Патент на изобретение №2199804
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) АНТЕННА
(57) Реферат: Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах в качестве направленной антенны линейной поляризации. Техническим результатом изобретения является сужение диаграммы направленности и увеличение КНД. Устройство содержит две ромбообразные секции и, по меньшей мере, одну дополнительную ромбообразную секцию, подсоединенные смежно в ряд друг к другу. По периметру ромбообразных секций расположены проводники. В месте соединения двух ромбообразных секций между их проводниками выполнен зазор, предназначенный для подключения к проводникам двухпроводного фидера. Проводники дополнительной ромбообразной секции подсоединены к проводникам, расположенным в одинаковом с ними направлении по периметру смежной ромбообразной секции, с перекрещиванием. Углы двух ромбообразных секций и дополнительной ромбообразной секции, обращенные к общей продольной оси ряда ромбообразных секций, выполнены тупыми. 6 з.п. ф-лы, 6 ил. Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах в качестве направленной антенны линейной поляризации. Известна антенна типа “двойной квадрат”, содержащая две ромбообразные секции, по периметру которых расположены проводники, при этом проводники одной ромбообразной секции подсоединены к проводникам другой ромбообразной секции с перекрещиванием проводников, расположенных в одинаковом с ними направлении по периметру смежной ромбообразной секции и с промежутком между перекрещивающимися проводниками [1]. В этом техническом решении ромбообразные секции расположены в параллельных плоскостях, причем одна из ромбообразных секций выполняет функцию вибратора, выполненного в виде проволочного квадрата с длиной стороны  /4, где – средняя длина волны, и общей длиной периметра секции 1. Вторая ромбообразная секция выполняет функцию рефлектора. Общая длина периметров двух секций равна 2. Перекрещивание проводников с промежутком между ними в этом техническом решении используется только для пространственного размещения ромбообразных секций в параллельных плоскостях. Такая антенна является направленной, но не имеет высокого коэффициента направленного действия (КНД).
Наиболее близкой к заявленной является антенна, содержащая две ромбообразные секции и, по меньшей мере, одну дополнительную ромбообразную секцию, расположенные в одной плоскости, подсоединенные смежно в ряд друг к другу, по периметру которых расположены проводники, причем их длина выбрана удовлетворяющей условию образования точек короткого замыкания в вершинах ромбообразных секций, расположенных противоположно относительно места соединения ромбообразных секций на максимальном расстоянии друг от друга на общей продольной оси ряда ромбообразных секций, причем в месте соединения двух ромбообразных секций между их проводниками выполнен зазор, предназначенный для подключения к проводникам двухпроводного фидера, при этом проводники дополнительной ромбообразной секции подсоединены к проводникам, расположенным в одинаковом с ними направлении по периметру смежной одной ромбообразной секции, с перекрещиванием проводников между этими ромбообразными секциями, причем упомянутое перекрещивание проводников выполнено с промежутком между ними [2].
Такая антенна позволяет теоретически наращивать в необходимом количестве число ромбообразных секций для получения узкой диаграммы направленности (ДН).
Однако на практике число ромбообразных секций ограничено из-за потерь энергии на излучение.
Решаемая изобретением задача – улучшение технико-эксплуатационных параметров антенны.
Технический результат, который может быть получен при выполнении антенны, – увеличение эффективной апертуры антенны при равномерном распределении тока по ромбообразным секциям, что приводит к сужению диаграммы направленности и увеличению КНД.
