НАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРИЕМА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЛИНЕЙНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ С ВЫСОКОЙ КРОССПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ РАЗВЯЗКОЙ В ДВУХ ШИРОКИХ ДИАПАЗОНАХ РАДИОЧАСТОТ Российский патент 2024 года по МПК H01Q21/29 

Изобретение относится к антенной технике, в частности к микрополосковым антеннам и может быть использовано в качестве приемо-передающей антенны системы беспроводной связи беспилотных авиационных систем либо других систем беспроводной передачи данных. Антенна, изготовленная на основе заявляемой конструкции, пригодна для применения в составе наземного терминала радиосвязи, базовой станции или ретранслятора, и обеспечивает радиопокрытие в заданном направлении с коэффициентом усиления (далее – КУ) от 9 до 14 дБ в направлении максимального излучения формируя (принимая) поле линейной поляризации с коэффициентом кроссполяризационной развязки более 40 дБ в двух широких диапазонах радиочастот: 866–1017 МГц и 2046–2842 МГц (один вход с сопротивлением 50 Ом). Конструкция антенны обеспечивает высокую устойчивость к внешним воздействующим факторам, таким как удары, тряска, влажность, повышенная или пониженная температура и т.д.

Известна двухдиапазонная антенна, раскрытая в описании полезной модели, патент РФ №158716 с датой приоритета 29.12.2014, состоящая из симметрирующего устройства, коаксиального входа/выхода, проводящего экрана, активного вибратора, который питается через симметрирующее устройство от коаксиального входа/выхода и расположен над проводящим экраном, держателей, защитного кожуха, П-образных шунтов, подключенных к плечам активного вибратора и дополненных шлейфами холостого хода. Антенна дополнительно оснащена двумя Т-образными шунтами, которые подключены к П-образным шунтам. Общий размер антенны составляет 200×200×40 мм³ (линейный геометрический размер антенны в 200 мм соответствует электрическому размеру 0,6×λ_max).

Представленная антенна рассчитана на работу в двух поддиапазонах частот 890–960 МГц (7,6%) и 1700–2200 МГц (25,6%) при КСВ (коэффициент стоячей волны) на входе не более 1,5 при согласовании с коаксиальной линией 50 Ом или 75 Ом. Коэффициент усиления антенны составляет от 9 до 11 дБи. Недостатками антенны являются: узкая рабочая полоса частот в нижнем поддиапазоне, низкий коэффициент усиления в верхнем поддиапазоне, сложность и громоздкость самой конструкции антенны. Наиболее значимым недостатком предложенной антенны является необходимость использования дополнительных симметрирующих устройств для согласования антенны в обоих диапазонах на обоих входах.

Известна широкополосная микрополосковая антенна из патента РФ №158717 с датой приоритета 29.12.2014, выполненная на основе излучающих элементов типа "бабочка". Данные элементы расположены над экраном в два слоя. Излучающий элемент первого слоя, размещенный над экраном, работает в нижнем поддиапазоне антенны. Излучающий элемент второго слоя, размещенный над первым излучающим элементом, работает в верхнем поддиапазоне. При этом к излучающим элементам двух слоев подключена коаксиальная линия передачи.

Антенна рассчитана на работу в двух поддиапазонах частот, а именно 1850–1990 МГц (7,3%) и 2,5–2,7 ГГц (7,7%). Основными недостатками антенны являются узкие рабочие полосы частот в обоих поддиапазонах и низкий коэффициент усиления, а также наличие двух входов антенны, каждый из которых рассчитан под определенный поддиапазон радиочастот.

Известна широкополосная микрополосковая дипольная антенна, раскрытая в патенте РФ №191904 с датой приоритета 12.12.2018, содержащая симметричный диполь с двумя излучающими плечами, щель, линию питания, размещенные на диэлектрической подложке. Плечи диполя снабжены дополнительными проводящими сегментами прямоугольной формы, расположенные над излучающими плечами диполя на расстоянии, равном не менее чем одна толщина подложки.

