СПОСОБ ДОСТИЖЕНИЯ СВЕРХШИРОКОПОЛОСНОСТИ АНТЕНН ЛИНЕЙНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ
METHOD OF ACHIEVING ULTRABANDWIDTH OF LINEARLY POLARISED ANTENNAE

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в симметричных и несимметричных антеннах линейной поляризации.
вx
Известно, что для антенн линейной поляризации с изменением отношения , где h - заданный линейный размер антенного элемента, a λi - длина волны, излучаемой на fi частоте рабочего диапазона антенны, изменяются и Z - комплексное значение входного сопротивления на клеммах питания антенны, и ее характеристика направленности. При этом, сообразуясь с условиями целевого назначения антенны, заранее устанавливают те допустимые пределы изменения ее параметров, которые еще позволяют антенне выполнять ее задачи по предназначению. Эти пределы по полосе рабочих частот характеризуют коэффициентом , где fmax и fmin есть граничные частоты ее рабочего диапазона, в рамках которых все электрические параметры антенны годятся для выполнения ее функциональных задач.
Известно, что лучшие из таких антенн - диск-конусные антенны - имеют коэффициент Δ≈2÷2,5. (Смотри, например, «Техника сверхвысоких частот», Москва, «Советское радио», 1952 г., стр.97-100.) Для диск-конусных антенн увеличение значения коэффициента Δ ограничивает изменение формы ее диаграммы направленности (ДН) в Е-плоскости поляризации, при изменении которой максимум излучения антенны отклоняется от нормали к ее оси с уменьшением усиления в главном направлении на 3 дБ и более.
Вряд ли необходимо пояснять, что потеря в усилении сигнала на трассе есть явление нерациональное. Однако практика, в погоне за более широкой полосой рабочих частот антенны, мирится с таким положение дел.
Следует особо подчеркнуть, что требования настоящего времени к значению Δ столь возросли, что значения Δ≈2÷2,5 представляются «смехотворными». Задачи практики сегодняшнего дня нуждаются в значениях Δ>10.
Решаемая изобретением задача - достижение коэффициента Δ>10.
Заявленное достигается отсечкой тока проводимости на проводниках антенного элемента с получение значения , где hi - размер (высота) проводника от точки питания антенны до точки отсечения тока проводимости, с сохранением всех ее характеристик от fmin до fmax в пределах значения Δ>10.
1
2
2
1
1
3
2
2
1
n
n-1
Решение поставленной задачи с достижением указанного технического результата за счет отсечки тока проводимости на проводниках антенного элемента заключается в том, что берут плоский упругий токопроводящий лист и вырезают из него равнобедренный треугольник с углом при вершине Θ°≈127°, высотой ; на этом треугольнике вычерчивают внутренний (второй) равнобедренный треугольник, имеющий общую вершину с первым и углом при ней Θ°≈117°. На расстоянии h=0,85*h, отсчитываемым от вершины, прорезают слева направо металл треугольника первой щелью шириной S, до упора в начертанную справа линию второго треугольника; затем на высоте h=0,85*h прорезают справа на лево очередную щель, шириной S=0,85S, до упора в начертанную слева линию второго треугольника и так продолжают делать, двигаясь к общей вершине обоих треугольников. При этом достижение λmin min будет обусловлено высотой h=h*0,85, реализация которой целиком зависит от технологических возможностей оператора.
1
С принципиальной точки зрения значение λmin min→0 можно устремить к нулю, а λmax задать значением h, руководствуясь поставленной целью и получить значение Δ→∞ сколько угодно большим.
Чтобы не было курьеза у желающих обойти эту заявку по новизне решения задачи, отметим для экспертизы, что смена направления в изготовлении щелей справа налево в отличие от заявляемого - слева направо - ничего в итоге не изменит, коэффициент Δ останется тем же.
Отсечка тока проводимости происходит на высоте hi, при которой длина прорезанной щели становится близкой или равной значению 0,75λi. Подчеркнем, что все щели здесь являются короткозамкнутыми и делают параллельными основанию треугольников.
Готовый токопроводящий антенный элемент со щелями сворачивают в воронку. При этом общую вершину обоих треугольников делают вершиной воронки, а две равные стороны антенного элемента сводят друг к другу с клиновидным зазором между ними, исключая их взаимное касание, ширину зазора в его основании делают равным или большим 1/10 длины сводимых сторон. Для укрепления воронки заполняют диэлектриком промежуток клиновидного зазора между равными сторонами антенного элемента. Этим приемом воронка становится упруго прочной.
Для построения несимметричной антенны воронку ее вершиной подключают к центральному проводнику коаксиального фидера, наружный проводник (оплетку) которого обычным способом подключают к плоскому экрану - противовесу, и ориентируют относительно плоскости экрана так, чтобы ось клиновидного зазора на воронке была ортогонально плоскости экрана - противовеса.
Для построения симметричной антенны берут две одинаковые воронки и подключают их к симметричной линии питания обычным способом, ориентируя оси их клиновидных зазоров вдоль одной прямой.
Наиболее успешно заявленный способ достижения сверхширокополосности антенн линейной поляризации промышленно применим в антенной технике сверхвысоких частот. Однако он может оказаться единственно возможным и на более низких частотах. Практика будущего разберется с этим прогнозом.
1
2
Фиг.1 схематично показывает плоский треугольный антенный элемент со щелями и углом при вершине Θ°≈127°, а также контуры равнобедренного треугольника с углом при вершине Θ°≈117°.
Фиг.2 схематично показывает свернутый в воронку антенный элемент по фиг.1 со стороны клиновидного зазора между его равными сторонами для несимметричного варианта антенны.
Фиг.3 схематично показывает то же, что и фиг.2, с поворотом изображения воронки на 90°.
Фиг.4 схематично показывает то же, что и фиг.3, для симметричной антенны.
Позициями на фиг.1-4 показаны:
1
1 - плоский антенный элемент в форме равнобедренного треугольника с углом при вершине Θ°≈127°.
2
2 - контуры второго равнобедренного треугольника с углом при вершине Θ°≈117°.
3 - щели, прорезанные слева и справа на поверхности антенного элемента.
4 - равные стороны антенного элемента.
5 - ось клиновидного зазора между сторонами антенного элемента позиции 4, свернутого в воронку.
6 - контуры воронки с видом на клиновидный зазор.
7 - вершина воронки.
8 - плоский экран-противовес для несимметричного варианта антенны.
9 - внешний проводник коаксиального фидера (оплетка) для питания несимметричной антенны.
10 - внутренний проводник коаксиала.
11 - контуры воронки (разворот фиг.2 на 90°).
12 - проводники симметричной линии питания симметричной антенны.