Дополнительный технический результат, который получен при выполнении антенны, – расширение рабочей полосы частот.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в антенне, содержащей две ромбообразные секции и, по меньшей мере, одну дополнительную ромбообразную секцию, расположенные в одной плоскости, подсоединенные смежно в ряд друг к другу, по периметру которых расположены проводники, длина которых выбрана удовлетворяющей условию образования точек короткого замыкания в вершинах ромбообразных секций, расположенных противоположно относительно места соединения ромбообразных секций на максимальном расстоянии друг от друга на общей продольной оси ряда ромбообразных секций, причем в месте соединения двух ромбообразных секций между их проводниками выполнен зазор, расположенный поперек относительно общей продольной оси и предназначенный для подключения двухпроводного фидера к проводникам, при этом проводники дополнительной ромбообразной секции подсоединены к проводникам, расположенным в одинаковом с ними направлении по периметру смежной одной ромбообразной секции, с перекрещиванием проводников между этими ромбообразными секциями, причем упомянутое перекрещивание проводников выполнено с промежутком между ними, согласно изобретению углы двух ромбообразных секций и дополнительной ромбообразной секции, обращенные к общей продольной оси ряда ромбообразных секций, выполнены тупыми.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:– общее количество упомянутых ромбообразных секций было выбрано нечетным; – общее количество упомянутых ромбообразных секций было выбрано четным; – упомянутые углы ромбообразных секций, обращенные к общей продольной оси и расположенные ближе к зазору двух ромбообразных секций, предназначенному для подключения к проводникам двухпроводного фидера, были выбраны большими, чем упомянутые углы ромбообразных секций, расположенных дальше от зазора двух ромбообразных секций; – был введен плоский экран, расположенный параллельно плоскости расположения упомянутых ромбообразных секций, и были введены стойки, подсоединенные одними концами в вершинах ромбообразных секций, расположенных на максимальном расстоянии друг от друга на общей продольной оси, а другими концами к плоскому экрану, при этом плоский экран выполнен прямоугольным, его длина не меньше расстояния между вершинами ромбообразных секций, расположенных на максимальном расстоянии друг от друга вдоль общей продольной оси, а ширина выполнена большей, чем /2 и чем длина малой диагонали ромбообразной секции, причем расстояние S между плоскостью расположения плоского экрана и плоскостью расположения ромбообразных секций выбрано удовлетворяющим условию 0,15 S/0,27, где – средняя длина волны;– были введены пластинчатые рефлекторы, расположенные по обеим сторонам от крайних ромбообразных секций и габаритный размер которых в ортогональной плоскости к плоскому экрану выполнен меньшим, чем расстояние S от плоскости плоского экрана до плоскости расположения ромбообразных секций; – был введен пластинчатый директор, расположенный симметрично и параллельно ромбообразным секциям, максимальная длина пластинчатого директора выбрана равной суммарной длине диагоналей ромбообразных секций вдоль общей продольной оси, а ромбообразные секции расположены между плоским экраном и пластинчатым директором. За счет выбора углов ромбообразных секций удалось решить поставленную задачу с достижением указанного технического результата. Указанные преимущества, в также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры. Фигура 1 схематично изображает антенну с числом ромбообразных секций, равным трем; фиг.2 – то же, что фиг.1, с числом ромбообразных секций, равным четырем; фиг.3 – то же, что фиг.1, с числом ромбообразных секций, равным шести; фиг.4 – то же, что фиг.2, с плоским экраном; фиг.5 – различные конструкции рефлекторов; фиг. 6 – конструкция плоского экрана и директора без показа между ними ромбообразных секций. Антенна (фиг.1) содержит две ромбообразные секции 2 и, по меньшей мере, одну дополнительную ромбообразную секцию 3. Две ромбообразные секции 2 и, по меньшей мере, одна дополнительная ромбообразная секция 3 расположены в одной плоскости, подсоединены смежно в ряд друг к другу, и по их периметру расположены проводники 4. Длина проводников 4 выбрана удовлетворяющей условию образования точек короткого замыкания в вершинах 5 упомянутых ромбообразных секций 2, 3, расположенных противоположно относительно зазора 6 на максимальном расстоянии друг от друга на общей продольной оси Х ряда ромбообразных секций 2, 3. Для этого длина проводников 4 сторон упомянутых ромбообразных секций 2, 3 выбрана  /4. В месте соединения двух ромбообразных секций 2 между их проводниками 4 выполнен зазор 6. Вершины 7 углов между проводниками в зазоре 6 двух ромбообразных секций 2 предназначены для подключения к ним двухпроводного фидера (на фиг.1-4 не показан).