Антенна рассчитана на работу в одном широком диапазоне радиочастот, равном 73,8% (по уровню КСВ на входе не более 2 при подключении линии питания с волновым сопротивлением 50 Ом). Недостатком антенны является ее выступающая конструкция, усложняющая использование антенны во внелабораторных условиях эксплуатации, кроме того, характеристики антенны не учитывают условий ее крепления, разъемов и т.д., что оставляет предложенную полезную модель непригодной к эксплуатации. Существенным недостатком антенны является низкий КУ, который в среднем составляет от 5 до 6 дБи с провалами в рабочем диапазоне до 3–3,5 дБи.

Известна широкополосная направленная двухполяризационная антенна из патента РФ №180322 с датой приоритета 31.01.2018. По своей сути антенна представляет собой антенную решетку, содержащую четыре круглых активных излучателя с добавлением пассивных элементов над каждым из активных, соединенных между собой схемой питания. Описание к полезной модели не содержит каких-либо численных характеристик, достигнутых представленной конструкцией.

В описании полезной модели к патенту РФ №197760 с датой приоритета 27.01.2020 представлена улучшенная версия вышеуказанной антенны. Антенна состоит из активных вибраторов нижнего частотного диапазона и вибраторов верхнего частотного диапазона, причем плечи вибраторов одной поляризации совпадают с плечами вибраторов ортогональной поляризации, по крайней мере двух симметрирующих устройств, двух коаксиальных входов/выходов или высокочастотных линий передачи, рефлектора.

Антенна, раскрытая в патенте РФ №197760, рассчитана на работу в двух широких поддиапазонах частот 698–960 МГц (31,6%) и 1,7–2,7 ГГц (45,5%) при уровне КСВ на входе антенны не более 2. КУ антенны в указанных диапазонах составляет 9,3–9,7 дБи и 13,2–15,0 дБи. Антенна имеет размеры 300×300×100 мм³ что соответствует 0,7λ_max×0,7λ_max×0,23λ_max. Главным недостатком представленной антенны и ее предшественника (по патенту РФ №180322) является громоздкость и сложность конструкции, заключающаяся в большом количестве отдельных элементов, требующих высокой точности изготовления и правильного расположения их в итоговой конструкции. При несоблюдении данных условий характеристики антенн изменятся ввиду сильного электромагнитного взаимодействия всех входящих в нее частей. Особенностью антенны является наличие двух входов, рассчитанных каждый на отдельный поддиапазон, что ограничивает ее применения в системах, поддерживающих одновременную работу передатчика на оба поддиапазона.

Известна излучающая система для двухдиапазонной двухполяризационной антенны, раскрытая в патенте РФ №2713160 с датой приоритета 30.06.2019, состоящая из двух антенн линейной поляризации с общим проводящим экраном, каждая из которых состоит из пары симметричных активных вибраторов, причем плечи активных вибраторов одной антенны являются плечами активных вибраторов второй антенны, а каждое плечо антенны содержит большую и малую пластину, расположенные друг над другом. При этом схема питания антенны подключается к малой пластине, находящейся над большой пластиной, а большая пластина расположена между общим экраном и малой пластиной.

Излучающая система работает в двух диапазонах частот 790–960 МГц (19,4%) и 1,7–2,7 ГГц (45,5%) при уровне КСВ на входе при подключении 50-Омной линии передачи не более 2. КУ излучающей системы составляет от 8,5 дБи в нижнем поддиапазоне и до 10–15 дБи в верхнем поддиапазоне. Коэффициент защитного действия (КЗД) системы составляет от 11 до 14 дБ. Размер антенны составляет 240×240×72 мм³ (0,63λ_max×0,63λ_max×0,19λ_max). Как и в предыдущих двух описанных технических решениях конструкция системы громоздкая, сложная для реализации и требует высокой точности изготовления всех ее элементов и их расположения между собой; антенна имеет несколько входов, каждый из которых рассчитан на отдельный поддиапазон частот. Главным недостатком представленной излучающей системы (как и многих подобных, в том числе заявленных в патентах РФ №180322 и РФ №197760) является низкий коэффициент кроссполяризации (далее – ККП) или кроссполяризационной развязки, который, как правило, составляет от 10 до 15 дБ.

