ПЛАНАРНАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА

Предлагаемая полезная модель относится к области электрорадиотехники, в частности, к планарным антенным системам, имеющих в своем составе щели.
Известна планарная антенная система (см. патент Японии №2005079974, М. кл. H01Q 13/16, H01Q 1/22, H01Q 1/38, H01Q 13/08, H01Q 13/10, опубл. 24.03.2005 г.), содержащая диэлектрическую пластину, на которой произвольно расположена незамкнутая щель в виде рамки, образуемая внутренним и внешним заземленным проводниками. При этом рамочная структура выполнена Н-образной или прямоугольной конфигурации, имеющей разрыв в одном-двух местах. Причем при Н-образной конфигурации питание подводится между внутренним и внешним проводниками вблизи одного из двух имеющихся углублений рамочной структуры. А при прямоугольной конфигурации питание подводится вблизи места разрыва. Пространство, ограниченное внутренним и внешним проводниками, имеет постоянную ширину и представляет собой щель, а место разрыва является проводником. Если длина половины упомянутой структуры составляет ¼ резонансной электрической длины волны, то при подведении питания электрическое поле, наведенное в щели, обеспечивает в питающей линии режим стоячей волны.
Наличие в данной системе незамкнутой щели позволяет согласовать антенную структуру с питающей линией на выбранной рабочей частоте. Однако такой способ согласования практически затруднителен, т.к. входное сопротивление существенно зависит от размеров разрыва, являющегося проводником, который должен быть мал по сравнению с длиной щели и не слишком мал в сравнении с ее шириной.
Кроме того данная конструкция не позволит осуществить перестройку антенной системы по частотному диапазону, т.к. для осуществления такой перестройки необходимо изменить длину замкнутой щели, что в рамках выбранного конструктивного решения невозможно.
Антенная система имеет ненаправленное излучение.
Известна планарная антенная система (см. патент Японии №2005079972, М. кл. H01Q 13/10, H01Q 13/08, опубл. 24.03.2005 г.), содержащая диэлектрическую пластину, на которой произвольно расположена замкнутая проводящая структура, образованная внутренним и внешним заземленным проводниками.
При этом внутренний проводник может быть Н-образной прямоугольной, Н-образной с двумя усеченными противолежащими сторонами или круглой четырехгребневой формы. Причем между внешним и
внутренним проводниками вблизи одного из изгибов подводится питание. Пространство, ограниченное внутренним и внешним проводниками, представляет собой замкнутую щель. Если ее длина равна резонансной электрической длине волны, то данная антенная система работает как щелевая антенна.
Анализ данной антенной системы показывает, что предлагаемый в ней способ возбуждения щели для согласованной работы с последующим трактом требует выбора типа питающей линии или введения дополнительных согласующих элементов.
Описанная антенная структура, используемая в качестве наземной, дает ненаправленное излучение в горизонтальной плоскости при вертикальной поляризации, и имеет единственный главный максимум вдоль проводящей плоскости при длине щели, равной резонансной электрической длине волны. Таким образом данная антенная структура, ориентированная перпендикулярно относительно земли, не будет иметь максимум в направлении излучения.
В данной системе, как и в вышеописанной, предлагаемая конструкция не позволяет осуществить перестройку антенной системы по частотному диапазону.
Данная антенная система выбрана за прототип.
Техническим результатом полезной модели является формирование узкой диаграммы направленности, обеспечение возможности перестройки антенной системы по частотному диапазону и получения необходимых характеристик согласования, а также упрощение согласования с подводящим трактом.
Достижение технического результата обеспечивается в предлагаемой планарной антенной системе, содержащей проводящую поверхность, на которой имеется незамкнутая щель, при этом к антенной системе подведено питание, отличающейся тем, что антенная система содержит, по меньшей мере, один внешний проводящий контур, расположенный вокруг проводящей поверхности и отстоящий от нее на одинаковое расстояние, а в двух противоположных сторонах проводящей поверхности выполнены напротив друг друга прорези, ориентированные вдоль оси, проходящей через точки подведения питания, и таким образом, что минимальное расстояние Р от любой стороны прорези, параллельной этой оси, до точки на внешней границе проводящей поверхности, лежащей на перпендикуляре, опущенном из этой точки на указанную ось, Р≥5W, где W - ширина стороны прорези, перпендикулярной оси, при этом электрическая длина прорези L≤λ/8, где λ - электрическая длина волны рабочего диапазона, незамкнутая щель имеет произвольную форму, постоянную ширину а и длину Lщ≤λ/2, причем расстояние К от любой точки, лежащей на границе щели и проводящей поверхности, до внешней границы проводящей поверхности К≥5а,
а питание подведено к точкам, лежащим с противоположных сторон щели в месте, для которого реактивное входное сопротивление антенной системы имеет емкостной характер.
Кроме того в данной антенной системе для осуществления перестройки по частотному диапазону в щель может быть введен короткозамкнутый отрезок проводника в месте, для которого в антенной системе обеспечивается режим стоячей волны.
Выбор взаимного расположения внешнего проводящего контура и проводящей поверхности в данной антенной системе обеспечивает формирование диаграммы направленности в виде восьмерки в плоскости, перпендикулярной плоскости внешнего проводника, и шириной по уровню половинной мощности не более 16°.
При этом выбор упомянутого расстояния К≥5а, где а - ширина незамкнутой щели, определяет связь внешнего контура с возбужденной проводящей поверхностью, и при увеличении этого расстояния рабочая полоса антенной системы увеличивается, а диаграмма направленности расширяется (при уменьшении этого расстояния будет невозможно возбуждение проводящей поверхности).