Проводники 4 дополнительной ромбообразной секции 3 подсоединены к проводникам 4, расположенным в одинаковом с ними направлении по периметру смежной ромбообразной секции 2, с перекрещиванием проводников 4 между этими ромбообразными секциями 2, 3. Упомянутое перекрещивание проводников 4 (показано на фиг.1-4 дугой) выполнено с промежутком между ними без образования гальванического контакта.
Углы  1 двух ромбообразных секций 2 и угол 2 дополнительной ромбообразной секции 3, обращенные к общей продольной оси Х ряда ромбообразных секций 2, 3, выполнены тупыми, преимущественно больше 90o и меньше 145o.
За счет выполнения углов 1 и 2 тупыми удается увеличить размер Ai (где i – количество ромбообразных секций 2, 3 вдоль общей продольной оси Х ряда) антенны при прочих равных условиях – одинаковых длине стороны и числе упомянутых ромбообразных секций 2, 3 и улучшить равномерность распределения тока по проводникам 4 в каждой ромбообразной секции 2, 3, удаленной от точек введения эдс возбуждения (от зазора 6), что в совокупности сужает диаграмму направленности антенны.
Если общее количество упомянутых ромбообразных секций 2, 3 выбрано нечетным (фиг.1), то в целом улучшается широкополосность антенны.
Если общее количество упомянутых ромбообразных секций 2, 3 выбрано четным (фиг.2, 3), то образуется из этих ромбообразных секций 2, 3 стандартный излучатель, но с повышенным КНД. Увеличение числа дополнительных ромбообразных секций 3 (фиг.2, 3) позволяет увеличить КНД.
Для дополнительного расширения рабочей полосы углы 1 двух ромбообразных секций 2, расположенных ближе к зазору 6 двух ромбообразных секций 2, предназначенному для подключения к проводникам 4 двухпроводного фидера, выбраны большими, чем углы 2 ромбообразных секций 3, расположенных дальше от зазора 6 двух ромбообразных секций 2 (фиг.1, 2). Если, например, общее число ромбообразных секций 2, 3 равно шести (фиг.3), то 1>2>3.
Введение плоского экрана 8 (фиг.4), расположенного параллельно плоскости расположения упомянутых ромбообразных секций 2, 3, позволяет сузить диаграмму направленности антенны. Введение стоек 9, подсоединенных одними концами в вершинах 5 ромбообразных секций 2 и 3 (фиг.1) или дополнительных ромбообразных секций 3 (фиг.4), а другими концами к плоскому экрану 8, позволяет обеспечить развязку антенны, т.к. стойки 9 подсоединены к крайним ромбообразным секциям 3 в точках нулевого потенциала. Плоский экран 8 (фиг.4, 6) выполнен прямоугольным. Его длина L не меньше расстояния Аi между вершинами 5 дополнительных ромбообразных секций 3, расположенных на максимальном расстоянии друг от друга вдоль общей продольной оси X. Ширина В плоского экрана 8 выполнена большей, чем /2 (или длина малой диагонали ромбообразной секции 2 или 3). Расстояние S между плоскостью расположения плоского экрана 8 и плоскостью расположения ромбообразных секций 2, 3 выбрана удовлетворяющей условию 0,15S/0,27.
Для дополнительного сужения диаграммы направленности в устройство могут быть введены пластинчатые рефлекторы 10 (фиг.5). Пластинчатые рефлекторы 10 расположены по обеим сторонам от крайних дополнительных ромбообразных секций 3, и их габаритный размер d в ортогональной плоскости к плоскому экрану 8 выбран меньшим, чем расстояние S от плоскости плоского экрана 8 до плоскости расположения ромбообразных секций 2, 3 (фиг.5).