В качестве прототипа (с точки зрения достигнутых характеристик) рассматривается известная антенна, работающая в двух широких поддиапазонах частот, раскрытая в статье «Novel Dual-Broadband Planar Antenna and Its Array for 2G/3G/LTE Base Stations» (YueHui Cui, RongLin Li, Peng Wang. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 61, No. 3, 2013, pp.1132–1139), состоящая из пары печатных вибраторов для нижнего поддиапазона и двух пар печатных вибраторов для верхнего поддиапазона. Элементы верхнего поддиапазона расположены внутри площади, образованной элементами верхнего поддиапазона. Рядом с вибратором нижнего поддиапазона добавляется пара паразитных элементов для расширения полосы пропускания. Все элементы антенны расположены на одной стороне печатной платы. К каждому вибратору подключается коаксиальный разъем для подключения источника/приемника радиосигналов.

Представленная антенна работает в двух широких поддиапазонах частот 800–980 МГц (20,2%) и 1540–2860 МГц (60%) при уровне КСВ на каждом из входов не более 2 (при подключении ко входу линии передачи с волновым сопротивлением 50 Ом). Антенна имеет стабильную форму диаграммы направленности во всем рабочем диапазоне частот, при этом ККП составляет от 25 дБ и выше, КЗД составляет от 12 дБ и выше. Размер антенны составляет 280×360×50 мм³ (0,75λ_max×0,96λ_max×0,13λ_max) без учета разъема. Недостатками антенны являются ее большой электрический размер при невысоком коэффициенте усиления (от 9 до 10 дБи в обоих поддиапазонах). Еще один недостаток антенны, как и в предыдущих вариантах, заключается в наличие нескольких входов, каждый их которых рассчитан на определенный поддиапазон частот из заявленного рабочего диапазона.

Выполненный анализ патентной и научно-технической литературы показывает, что многодиапазонные направленные антенны в основном представляют из себя некоторую излучающую систему, где особым образом размещаются подсистемы нижнего и верхнего поддиапазонов частот. Обеспечение работы такой системы в двух разных диапазонах частот достигается за счет наличия независимых входов, согласованных на определенную часть рабочего диапазона.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемой изобретение, является улучшение рабочих электрических и конструктивных характеристик существующих антенн радиотехнических систем обмена данными.

Техническими результатами заявляемого изобретения являются:

1) Расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения работы в двух широких полосах радиочастот 866–1017 МГц (16,2%) и 2046–2842 (32,5%) одновременно (антенна имеет один вход, согласованный в обоих поддиапазонах по уровню КСВ не более 2 при входном сопротивлении антенны 50 Ом) и формирования поля в заданном направлении с коэффициентом усиления от 9 до 14 дБи; ККП составляет более 40 дБ в направлении максимального излучения, КЗД составляет от 12 до 20 дБ; форма диаграммы направленности показывает, что обеспечивается радиопокрытие преимущественно в верхней (нижней) полусфере.

2) Повышение компактности устройства за счет малых габаритных размеров заявляемой антенны, которая имеет размер 280×280×25 мм³ (0,8λ_max×0,8λ_max×0,07λ_max) без учета разъема, достигаемых оптимальным расположением всех элементов в рамках объема всей антенны.

3) Упрощение конструкции устройства за счет упрощения конструкции заявляемой антенны и простоты ее сборки, достигаемых тем, что все элементы антенны изготавливаются из листового металла (например, из нержавеющей стали) и крепятся с помощью металлических стоек или болтовых соединений.

