КОМБИНИРОВАННАЯ "КВАЗИКАРУСЕЛЬНАЯ" АНТЕННА
COMBINED "QUASI-CAROUSEL" ANTENNA

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах в качестве всенаправленной в горизонтальной плоскости антенны при работе с горизонтальной и вертикальной поляризациями.
Известна поляризационно-изотропная антенна [1], содержащая два плоских излучателя в виде квадратных рамок, которые расположены взаимно перпендикулярно вокруг общей вертикальной оси симметрии. В каждой рамке имеется ряд отрезков проводников, соединенных со сторонами и сходящихся к ее центру. Стороны обеих рамок выбраны не менее 0,25 λmax. Элементы антенны подключены тремя питающими фидерами.
Недостатком известной антенны является низкий коэффициент усиления.
Известна шунтовая антенна [2], содержащая активный излучатель, выполненный в виде ряда параллельных равной длины вертикальных проводов, расположенных друг от друга на расстоянии, много меньшем длины рабочей волны, равной длины горизонтальных проводов, присоединенных одними концами к соответствующим вертикальным проводам, а вторыми концами - к соединительному проводу с включением питания в разрыв одного из вертикальных проводов. Вертикальные провода расположены по ребрам правильной треугольной призмы, а равной длины горизонтальные провода выполнены радиально расходящимися от центра симметрии антенны под углом 2π/3 друг к другу, при этом соединительные горизонтальные провода равной длины и формы образуют в верхней и нижней частях призмы идентичные фигуры, симметричные относительно. центра симметрии антенны: круг, равносторонний треугольник, эпициклоиду, гипоциклоиду. Всенаправленная антенна с преимущественно вертикальной поляризацией имеет и паразитную горизонтальную поляризацию.
Недостатками данной антенны являются недостаточный коэффициент усиления и сложности монтажа при использовании опорных изоляторов и особого подключения фидера питания, а также необходимость настройки путем подбора длин специальных настроечных проводов.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является «карусельная» антенна кругового излучения с квадратно-рамочными элементами [3], содержащая четверку синфазно возбуждаемых размещенных по периметру вибраторов с центральным питанием, причем проводники квадратно-рамочных элементов, вместо образования верхнего и нижнего квадратно-рамочных элементов, образуют смежные правый и левый полувибраторы каждого вибратора, а целостное полотно кратных четырем смежных синфазно возбуждаемых квадратно-рамочных элементов вибраторов выгнуто относительно центральной точки питания по окружности с образованием равноудаленного от центра квадратно-рамочного полотна, в котором углы смежных синфазно возбуждаемых квадратно-рамочных элементов вибраторов являются точками двухпроводных узлов питания, при этом внутрь структуры квадратно рамочных элементов вибраторов дополнительно введен цилиндрический отражательно-рассеивающий проводящий элемент с общей для антенны точкой симметрии и с радиусом, меньшим радиуса окружности квадратно-рамочного полотна на (0,15-0,27)λ, средней рабочей длины волны и высотой, большей λ/2 максимальной рабочей длины волны.
К недостаткам прототипа следует отнести недостаточно высокий коэффициент усиления и работа антенны только с горизонтальной поляризацией.
Задача изобретения - повышение коэффициента усиления и работа с горизонтальной и вертикальной поляризациями.
Дополнительным техническим результатом является возможность использования работы антенны раздельно с горизонтальной поляризацией или с переключением на вертикальную поляризацию.
