Δϕ, соответственно, 0° для кривых 40a и 40b, 22,5° для кривых 42a и 42b, 44° для кривых 44a и 44b, 65° для кривых 46a и 46b, 85° для кривых 48a и 48b.

Излучение вдоль xOz является относительно идентичным для всех значений Δϕ. С другой стороны, излучение в плоскости xOy имеет другую форму в зависимости от значения Δϕ, и, в частности, предпочтительное направление излучения антенной решетки является переменным. Антенная решетка в силу этого может быть переконфигурирована, чтобы модифицировать свое излучение, без необходимости выполнять физическое вмешательство для антенного устройства, а только посредством модификации значения сдвига Δϕ фаз каждой линии относительно других линий. В этом варианте осуществления, антенная решетка в силу этого может быть переконфигурирована в диапазоне углов 60°, как можно видеть на фиг. 11: представляются только конфигурации между 90° и 120°, конфигурации с отрицательными значениями Δϕ могут использоваться для того, чтобы получать симметричное излучение относительно оси Oy, в таком случае диапазон углов составляет между 60° и 120°. Помимо этого, амплитуды системы питания антенны могут взвешиваться, чтобы оптимизировать диаграммы направленности излучения, в частности, с тем, чтобы предотвращать возникновение значительных боковых лепестков в случае серьезного неправильного выравнивания антенн.

Изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления. В частности, характеристики различных вариантов осуществления антенн могут комбинироваться, и антенные решетки могут формироваться из антенн согласно любому из вариантов осуществления антенны.

Изобретение относится к антенне, выполненной с возможностью испускать и/или принимать поверхностные волны с декаметровой, гектометровой или километровой центральной длиной λ₀ волны, отличающейся тем, что она содержит по меньшей мере один горизонтальный проводной антенный элемент (22) с длиной между 0,5 λ₀ и λ₀ и по меньшей мере три вертикальных проводных антенных элемента (24a-24c) идентичной длины между 0,03 λ₀ и 0,1 λ₀, размещаемые в идентичной плоскости и содержащие верхний конец и нижний конец, причем упомянутые верхние концы соединяются с горизонтальным проводным антенным элементом (22), причем упомянутые нижние концы выполнены с возможностью соединения с проводящей средой (26), имеющей практически горизонтальную поверхность. Изобретение также относится к антенне, к антенной решетке и к использованию антенны или антенной решетки. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Антенна, выполненная с возможностью испускать и/или принимать поверхностные волны с декаметровой, гектометровой или километровой центральной длиной λ₀ волны, отличающаяся тем, что она содержит:

- по меньшей мере один горизонтальный проводной антенный элемент (22, 122) с длиной между 0,5 λ₀ и λ₀,

- по меньшей мере три вертикальных проводных антенных элемента (24a-24g, 124a-124c) идентичной длины между 0,03 λ₀ и 0,1 λ₀, размещаемые в идентичной плоскости и содержащие верхний конец и нижний конец, причем упомянутые верхние концы соединяются с горизонтальным проводным антенным элементом (22, 122), причем упомянутые нижние концы выполнены с возможностью соединения с проводящей средой (26), имеющей практически горизонтальную поверхность,

- и тем, что верхние концы по меньшей мере двух вертикальных проводных антенных элементов (24a-24g, 124a-124c) соответственно соединяются с первым концом и со вторым концом горизонтального проводного антенного элемента, при этом верхний конец вертикального проводного антенного элемента, называемого центральным элементом (24b), соединен с горизонтальным проводным антенным элементом (22, 122) в его центре, причем центральный элемент также соединен с устройством (28) для питания антенны.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере два горизонтальных проводных антенных элемента (22, 122), каждый из которых соединен по меньшей мере с двумя вертикальными проводными антенными элементами (24a-24g, 124a-124c) и с центральным элементом (24b).

3. Антенна по п. 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере два горизонтальных проводных антенных элемента (22a-22c) имеют идентичную длину, размещаются рядом и на идентичном расстоянии от проводящей среды (26).

4. Антенна по п. 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере два горизонтальных проводных антенных элемента (22, 122) являются параллельными, имеют различные длины, размещаются друг на друге на различном расстоянии от проводящей среды (26).

5. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит сосредоточенные элементы (32a-32d) резистивного, емкостного и/или индуктивного типа, выполненные с возможностью формировать уловители токов на антенне.

6. Антенная решетка, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере две антенны (A₁-A_N) по любому из пп. 1-5, причем упомянутые антенны формируют линию антенн таким образом, что по меньшей мере один горизонтальный проводной антенный элемент каждой антенны является перпендикулярным плоскости выравнивания.

7. Антенная решетка по п. 6, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере две линии антенн, плоскости выравнивания которых являются параллельными, причем один горизонтальный антенный элемент каждой антенны из линии выравнивается с горизонтальным антенным элементом антенны из по меньшей мере одной другой линии.

8. Использование по меньшей мере одной антенны (20) по одному из пп. 1-5, при этом упомянутая антенна (20) соединяется с наземной или водной проводящей средой (26) для испускания/приема поверхностных волн таким образом, что упомянутые поверхностные волны распространяются вдоль упомянутой среды (26).

9. Использование по меньшей мере одной антенной решетки (34) по одному из пп. 6 или 7, при этом каждая антенна (A₁-A_N, A_1,1-A_X,Y) упомянутой антенной решетки соединяется с наземной или водной проводящей средой (26) для испускания/приема поверхностных волн таким образом, что упомянутые поверхностные волны распространяются вдоль упомянутой среды (26).