4) Повышение надежности устройства за счет конструкции заявляемой антенны, обеспечивающей высокую устойчивость антенны к внешним воздействующим факторам, таким как удары, тряска, влажность, повышенная или пониженная температура и т.д.

Для достижения указанных технических результатов заявляемая направленная антенна для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот содержит широкополосный излучатель нижнего поддиапазона, представляющий собой металлический активный излучатель, имеющий форму прямоугольника с резонансным размером 0,5λ_max; для расширения рабочего диапазона излучателя в нижнем поддиапазоне у резонансных сторон активного излучателя расположены пассивные дугообразные элементы, с вырезанной средней частью. Пассивные дугообразные элементы крепятся к активному с помощью металлических тонких линий, электрически малого размера по сравнению с длинами волн нижнего поддиапазона частот (менее 0,02λ_max). Питание активного излучателя осуществляется с помощью широкополосной несимметричной полосковой линии, плавно расширяющейся от места крепления к излучателю до места соединения со входным разъемом. Для подстройки входного сопротивления излучателя нижнего поддиапазона на нерезонансных сторонах активного излучателя выполнены прямоугольные вырезы. Излучатель нижнего поддиапазона расположен над металлическим экраном размером 0,8λ_max×0,8λ_max на высоте 0,035λ_max. Для формирования поля линейной поляризации в заданном направлении в верхнем поддиапазоне над излучателем нижнего поддиапазона на высоте 0,05λ_min расположены прямоугольные пассивные излучатели с резонансным размером 0,5λ_min. Для возбуждения пассивных излучателей верхнего поддиапазона в излучателе нижнего поддиапазона над местом крепления линии питания антенны вырезана щелевая линия длиной 1λ на средней частоте верхнего поддиапазона. Для подстройки результирующего входного сопротивления антенны над линией питания в активном излучателе вырезана U-образная щель, направленная концами к месту крепления питающий линии к излучателю.

Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящего изобретения могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления.

В частности, для защиты элементов конструкции от попадания пыли, влаги, грязи используется укрытие из диэлектрических материалов.

В частности, для подключения заявляемой антенны к фидерному тракту на ее входе используется высокочастотный коаксиальный разъем.

В частности, для подключения антенны к фидерному тракту на ее входе используется высокочастотный волноводный переход.

В частности, для крепления излучателей верхнего и нижнего поддиапазонов к экрану используются металлические стойки.

В частности, для крепления излучателей верхнего и нижнего поддиапазонов к экрану используются диэлектрические стойки.

В частности, для настройки заявляемой антенны в другой поддиапазон в верхней части рабочего диапазона частот необходимо изменять длину щелевой линии и поперечные размеры пассивных прямоугольных излучателей.

В частности, для настройки антенны в другой поддиапазон в нижней части рабочего диапазона частот необходимо изменять поперечные размеры широкополосного излучателя нижнего поддиапазона, а именно длину и ширину прямоугольного активного излучателя и примыкающих к нему пассивных дугообразных элементов.

Заявляемое решение поясняется чертежами. На фиг.1 и 2 показан общий вид направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот, где:

1 – активный прямоугольный излучатель;

2 – пассивные излучатели для расширения нижнего поддиапазона;

3 – соединения пассивных излучателей с активным;

4 – U-образный согласующий вырез;

5 – прямоугольные вырезы для подстройки входного сопротивления активного излучателя;

6 – металлические стойки для крепления активного излучателя;

7 – металлический прямоугольный экран;

8 – линия питания активного излучателя;

9 – радиочастотный разъем на входе антенны;

10 – пассивные прямоугольные излучатели для обеспечения излучения в верхнем поддиапазоне;

11 – металлические стойки для крепления пассивных прямоугольных излучателей верхнего поддиапазона;

12 – щелевая линия для питания пассивных прямоугольных излучателей верхнего поддиапазона.

