ДВОЙНАЯ РАМОЧНО-ДИРЕКТОРНАЯ НАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА

Предлагаемая полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в системах радиосвязи и телевизионного вещания УКВ диапазонов.
Из уровня техники известна направленная антенна, содержащая двойной петлевой вибратор (К.Ротхаммель, Антенны, том 1, Минск, изд. "Наш город", 2001 г., стр.65, рис.66) в виде трех параллельно расположенных линейных проводников, лежащих в одной плоскости и имеющих объединенные концы. При этом средний проводник вибратора имеет зазор в средней части. Параллельные проводники образуют симметричные плечи вибратора относительно оси симметрии, проходящей через середину зазора и середины крайних проводников. Высокочастотное напряжение по фидеру питания подается через согласующее устройство на плечи вибратора.
Направленная антенна проста по конструктивному исполнению и имеет относительно широкую полосу пропускания. К недостаткам данной антенны можно отнести низкий коэффициент направленного действия, отсутствие подавления заднего лепестка диаграммы направленности, относительно высокое входное сопротивление, требующее применения широкополосного трансформатора сопротивлений для соединения антенны с низкоомным фидером питания.
Известна направленная антенна, использующая в качестве активного элемента металлический контурно-щелевой элемент, имеющий свойства излучения, идентичные свойствам петлевого вибратора. (К.Ротхаммель, Антенны, том 2, Минск, изд. "Наш город", 2001 г., стр.96-98). Данная антенна обеспечивает формирование узкой однонаправленной диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, за счет применения взаимно-параллельных металлических директоров и
рефлекторов, расположенных на двух параллельных металлических траверсах, имеющих длину, равную длине волны.
Недостатком данной направленной антенны является относительно высокое входное сопротивление, что затрудняет ее непосредственное согласование с низкоомным фидером питания, а также низкая механическая прочность, обусловленная креплением директоров на двух металлических траверсах.
Наиболее близкой по конструкции является антенна, построенная на основе двойного квадратно-рамочного излучателя (К.Харченко, УКВ антенны, Москва, изд. ДОСААФ, 1969 г., стр.93-96), которая и выбрана в качестве прототипа. Антенна состоит из металлической мачты, на которой через диэлектрические прокладки закреплен активный двойной квадратно-рамочный излучатель, выполненный из металлической проволоки. Стороны квадратов имеют длину, равную 0,25 рабочей длины волны. Точки питания расположены между разомкнутыми вершинами квадратов на расстоянии, соответствующем оптимальному согласованию с кабелем питания. Для создания эффекта направленности, с целью повышения коэффициента усиления антенны, за плоскостью двойного квадрата, параллельно ей и антенной мачте, установлены три металлических рефлектора. Рефлекторы прикреплены к мачте через диэлектрические опоры на расстоянии, соответствующем максимальному усилению антенны. Достоинством указанной выше антенны является широкая полоса пропускания и низкое входное сопротивление, облегчающее согласование с фидером питания.
К недостатку данной антенны следует отнести низкую механическую прочность узлов крепления рефлекторов и активного излучателя, большое количество элементов рефлектора.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик: повышение коэффициента
усиления для создания эффекта направленности, обеспечение стабильности формы диаграммы направленности.
Технический результат достигается тем, что двойная рамочно-директорная направленная антенна содержит активный двойной рамочный излучатель, рефлекторы. Причем активный двойной рамочный излучатель образован двумя рамочными элементами, имеющими форму равнобедренных трапеций и расположенными внутри несущей рамы, перпендикулярно ее плоскости, при этом периметр каждого рамочного элемента равен рабочей длине волны. Причем меньшие основания рамочных элементов, выполненные с зазором, объединены между собой и содержат точки питания антенны, а большие основания жестко скреплены с несущей рамой в точках нулевого потенциала. Причем перед плоскостью активного двойного рамочного излучателя в углах внутренней поверхности несущей рамы перпендикулярно ее плоскости жестко закреплены своей средней частью два металлических стержня директора, а за плоскостью активного двойного рамочного излучателя в углах внутренней поверхности несущей рамы перпендикулярно ее плоскости жестко закреплены своей средней частью два металлических стержня рефлектора.