Для дополнительного сужения диаграммы направленности в устройство может быть введен пластинчатый директор 11 (фиг.6), расположенный симметрично и параллельно упомянутым ромбообразным секциям 2, 3. Максимальная длина пластинчатого директора 11 выбрана равной суммарной длине диагоналей упомянутых ромбообразных секций 2, 3 вдоль общей продольной оси Х ряда. Ромбообразные секции 2, 3 расположены между плоским экраном 8 и пластинчатым директором 11 (на фиг.6 для упрощения ромбообразные секции 2, 3 не показаны).
Как видно из фиг.1-3, особенностью антенны является удобство подключения двухпроводного фидера к вершинам 7. Симметричная относительно поперечной оси Y часть ромбообразных секций 2, 3 может быть без ухудшения качества антенны просто удалена. Тогда питание антенны осуществляется только с одной стороны самой крайней ромбообразной секции 2 для всех имеющихся ромбообразных секций 3 ряда.
Работает антенна следующим образом.
Под воздействием эдс, приложенной в зазоре 6, возникают токи на проводниках 4 ромбообразных секций 2, 3 (фиг.1-4). Благодаря точкам нулевого потенциала – вершинам 5 одной из двух ромбообразных секций 2 и дополнительной ромбообразной секции 3 (фиг.1) или вершинам 5 двух крайних дополнительных ромбообразных секций 3 (фиг. 2-4), местам перекрещивания проводников 4 смежных ромбообразных секций 2 и дополнительных ромбообразных секций 3, а также выбранной длине сторон проводников 4 упомянутых ромбообразных секций 2, 3, выбранной /4, все отрезки проводников 4 оказываются сфазированы с ориентацией вектора Е параллельно оси Y.
Антенна при этом функционирует как своеобразная фазированная антенная решетка (ФАР), имеющая одну пару точек питания в отличие от обычных ФАР. ДН антенны оказывается тем уже, чем больше у нее размер Аi.
Плоский экран 8 (фиг.4, 6) не только традиционно перекрывает излучение в задней полуплоскости пространства, но и дополнительно сужает ДН в Н-плоскости поляризации за счет действия пластинчатого рефлектора 10.
Пластинчатый директор 11 (фиг.6) по принципу действия аналогичен известным директорам антенн типа волновой канал. В предлагаемом варианте выполнения антенны пластинчатый директор 11 сужает ДН в Е-плоскости поляризации сразу для всей антенны благодаря своей конструкции (пластины) длиной Аi с подобранной шириной b.
Предпочтительные пределы изменения размеров, показанных на фиг.1-6, следующие:зазор  Заявленное техническое решение в свою очередь можно неоднократно использовать как элемент антенной решетки на основе известных из уровня техники приемов и методов. Наиболее успешно заявленная антенна может быть промышленно применима в качестве направленной антенны линейной поляризации. Источники информации 1. К. Ротхаммель, “Антенны”, сокр. Перевод с немецкого Т.Э. Кренкель, “Энергия”, Москва, 1967 г., стр. 88-96, рис. 2-63. 2. Авторское свидетельство СССР 138277, 21 а4, 4603, опубл. 1961 г. Формула изобретения
/2 и чем длина малой диагонали ромбообразной секции, причем расстояние S между плоскостью расположения плоского экрана и плоскостью расположения ромбообразных секций выбрано удовлетворяющим условию 0,15S/0,27, где – средняя длина волны.
6. Антенна по п.5, отличающаяся тем, что введены пластинчатые рефлекторы, расположенные по обеим сторонам от крайних ромбообразных секций и габаритный размер которых в ортогональной плоскости к плоскому экрану выполнен меньшим, чем расстояние S от плоскости плоского экрана для плоскости расположения ромбообразных секций.
7. Антенна по п.5, отличающаяся тем, что введен пластинчатый директор, расположенный симметрично и параллельно ромбообразным секциям, максимальная длина пластинчатого директора выбрана равной суммарной длине диагоналей ромбообразных секций вдоль общей продольной оси, а ромбообразные секции расположены между плоским экраном и пластинчатым директором.
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 21.07.2005
Извещение опубликовано: 10.06.2006 БИ: 16/2006
|
||||||||||||||||||||||||||