На фиг.3 показана зависимость КСВ от частоты на входе направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот (при входном сопротивлении антенны 50 Ом); на фиг.4 показана диаграмма усиления направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот на частоте 850 МГц; на фиг.5 показана диаграмма усиления направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот на частоте 1000 МГц; на фиг.6 показана диаграмма усиления направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот на частоте 2000 МГц; на фиг.7 показана диаграмма усиления направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот на частоте 2300 МГц; на фиг.8 показана диаграмма усиления направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот на частоте 2500 МГц; на фиг.9 показана диаграмма усиления направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот на частоте 2800 МГц; на фиг.10 показаны графики зависимостей коэффициента усиления от частоты направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот в совпадающей (основной) и кроссовой поляризациях в направлении максимального излучения.

Описание осуществления изобретения может быть использовано в качестве примера для лучшего понимания его сущности и изложено со ссылками на фигуры, приложенные к настоящему описанию. При этом приведенные ниже подробности призваны не ограничить сущность изобретения, а сделать ее более ясной.

Направленная антенна для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот содержит широкополосный излучатель нижнего поддиапазона (1), представляющий собой металлический активный излучатель, имеющий форму прямоугольника с резонансным размером 0,5λ_max; для расширения рабочего диапазона излучателя в нижнем поддиапазоне у резонансных сторон активного излучателя расположены пассивные дугообразные элементы (2), с вырезанной средней частью. Пассивные дугообразные элементы (2) крепятся к активному (1) с помощью металлических тонких линий (3), электрически малого размера по сравнению с длинами волн нижнего поддиапазона частот (менее 0,02λ_max). Питание активного излучателя осуществляется с помощью широкополосной несимметричной полосковой линии (8), плавно расширяющейся от места крепления к излучателю до места соединения с входным разъемом (9). Для подстройки входного сопротивления излучателя нижнего поддиапазона на нерезонансных сторонах активного излучателя (1) выполнены прямоугольные вырезы (5). Излучатель нижнего поддиапазона расположен над металлическим экраном (7) размером 0,8λ_max×0,8λ_max на высоте 0,035λ_max. Для формирования поля линейной поляризации в заданном направлении в верхнем поддиапазоне над излучателем нижнего поддиапазона на высоте 0,05λ_min расположены прямоугольные пассивные излучатели (10) с резонансным размером 0,5λ_min. Для возбуждения пассивных излучателей верхнего поддиапазона (10) в излучателе нижнего поддиапазона над местом крепления линии питания антенны вырезана щелевая линия (12) длиной 1λ на средней частоте верхнего поддиапазона. Для подстройки результирующего входного сопротивления антенны над линией питания (8) в активном излучателе вырезана U-образная щель (4), направленная концами в направлении места крепления питающий линии к излучателю.

При этом для защиты элементов конструкции от попадания пыли, влаги, грязи используется укрытие из диэлектрических материалов.

Для подключения антенны к фидерному тракту на ее входе используется разъем типа N-female (9).

Для подключения антенны к фидерному тракту на ее входе может использоваться высокочастотный волноводный переход.

Крепление излучателя нижнего поддиапазона (1) к экрану (7) осуществляется с помощью металлических стоек (6).

Крепление пассивных излучателей верхнего поддиапазона (10) к активному излучателю (1) и к экрану (7) осуществляется с помощью металлических стоек (11).

Для крепления излучателей верхнего (10) и нижнего (1) поддиапазонов к экрану (7) могут использоваться диэлектрические стойки.

Для настройки антенны на другой поддиапазон в верхней части рабочего диапазона частот можно изменять длину щелевой линии (12) и поперечные размеры пассивных прямоугольных излучателей (10).

Для настройки антенны на другой поддиапазон в нижней части рабочего диапазона частот можно изменять поперечные размеры широкополосного излучателя нижнего поддиапазона, а именно длину и ширину прямоугольного активного излучателя (1) и примыкающих к нему пассивных дугообразных элементов (2).