Конструкция предлагаемой двойной рамочно-директорной направленной антенны представлена на рисунке. Двойная рамочно-директорная направленная антенна содержит активный двойной рамочный излучатель 1, рефлекторы 2. Причем активный двойной рамочный излучатель образован двумя рамочными элементами 3, имеющими форму равнобедренных трапеций и расположенными внутри несущей рамы 4, перпендикулярно ее плоскости, при этом периметр каждого рамочного элемента равен рабочей длине волны. Причем меньшие основания рамочных элементов 5, выполненные с зазором, объединены между собой и содержат точки питания антенны 6, а большие основания 7 жестко скреплены с несущей рамой 4 в точках нулевого потенциала. Причем за
плоскостью активного двойного рамочного излучателя 1 в углах внутренней поверхности несущей рамы 4 перпендикулярно ее плоскости жестко закреплены своей средней частью два металлических стержня рефлектора 2. А перед плоскостью активного двойного рамочного излучателя 1 в углах внутренней поверхности несущей рамы 4 перпендикулярно ее плоскости жестко закреплены своей средней частью два металлических стержня директора 8.
Крепление антенны к мачтовой трубе 9 осуществляется двумя скобами 10 через опорную пластину 11, что обеспечивает надежную защиту антенны от статического электричества. Питание антенны осуществляется коаксиальным кабелем 12, соединяющим разъем 13, установленный на опорной пластине 11, с точками питания 6, расположенными на меньших основаниях 5 рамочных элементов 3 активного двойного рамочного излучателя 1 посредством паяных соединений. Защита точек подключения питания от внешних воздействий осуществляется диэлектрическим кожухом 14.
Двойная рамочно-директорная направленная антенна построена на основе активного двойного рамочного вибратора, образованного двумя диаметрально противоположно расположенными рамочными металлическими элементами в форме равнобедренных трапеций с периметрами, равными рабочей длине волны и расположенными в одной плоскости. Рамочные элементы объединены по меньшей стороне, имеющей длину 0,08 рабочей длины волны, и имеют длины прилегающих сторон, равные 0,3 рабочей длины волны. В центре каждой из меньших сторон рамочные металлические элементы имеют зазор длиной 0,01 рабочей длины волны. Рамочные элементы в точках нулевого потенциала имеют сварные соединения с несущей металлической рамой, расположенной в плоскости, перпендикулярной плоскости активного
двойного рамочного излучателя, и имеющей периметр 1,7 рабочей длины волны.
Стабильность формы диаграммы направленности антенны в широкой полосе рабочих частот обеспечивается благодаря расположению металлической несущей рамы в плоскости, перпендикулярной вектору напряженности электрического поля, а также величине периметра несущей рамы, обеспечивающей исключение паразитных резонансов в рабочей полосе частот.
Точки питания активного двойного рамочного излучателя расположены между объединенными и разомкнутыми в средней части меньшими сторонами рамочных элементов, что обеспечивает оптимальное согласование антенны с кабелем питания.
Для создания эффекта направленности и с целью повышения коэффициента усиления антенны, за плоскостью, расположенной параллельно плоскости активного двойного рамочного излучателя, и перпендикулярной плоскости металлической несущей рамы, находятся два параллельных металлических стержня (рефлекторы) с длинами, равными 0,5 рабочей длины волны. Их средние части закреплены в задних углах несущей рамы на расстоянии 0,2 рабочей длины волны от плоскости активного двойного рамочного излучателя. При этом рефлекторы находятся друг от друга на расстоянии 0,46 рабочей длины волны. В плоскости, расположенной параллельно плоскости активного двойного рамочного излучателя и перпендикулярной плоскости металлической несущей рамы, находятся два металлических стержня (директоры) с длинами, равными 0,36 рабочей длины волны. Их середины жестко закреплены в передних углах несущей рамы на расстоянии 0,15 рабочей длины волны от плоскости активного двойного рамочного излучателя. Директоры находятся друг от друга на расстоянии 0,46 рабочей длины волны. Оба директора и оба рефлектора взаимно параллельны и
параллельны меньшей стороне рамочных элементов активного двойного рамочного излучателя.
Для обеспечения стабильности параметров антенны и защиты точек подключения кабеля питания от воздействия окружающей среды точки питания закрыты со всех сторон пластмассовым кожухом. Через боковое отверстие в пластмассовым кожухе проходит коаксиальный кабель питания, соединяющий точки питания активного двойного рамочного излучателя с высокочастотным разъемом, установленным на задней стенке несущей рамы. Крепление антенны к мачтовой трубе осуществляется двумя одинаковыми по размерам скобами через отверстия в опорной пластине, жестко закрепленной на несущей раме.
Выбранные значения длин всех элементов антенны и их взаимное расположение определены по критерию обеспечения максимального усиления в максимально возможном диапазоне рабочих частот при допустимом подавлении боковых лепестков диаграммы направленности и обеспечивают значение коэффициента стоячей волны не более 1,5 в рабочем диапазоне частот, составляющем 5% от средней частоты, при допустимом уровне подавления боковых лепестков диаграммы направленности в пределах от 15 до 25 дБ.