Patent RU-125777-U1 (RU)
Title: Направленная рамочно-лучевая антенна
IPC: H01Q19/00
Filed: 2012-04-23
Granted: 2013-03-10
Abstract: Изобретение направлено на улучшение технических и эксплуатационных характеристик антенн. 
     Указанный технический результат достигается тем, что рамочная часть антенны изготовлена из коаксиально расположенных проводников, при этом внешний проводник формирует магнитную составляющую электромагнитной волны излучения, электрическая составляющая формируется лучевой частью антенны, состоящей из двух излучающих лучей и пары компенсирующих лучей, контур образованный внутренним проводником рамки и конденсатором С-1 обеспечивает синфазность либо противофазность, в необходимых случаях, магнитных и электрических полей элементов антенны. Раздельное формирование, электрической и магнитной составляющих электромагнитной волны излучения соответствующими элементами антенны, обеспечивает формирование фронта электромагнитной волны излучения в заданном направлении, непосредственно у элементов антенны, что в свою очередь обеспечивает малый угол возвышения в вертикальной плоскости диаграммы направленности, при высоте подвеса значительно менее ½ длинны волны и малую восприимчивость антенны к наличию проводящих предметов и других антенн в близи антенны. 
     Формирование излучения в заданном направлении, у предлагаемой антенны, происходит следующим образом. В случае рассмотрения на Фиг. №1 правого излучающего луча и правой половины рамочной части направленной рамочно-лучевой антенны, хорошо видно, что электрическое и магнитное поле, сформированное между компенсирующими лучами и этим лучом, будет так же как и у прототипа этой антенны, синфазно электрическому и магнитному полю правой половины рамки, к которой подключен луч. Если рассматриваемую часть предлагаемой антенны представить в виде двух антенн А1 (правая часть рамки) и А2 (правый луч), каждая со своим источником питания (источники когерентны) и которые совмещены в пространстве, решающие значения приобретают соотношение фаз колебаний источников этих антенн. Суммарная плотность потока энергии (вектор Пойнтинга П) в каждой точке пространства может быть найден по принципу суперпозиции полей: П=(Е1+Е2)×(Н1+Н2)=E1×H1+Е2×Н2+Е1×Н2+Е2×H1 
     Последние два слагаемых в правой части уравнения описывают взаимодействие электрического поля одной антенны с магнитным полем другой антенны. Эти поля и используются в рассматриваемой части направленной рамочно-лучевой антенны, для эффективного формирования вектора Пойнтинга. Таким образом, магнитное поле правой части рамки складывается с электрическим полем правого луча и в свою очередь магнитное поле правого луча складывается с электрическим полем правой части рамки, формируя фронт электромагнитной волны излучения в необходимом направлении, непосредственно у элементов антенны. Однако для этого Е1 должно быть синфазно с Н2 и Е2 должно быть синфазно с H1 следовательно антенны должны возбуждаться в квадратуре. В предлагаемой рамочно-лучевой антенне необходимый фазовый сдвиг обеспечивает контур образованный внутренним проводником рамки и конденсатором С-1. 
     В геометрической середине рамочной части, направленной рамочно-лучевой антенны, происходит смена фаз напряжений, и напряжение в левой половине рамки находится в противофазе с напряжением в правой половине рамки. Излучающий луч, находящийся на Фиг. №1 с левой стороны рамки подключен к правой половине рамки и с помощью пары компенсирующих лучей подключенных к левой половине рамки формирует соответствующие магнитное и электрическое поля левого луча. Но эти поля находятся в противофазе с магнитным и электрическим полями, сформированными левой половиной рамки. Применяя, тот же принцип суперпозиции полей, как и в случае выше, можно увидеть, что происходит взаимная компенсация электрических и магнитных составляющих левого луча и левой части рамки. Таким образом, прием с этого направления и передача в этом направлении невозможны либо значительно ослаблены. 
     Короткие, компенсирующие лучи, расположенные перпендикулярно длинным излучающим лучам и самой рамке, служат для обеспечения симметрии антенны и создания электрического и магнитного полей лучевой части антенны. При рассмотрении работы предлагаемой направленной рамочно-лучевой антенны, в направлении перпендикулярном плоскости рамки и излучающих лучей, и учитывая, приведенные выше рассуждения, о смене фаз напряжений в левой и правой половинах рамки, видно, что компенсирующие лучи находятся в такой точке антенны, где из-за взаимной компенсации, противоположными ветвями рамки, наводимой ЭДС, в диаграмме направленности имеется сектор нулевого приема. При этом сами лучи расположены так, что обладают также, нулевым приемом в этом направлении, поэтому в формировании диаграммы направленности они не участвуют, передача и прием в этих направлениях невозможны либо значительно ослаблены. 
     На Фиг.1 представлена электрическая схема полезной модели, состоящая из рамочной части, в свою очередь состоящей из коаксиально расположенных проводников и конденсаторов настройки С1 и С2 и лучевой части состоящей из двух, длинных имеющего длину порядка 1/8 длинны волны, излучающих лучей, выполненных жесткими, самонесущими, из легких материалов и расположенных в плоскости рамки, при этом оба излучающих луча присоединены к одному из выводов конденсатора С-2, в свою очередь соединенного с одной из сторон излучающей рамки. И двух других, вчетверо более коротких, чем излучающие лучи, компенсирующих лучей, также выполненных жесткими самонесущими, из легких материалов и расположенных, в месте соединения излучающих лучей с рамкой. Но расположены они поперек излучающих лучей и соответственно поперек рамки и присоединены к противоположному, по отношению к излучающим лучам, выводу конденсатора С-2 и соответственно противоположному выводу излучающей рамки. 
     Работу направленной рамочно-лучевой антенны можно описать следующим образом: 
     1. Рамка, находясь в зоне максимального тока, формирует магнитную составляющую электромагнитной волны излучения. 
     2. Лучи, находясь в зоне максимального напряжения, формируют электрическую составляющую электромагнитной волны излучения. 
     3. Контур образованный внутренним проводником рамки и конденсатором С-1 в излучении не участвует, сдвигает фазу тока в рамке и обеспечивает синфазность либо противофазность, в необходимых случаях, магнитных и электрических полей элементов антенны. 
     4. Излучающий луч, находящийся с той же стороны предлагаемой антенны, что и подключенная к нему половина рамочной части, формирует главный лепесток излучения. 
     5. Излучающий луч, находящийся с противоположной стороны подключенной к нему половины рамочной части, обеспечивает подавление излучения в этом направлении. 
     6. компенсирующие лучи расположены перпендикулярно длинным лучам и самой рамке, служат для обеспечения симметрии антенны и создания электрического поля, в формировании диаграммы направленности не участвуют. 
     7. формирование фронта, электромагнитной волны излучения происходит непосредственно у элементов антенны, что в свою очередь обеспечивает малый угол возвышения в вертикальной плоскости диаграммы направленности. 
     8. при длине лучей равной 1/8 длинны волны и высоте подвеса значительно менее ½ длинны волны, обеспечивается угол возвышения в вертикальной плоскости диаграммы направленности не превышающий угол возвышения антенны «полуволновой вибратор» установленной на высоте равной ½ длинны волны. 
     9. Изменение длинны и угла наклона лучей антенны, позволяет изменять угол возвышения в вертикальной плоскости диаграммы направленности.