Для достижения этого технического результата в известной антенне-прототипе, содержащей четверку размещенных по периметру вибраторов с центральным питанием, правый и левый полувибраторы каждого вибратора образованы из проводников полных квадратов с замкнутыми точками верхнего и нижнего углов квадратно-рамочных элементов и с разомкнутыми проводниками в боковых углах. При этом разомкнутые в концах вибраторов проводники соединены двухпроводными линиями радиального направления с отражательно-рассеивающим проводящим элементом с образованием короткозамкнутых шлейфов и возбуждением квадратно-рамочных элементов вибраторов в смежных углах в центре вибраторов в точках разомкнутых проводников с подключением линий питания крест-накрест.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан схематический вид предлагаемой антенны, на фиг.2 - схема отдельного вибратора, а на фиг.3 - результаты электронного моделирования предлагаемой антенны:
а - в свободном пространстве, при работе совместно с вертикальной и горизонтальной поляризациями, раздельно с вертикальной и раздельно с горизонтальной поляризациями;
б - при реальной земле на высоте 10 м, при работе совместно с вертикальной и горизонтальной поляризациями, раздельно с вертикальной и раздельно с горизонтальной поляризациями.
Антенна (фиг.1) содержит четверку вибраторов 1 с квадратно-рамочными элементами 2 из образующих стороны проводников 3 с введенным вовнутрь структуры квадратно-рамочных вибраторов, выгнутых относительно центральной точки, цилиндрическим отражательно-рассеивающим проводящим элементом 4. Каждый вибратор, состоящий из двух квадратно-рамочных элементов с разомкнутыми проводниками в боковых углах 5, 6 и замкнутыми проводниками в верхних 7 и нижних 8 углах, имеет в концах вибраторов 9 соединение двухпроводными линиями 10 радиального направления с отражательно-рассеивающим проводящим элементом с образованием короткозамкнутых шлейфов и в смежных углах, в центре вибраторов, в точках 11, 12, 13 и 14 разомкнутых проводников с перекрестным подключением источников центрального питания.
Комбинированная «квазикарусельная» антенна работает следующим образом.
Под воздействием электродвижущей силы (ЭДС), приложенной в точки 11 и 12, 13 и 14 возникают токи в проводниках 3 квадратно-рамочных элементов 2 вибраторов 1. В случае синфазного подключения линий питания от источника ЭДС в точки 11 и 12, 13 и 14 действие токов, протекающих по проводникам и создающих в пространстве вертикальную и горизонтальную компоненты электромагнитного поля, при их сложении и вычитании обеспечивает работу антенны с вертикальной поляризацией.
В случае противофазного подключения линий питания от источника ЭДС в точки 11 и 12, 14 и 13 действие токов, протекающих по проводникам и создающих в пространстве вертикальную и горизонтальную компоненты электромагнитного поля, при их сложении и вычитании обеспечивает работу антенны с горизонтальной поляризацией.
При сдвиге фаз ЭДС в точках питания на ±90° вибраторы «квазикарусельной» антенны работают с круговой, вертикальной и горизонтальной поляризациями. Введенный вовнутрь цилиндрический отражательно-рассеивающим проводящий элемент, как рефлектор любой вибраторной антенны, ослабляет обратное излучение вибраторов и увеличивает коэффициент усиления в основном направлении предназначения вибраторов, а изгиб вибраторов по кругу при равном радиальном удалении от рефлектора обеспечивает расширение диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и в комплексе скругляет ее.
Подключение линий питания в точки 11 и 12, 13 и 14 каждого вибратора от источника центрального питания может осуществляться в варианте двухпроводной линии двумя симметричными фидерами питания и в варианте двумя коаксиальными фидерами, проложенными симметрично от узла центрального питания по проводникам шлейфов и образующими стороны квадратно-рамочных элементов с коммутацией экранирующих проводников в точки 11 и 13, а центральных жил в точки 12 и 14. Для сдвига фаз ЭДС в точках питания на ±90° в центральный узел питания (не показано) дополнительно введен фазовращатель на 90°, включение которого при соответствующей коммутации линий питания обеспечивает режим работы антенны с круговой поляризацией.
Наиболее успешно заявленная комбинированная «квазикарусельная» антенна может быть промышленно применима в качестве всенаправленной антенны с использованием в частных случаях при работе раздельно с вертикальной или горизонтальной поляризациями при оперативной коммутации с минимумом паразитных поляризаций.
Источники информации
1. RU 2011248 C1, 15.04.1994.
2. RU 2113747 C1, 20.06.1998.
3. RU 2360339 C2, 27.06.2009.