Выбор точек, к которым подведено питание, с противоположных сторон щели и в месте, для которого реактивное входное сопротивление антенной системы имеет емкостной характер, введение в место подведения питания индуктивного шлейфа путем выполнения прорезей в двух противоположных сторонах проводящей поверхности (кроме того выполнение шлейфа с возможностью выбора его длины путем выбора глубины прорезей), а также выбор упомянутого минимального расстояния Р≥5w позволяет осуществить согласование с подводящим трактом.
При осуществлении предлагаемого в данной антенной системе способа согласования не требуется дополнительных согласующих устройств, что значительно упрощает согласование антенной системы с подводящим трактом.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показана предлагаемая планарная антенная система с проводящей поверхностью произвольной формы и выполненной на ней незамкнутой щелью произвольной формы, на фиг.2 показана предлагаемая антенная система с проводящей поверхностью прямоугольной формы и незамкнутой щелью на ней прямоугольной формы, а на фиг.3 - антенная система с проводящей поверхностью в форме эллипса и незамкнутой щелью на ней прямоугольной формы.
Согласно фиг.1 предлагаемая планарная антенная система содержит проводящую поверхность 1 произвольной формы, вокруг которой на одинаковом расстоянии от нее расположен внешний проводящий контур 2 (в данном примере показан фрагмент только одного проводящего контура, хотя таких внешних проводящих контуров может быть несколько - количество внешних проводящих контуров определяет ширину диаграммы
направленности и согласование с подводящим трактом. Чем больше контуров, тем уже диаграмма направленности и лучше согласование.) На проводящей поверхности 1 имеется незамкнутая щель 3 в виде двух соединенных между собой участков, перпендикулярных друг другу, постоянной ширины а и общей длиной Lщ≤λ/2, причем ее расположение таково, что расстояние К от любой точки, лежащей на границе щели и проводящей поверхности 1, до внешней границы проводящей поверхности 1 К≥5а. При этом питание подведено к точкам 4, лежащим с противоположных сторон щели 3 в месте, для которого реактивное входное сопротивление антенной системы имеет емкостной характер. В двух противоположных сторонах проводящей поверхности выполнены напротив друг друга прорези 5, ориентированные вдоль оси, проходящей через точки подведения питания 4 таким образом, что минимальное расстояние Р от любой стороны прорези 5, параллельной этой оси, до точки на внешней границе проводящей поверхности 1, лежащей на перпендикуляре, опущенном из этой точки на указанную ось, Р≥5W, где W - ширина стороны прорези 5, перпендикулярной оси.
На фиг.1 показано также, что в щель 3 для осуществления перестройки данной антенной системы по частоте может быть введен короткозамкнутый отрезок 6 проводника в месте, при включении в которое в антенной системе обеспечивается режим стоячей волны.
На фиг.2 приведена предлагаемая планарная антенная система, в которой имеется проводящая поверхность 1 прямоугольной формы, на которой имеется незамкнутая щель 3 прямоугольной формы, а вокруг проводящей поверхности 1 расположен внешний проводящий контур 2, отстоящий от нее на одинаковое расстояние (также прямоугольной формы). Питание подведено к точкам 4, лежащим с противоположных сторон щели 3 и в месте, для которого реактивное входное сопротивление антенной системы имеет емкостной характер, а в двух противоположных сторонах проводящей поверхности 1 напротив друг друга выполнены прорези 5, ориентированные таким же образом, как и в примере, приведенном на фиг.1. На фиг.2 не показан, но может быть введен короткозамкнутый отрезок 6 проводника для осуществления перестройки антенной системы по частотному диапазону.
На фиг.3 показана предлагаемая планарная антенная система, в которой имеется проводящая поверхность 1 в форме эллипса, вокруг которой на одинаковом расстоянии расположен внешний проводящий контур 2, также в форме эллипса, в проводящей поверхности имеется незамкнутая щель 3 прямоугольной формы. Питание подводится к точкам 4, лежащим с противоположных сторон щели 3 и в месте, для которого реактивное входное сопротивление антенной системы имеет емкостной характер, а в двух противоположных сторонах проводящей поверхности 1 выполнены прорези 5, ориентированные таким же образом, как и в примере, приведенном на фиг.1. На фиг.3 не показан, но может быть введен короткозамкнутый отрезок
6 проводника для осуществления перестройки антенной системы по частотному диапазону.
Согласно любой из фиг.1, 2 или 3 работа предлагаемой планарной антенной системы осуществляется следующим образом.
Незамкнутая щель 3, расположенная в проводящей поверхности 1, представляет собой щелевую линию, запитываемую от источника, подключенного к точкам 4 с двух противолежащих сторон щели 3. Место подведения питания выбирается исходя из удобства согласования с последующим трактом так, чтобы компенсировалась емкостная реактивная составляющая входного сопротивления, что достигается включением в месте питания индуктивных шлейфов, роль которых играют прорези 5 в проводящей поверхности. Таким образом достигается режим стоячей волны в питающем тракте. Форма щели 3 выбирается такой, чтобы обеспечить требуемое распределение поверхностных токов по проводящей поверхности 1. Токи, протекающие по проводящей поверхности 1 наводят потенциал на системе внешних контуров, относительное расположение и ширина которых определяют ширину диаграммы направленности и рабочей полосы частот антенной системы. Совместно со щелевой линией 3 внешние проводящие контура являются резонансной системой и определяют центральную рабочую длину волны. Форма проводящей поверхности 1 обуславливает тип поляризации волны: например, линейная в случае прямоугольной поверхности, круговая - в случае поверхности в форме эллипса.
Выполнение предлагаемой планарной антенной системы не представляет конструктивных сложностей и ее реализация возможна из приведенного описания.