ШИРОКОПОЛОСНАЯ ЗИГЗАГООБРАЗНАЯ АНТЕННА
WIDEBAND ZIGZAG ANTENNA

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах на частотах выше 1 ГГц при использовании различных питающих линий.
Известно устройство «Плоская антенна для приема сигналов спутникового вещания» по авторскому свидетельству СССР №1617501, МПК H01Q 10/00, опубликованному в реферативном журнале «Изобретения стран мира» вып.106, №6, 1991 г. Устройство содержит прямоугольный металлический экран и два идентичных зигзагообразных ленточных проводника, расположенных в плоскости, параллельной плоскости экрана. Указанное устройство содержит также диэлектрическую подложку, на обеих сторонах которой имеются металлические ленточные проводники.
Другое известное устройство «Приемная телевизионная антенна» по патенту Австралии №576031, МПК H01Q 9/28, опубликованное в реферативном журнале «Радиотехника» №9, 1989 год, включает в себя активный излучатель (активный вибратор) в виде ромбических рамок (плечей). Ромбические рамки совмещены в одной плоскости одна внутри другой. Периметр каждой из рамок выбран таким образом, что они имеют разные резонансные частоты.
Недостатком известных антенн является большое входное сопротивление, невозможность получения низких значений КСВ в широком диапазоне частот и обеспечения согласования с различными питающими линиями по причине отсутствия дополнительных согласующих элементов.
Из известных решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство-прототип «Широкополосная зигзагообразная антенна с рефлектором» (Патент RU №2122762, МПК H01Q 19/00). Антенна содержит активный вибратор, состоящий из двух идентичных металлических плеч (ромбических рамок), расположенных симметрично относительно точек питания.
Недостатком устройства, принятого за прототип, является сложность конструкции и отсутствие согласования в широком диапазоне частот с различными питающими линиями.
Основной задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение согласования с различными питающими линиями, имеющими стандартизованные входные сопротивления 37,5 Ом и более.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является упрощение конструкции и расширение области применения за счет обеспечения согласования с различными питающими линиями.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной широкополосной зигзагообразной антенне, содержащей активный вибратор, состоящий из двух идентичных металлических плеч, расположенных симметрично относительно точек питания, согласно предложенному техническому решению, дополнительно содержится согласующий элемент, состоящий из двух проводящих плоскостей эллиптической формы, имеющих постоянный зазор относительно двух идентичных металлических плеч активного вибратора, при этом металлические плечи активного вибратора имеют эллиптическую форму, а ширина зазора между согласующим элементом и металлическими плечами активного вибратора и геометрические параметры согласующего элемента определяются компьютерным моделированием методом конечных разностей во временной области.
Выполнение металлических плеч активного вибратора эллиптической формы при наличии дополнительного согласующего элемента, состоящего из двух проводящих плоскостей эллиптической формы, расположенных с зазором относительно металлических плеч активного вибратора, позволяет осуществить взаимную компенсацию емкостной и индуктивной составляющих волнового сопротивления антенны в широком диапазоне частот.
В преимущественном варианте исполнения изобретения металлические плечи активного вибратора и согласующий элемент выполнены из плоской фольги, нанесенной на поверхность общей диэлектрической подложки, что может быть реализовано в малогабаритных печатных антеннах.
Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной широкополосной зигзагообразной антенне, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
На чертеже показан внешний вид предлагаемой широкополосной зигзагообразной антенны.
Широкополосная зигзагообразная антенна содержит активный вибратор, состоящий из двух идентичных металлических плеч 1 эллиптической формы, расположенных симметрично относительно точек питания, согласующий элемент 2, выполненный в виде двух металлических плоскостей эллиптической формы, размещенных на общей диэлектрической подложке 3. Каждая из плоскостей имеет постоянный зазор относительно соответствующего металлического плеча активного вибратора. Антенна содержит симметрирующее коаксиальное U-колено 4, расположенное в центре симметрии антенны и подключаемое к точкам питания. Геометрические параметры конструкции определяются компьютерным моделированием методом конечных разностей во временной области.
Широкополосная зигзагообразная антенна работает следующим образом.
Под воздействием напряжения, приложенного к точкам питания антенны, на поверхности антенны возникают токи, которые посредством согласующего элемента 2, состоящего из металлических плоскостей эллиптической формы, распределяются на четыре составляющие: токи, текущие по двум металлическим плечам 1 активного вибратора, и токи, текущие по двум эллиптическим плоскостям согласующего элемента 2. Таким образом, на металлических элементах антенны возникает сложная картина токов, формирующих электромагнитное поле.
Согласно предложенному изобретению создан макет широкополосной зигзагообразной антенны в малогабаритном исполнении на диэлектрической подложке, с полосой пропускания по уровню КСВН=2 в диапазоне порядка 50-55% от средней частоты, коэффициентом усиления, составляющим 7дБ, шириной диаграммы направленности в плоскости Е, равной 70 градусам, и в плоскости Н, равной 90 градусам, подключаемый к фидеру с волновым сопротивлением 50 Ом.