РАМОЧНАЯ АНТЕННА

Прилагаемая полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в системах телекоммуникаций.
Из существующего уровня техники известна рамочная антенна, содержащая встроенный конденсатор (GB438326 (A), МПК G01S 3/08). Однако антенна имеет низкую направленность. Известны конструкции рамочных антенн, представляющие собой комбинацию одиночной рамки и вертикального вибратора (US 3882506, МПК H01Q 21/00), или комбинацию двух взаимно ортогональных рамок (RU 2510107, МПК H01Q 7/00), которые формируют диаграмму направленности в виде кардиоиды. Однако антенны обладают существенными габаритными размерами.
Наиболее близким аналогом является активная рамочная антенна, которая содержит рамку и устройство синфазно-противофазного возбуждения (SU 902123, МПК H01Q 23/00). Однако известная антенна не может быть использована в диапазоне СВЧ ввиду использования дифференциального трансформатора для синфазно-противофазного возбуждения антенны. Кроме того, рамочная антенна, имеющая размеры много меньше длины волны в диапазоне СВЧ, имеет малое сопротивление излучения (доли Ома), что значительно снижает ее коэффициент полезного действия (КПД). Также недостатком прототипа можно считать то, что наличие дифференциального и синфазного усилителей в составе антенны существенно усложняет ее конструкцию.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является увеличение КПД направленной рамочной антенны в диапазоне СВЧ и снижение массогабаритных показателей.
Для решения поставленной задачи направленная рамочная антенна так же, как и известное решение, содержит рамку и устройство синфазно-противофазного возбуждения. Но, в отличие от известной антенны, предлагаемая направленная антенна выполнена в виде планарной линии передачи на диэлектрической подложке, в которую введены емкостной элемент с одной стороны, а с противоположной ее стороны устройство синфазно-противофазного возбуждения, выполненное в виде согласующего симметрирующего устройства и резонансного контура, образованного параллельным соединением индуктивного и емкостного элементов. Причем размеры рамочной антенны соизмеримы с длиной волны.
Достигаемым техническим результатом является увеличение КПД рамочной антенны в диапазоне СВЧ введением емкостного элемента с одной ее стороны, а с противоположной ее стороны - согласующего симметрирующего устройства и резонансного контура. При этом рамочная антенна имеет размеры соизмеримые с длиной волны в диапазоне СВЧ и, как следствие, высокий КПД. Уменьшение массогабаритных показателей антенны достигается использованием сосредоточенных элементов и планарным исполнением рамки на диэлектрической подложке.
Совокупность признаков, изложенных в пункте 2 формулы полезной модели, характеризующей направленную рамочную антенну, в которой согласующее симметрирующее устройство выполнено в виде фазосдвигающей цепи на элементах с сосредоточенными параметрами, одно из плеч которого реализовано в виде соединения последовательной индуктивности и параллельной емкости, а второе в виде соединения последовательной емкости и параллельной индуктивности, обеспечивающих фазовый сдвиг +90° и -90° относительно входа антенны, который объединен со средней точкой индуктивного элемента резонансного контура.
Полезная модель иллюстрируется чертежом.
Рамочная антенна содержит рамку 1, выполненную в виде полосковой линии передачи на диэлектрической подложке 2, в которую введены с одной стороны емкостной элемент 3, формирующий равномерное распределение тока в рамке, а с противоположной ее стороны устройство синфазно-противофазного возбуждения антенны 4 для формирования заданного фазового распределения токов в антенне. Устройство синфазно-противофазного возбуждения антенны 4 выполнено в виде согласующего симметрирующего устройства 5, обеспечивающего согласование несимметричного входа устройства с симметричным входом антенны 6, и резонансный контур 7, образованный параллельным соединением индуктивного и емкостного элементов. Резонансный контур 7, в котором средняя точка индуктивного элемента объединена с входом антенны бис симметрирующим устройством 5, обеспечивает развязку синфазного и противофазного токов в антенне.
Направленное излучение в рамочной антенне может быть получено при одновременном возбуждении синфазного (несимметричного) и противофазного (симметричного) типов волн в рамке. Сложение электромагнитных полей, излученных каждой модой, в дальней зоне позволяет сформировать диаграмму направленности (ДН) в виде кардиоиды. При этом необходимым условием формирования ДН в форме кардиоиды является равенство деления мощности и разность фаз 90° между токами симметричной и несимметричной мод. В предлагаемой антенне заданные амплитудно-фазовые соотношения между несимметричными и симметричными токами формируются с помощью устройства синфазно-противофазного возбуждения, выполненного в виде согласующего симметрирующего устройства и резонансного контура. Резонансный контур, образованный параллельным соединением индуктивного и емкостного элементов, обеспечивает развязку между токами двух типов волн. В общем случае для каждой моды значения входного импеданса рамки различны. Равное деление мощности и фазовый сдвиг между токами в рамке 90° осуществляется посредством согласующего симметрирующего устройства. Симметрирующее устройство также выполнено на элементах с сосредоточенными параметрами в виде фазосдвигающей цепи, обеспечивающей фазовый сдвиг +90° и -90° относительно входа антенны. При этом симметрирующее устройство позволяет трансформировать импеданс противофазной моды в произвольную величину, обеспечивая таким образом равное деление мощности.
Рамочная антенна, имеющая размеры много меньше длины волны, имеет малое сопротивление излучения (доли Ома) в диапазоне СВЧ, что значительно снижает ее КПД, а также делает невозможным согласование с входной линией. Сопротивление излучения рамочной антенны и, как следствие, ее КПД может быть увеличено в рамке, имеющей размеры соизмеримые с длиной волны. При размерах рамки соизмеримой с длиной волны антенна обладает сильно отличающимся распределением плотности тока. Равномерное распределение тока в проводниках планарной рамки, необходимое для формирования диаграммы направленности в форме кардиоиды при одновременном возбуждении двух мод, задано включением сосредоточенной емкости.
Таким образом, увеличение КПД предлагаемой рамочной антенны в диапазоне СВЧ по сравнению с прототипом происходит вследствие увеличения сопротивления излучения антенны. Предлагаемая антенна имеет размеры, соизмеримые с длиной волны. При этом заданное распределение тока обеспечивается включением сосредоточенной емкости. Уменьшение массогабаритных показателей антенны достигается использованием устройства синфазно-противофазного возбуждения, выполненного на сосредоточенных элементах, и планарным исполнением рамки на диэлектрической подложке.