Функционирование заявляемой направленной антенны для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот происходит следующим образом (описание приведено для работы излучающей системы на передачу; работа на прием осуществляется аналогично, что является следствием из теоремы о взаимности в электродинамике).

Переменный ток высокой частоты из нижнего поддиапазона рабочего диапазона частот поступает от передающего радиосвязного оборудования по коаксиальной (либо волноводной) линии передачи на вход антенны (разъем типа N (9) или аналогичный). Широкополосная полосковая линия (8), расположенная между экраном (7) и активным излучателем (1), обеспечивает прохождение тока от разъема (9) до излучателя (1) нижнем поддиапазоне частот и до щелевой линии (12) в верхнем поддиапазоне частот. В нижнем поддиапазоне частот происходит возбуждение активного прямоугольного излучателя (1) и примыкающих к нему пассивных дугообразных элементов (2) посредством электромагнитной связи. В верхнем поддиапазоне частот щелевая линия (12) возбуждается от полосковой линии (8) и посредством электромагнитной связи возбуждает расположенные над ней пассивные излучатели (10). При этом, изменяя поперечные размеры активного прямоугольного излучателя (1) и примыкающих к нему пассивных дугообразных элементов (2), можно добиться излучения в другом поддиапазоне частот в нижней части рабочего диапазона; изменяя длину щелевой линии (12) и поперечных размеров пассивных излучателей (10) можно добиться излучения в другом поддиапазоне частот в верхней части рабочего диапазона. Для подстройки входного сопротивления антенны используются вырезы (4) и (5). Согласование такой антенны по входу демонстрирует фиг. 3. Здесь показана зависимость коэффициента стоячей волны на входном разъеме от частоты при входном сопротивлении 50 Ом. Весь рабочий диапазон частот (по уровню КСВ ≤ 2) разбит на два поддиапазона: 866–1017 МГц и 2046–2842 МГц.

Токи высокой частоты, создаваемые на кромках излучателя (1) с примыкающими к нему пассивными дугообразными элементами (2), формируют электромагнитное поле линейной поляризации в нижнем поддиапазоне рабочего диапазона. За счет расположения излучателя над экраном (7) формируется направленное поле в противоположном от экрана направлении. Работу антенны в нижнем поддиапазоне поясняют фиг.4, фиг.5 и фиг.10. Так, на фиг. 4 показана диаграмма усиления на частоте 850 МГц, видно, что КУ составляет около 9 дБи; диаграмма вытянута в направлении противоположном от экрана (КЗД составляет 10 дБ), форма ДН симметрична в азимутальной плоскости и имеет смещение максимума примерно на 5° в угломестной плоскости. Фиг. 5 показывает диаграмму усиления на частоте 1000 МГц, КУ теперь составляет около 10,5 дБи, диаграмма вытянута в направлении противоположном от экрана (КЗД составляет более 16 дБ); форма ДН симметрична в азимутальной плоскости и имеет смещение максимума примерно на 10° в угломестной плоскости; наблюдается смещение поля в верхнюю (нижнюю) полусферу, что является преимуществом для построения связи при использовании заявляемой антенны в составе наземного терминала радиосвязи или базовой станции. На фиг.10 показаны зависимости коэффициента усиления антенны от частоты в основной и кроссовой поляризациях в направлении максимального излучения, видно, что ККП в нижнем поддиапазоне 866–1017 МГц составляет более 60 дБ.

В верхнем поддиапазоне частот электромагнитное поле линейной поляризации формируется за счет пассивных излучателей (10), возбуждение которых осуществляется посредством щелевой линии (12). За счет расположения излучателей (10) над активным излучателем (1), который для верхнего поддиапазона частот не возбуждается, а играет роль экрана, формируется направленное поле в противоположном от экрана направлении. Работу антенны в верхнем поддиапазоне поясняют фиг.6 – фиг. 10. На фиг. 6 показана диаграмма усиления антенны на частоте 2000 МГц, видно, что КУ составляет около 10,5 дБи, диаграмма вытянута в направлении противоположном от экрана (КЗД составляет около 13 дБ); форма ДН симметрична в азимутальной плоскости и имеет смещение максимума примерно на 10° в угломестной плоскости; наблюдается смещение поля в верхнюю (нижнюю) полусферу, что является преимуществом для построения связи при использовании заявляемой антенны в составе наземного терминала радиосвязи или базовой станции. Фиг. 7 показывает диаграмму усиления на частоте 2300 МГц, КУ составляет около 13 дБи, диаграмма вытянута в направлении противоположном от экрана (КЗД составляет около 20 дБ); форма ДН симметрична в азимутальной плоскости и имеет смещение максимума примерно на 10° в угломестной плоскости; наблюдается смещение поля в верхнюю (нижнюю) полусферу. Фиг. 8 демонстрирует диаграмму усиления на частоте 2500 МГц, КУ составляет около 14 дБи, диаграмма вытянута в направлении противоположном от экрана (КЗД составляет около 19 дБ); форма ДН симметрична в азимутальной плоскости и имеет смещение максимума примерно на 8° в угломестной плоскости; наблюдается смещение поля в верхнюю (нижнюю) полусферу. Фиг. 9 отражает диаграмму усиления антенны на частоте 2800 МГц, КУ составляет около 13 дБи, диаграмма вытянута в направлении противоположном от экрана (КЗД не менее 18 дБ); форма ДН симметрична в азимутальной плоскости и имеет смещение максимума примерно на 10° в угломестной плоскости; наблюдается смещение поля в верхнюю (нижнюю) полусферу. На фиг.10 показаны зависимости коэффициента усиления антенны от частоты в основной и кроссовой поляризациях в направлении максимального излучения, видно, что ККП в верхнем поддиапазоне 2046–2842 МГц составляет более 40 дБ.

Заявляемая направленная антенна для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот может устанавливаться на трубостойку, мачту, треногу, крепиться к стене, над или возле электропроводящей или диэлектрической поверхности – в зависимости от применяемых типов крепления. Подключение антенны к приемопередающему оборудованию осуществляется с помощью коаксиальной (или волноводной) линии передачи с волновым сопротивлением 50 Ом. Допускается использовать радиопрозрачное укрытие для защиты элементов антенны от влаги, пыли, грязи. Антенна располагается вертикально, формируя при этом поле вертикальной линейной поляризации с высоким значением кроссполяризационной развязки (не менее 40 дБ в рабочей полосе частот). Не допускается нахождение электропроводящих элементов перед антенной в направлении ее максимального излучения.

Таким образом, расширение функциональных возможностей устройства, повышение компактности, упрощение конструкции, повышение надежности достигается за счет того, что направленная антенна для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот содержит широкополосный излучатель нижнего поддиапазона, представляющий собой металлический активный излучатель, имеющий форму прямоугольника с резонансным размером 0,5λ_max; для расширения рабочего диапазона излучателя в нижнем поддиапазоне у резонансных сторон активного излучателя расположены пассивные дугообразные элементы, с вырезанной средней частью. Пассивные дугообразные элементы крепятся к активному с помощью металлических тонких линий, электрически малого размера по сравнению с длинами волн нижнего поддиапазона частот (менее 0,02λ_max). Питание активного излучателя осуществляется с помощью широкополосной несимметричной полосковой линии, плавно расширяющейся от места крепления к излучателю до места соединения со входным разъемом. Для подстройки входного сопротивления излучателя нижнего поддиапазона на нерезонансных сторонах активного излучателя выполнены прямоугольные вырезы. Излучатель нижнего поддиапазона расположен над металлическим экраном размером 0,8λ_max×0,8λ_max на высоте 0,035λ_max. Для формирования поля линейной поляризации в заданном направлении в верхнем поддиапазоне над излучателем нижнего поддиапазона на высоте 0,05λ_min расположены прямоугольные пассивные излучатели с резонансным размером 0,5λ_min. Для возбуждения пассивных излучателей верхнего поддиапазона в излучателе нижнего поддиапазона над местом крепления линии питания антенны вырезана щелевая линия длиной 1λ на средней частоте верхнего поддиапазона. Для подстройки результирующего входного сопротивления антенны над линией питания в активном излучателе вырезана U-образная щель, направленная концами к месту крепления питающий линии к излучателю.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к микрополосковым антеннам. Технический результат - упрощение конструкции, повышение компактности и надежности. Результат достигается тем, что предложена направленная антенна для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот, содержащая широкополосный излучатель нижнего поддиапазона в виде прямоугольного металлического активного излучателя с резонансным размером , который расположен над металлическим экраном размером на высоте , отличающаяся тем, что у резонансных сторон активного излучателя расположены пассивные дугообразные элементы с вырезанной средней частью; питание активного излучателя осуществляется с помощью широкополосной несимметричной полосковой линии, над излучателем нижнего поддиапазона на высоте расположены прямоугольные пассивные излучатели с резонансным размером ; для возбуждения пассивных излучателей верхнего поддиапазона в излучателе нижнего поддиапазона над местом крепления линии питания антенны вырезана щелевая линия. 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Направленная антенна для формирования и приема электромагнитного поля линейной поляризации с высокой кроссполяризационной развязкой в двух широких диапазонах радиочастот, содержащая широкополосный излучатель нижнего поддиапазона, представляющий собой металлический активный излучатель, имеющий форму прямоугольника с резонансным размером ; излучатель нижнего поддиапазона расположен над металлическим экраном размером на высоте , отличающаяся тем, что для расширения рабочего диапазона излучателя в нижнем поддиапазоне у резонансных сторон активного излучателя расположены пассивные дугообразные элементы, с вырезанной средней частью; пассивные дугообразные элементы крепятся к активному с помощью металлических тонких линий, электрически малого размера по сравнению с длинами волн нижнего поддиапазона частот, менее ; питание активного излучателя осуществляется с помощью широкополосной несимметричной полосковой линии, плавно расширяющейся от места крепления к излучателю до места соединения с входным разъемом; для подстройки входного сопротивления излучателя нижнего поддиапазона на нерезонансных сторонах активного излучателя выполнены прямоугольные вырезы; для формирования поля линейной поляризации в заданном направлении в верхнем поддиапазоне над излучателем нижнего поддиапазона на высоте расположены прямоугольные пассивные излучатели с резонансным размером ; для возбуждения пассивных излучателей верхнего поддиапазона в излучателе нижнего поддиапазона над местом крепления линии питания антенны вырезана щелевая линия длиной на средней частоте верхнего поддиапазона; для подстройки результирующего входного сопротивления антенны над линией питания в активном излучателе вырезана U-образная щель, направленная концами к месту крепления питающий линии к излучателю.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что для защиты элементов конструкции от попадания пыли, влаги, грязи используется укрытие из диэлектрических материалов.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что для подключения антенны к фидерному тракту на ее входе используется высокочастотный коаксиальный разъем.

4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что для подключения антенны к фидерному тракту на ее входе используется высокочастотный волноводный переход.

5. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что для крепления излучателей верхнего и нижнего поддиапазонов к экрану используются металлические стойки.

6. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что для крепления излучателей верхнего и нижнего поддиапазонов к экрану используются диэлектрические стойки.

7. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что для настройки антенны на другой поддиапазон в верхней части рабочего диапазона частот необходимо изменять длину щелевой линии и поперечные размеры пассивных прямоугольных излучателей.

8. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что для настройки антенны на другой поддиапазон в нижней части рабочего диапазона частот необходимо изменять поперечные размеры широкополосного излучателя нижнего поддиапазона, а именно длину и ширину прямоугольного активного излучателя и примыкающих к нему пассивных дугообразных элементов.