Двухполяризационная антенна
DOUBLE-POLARIZATION ANTENNA

Изобретение относится к радиотехнике, более конкретно, к области антенной техники, и может быть использовано как однонаправленная относительно малогабаритная резонансная или широкополосная антенна, в том числе, как элемент антенной решетки.
Известны двухполяризационные микрополосковые антенны включающие металлическую пластину, экран и диэлектрическое основание (Д.М. Сазонов. Антенны и устройства СВЧ, Москва, Высшая школа, 1988 г. стр. 258-261). Их недостаток - узкополосность и пониженный коэффициент полезного действия.
Известны планарные антенны, содержащие плоский излучающий элемент, расположенный над металлическим экраном параллельно ему на увеличенной по сравнению с микрополосковой антенной высоте (Журнал «Радиолюбитель» г.Минск 2014 г.№8 стр.22). Известная антенна широкополосна и имеет высокий коэффициент полезного действия, но работает только на одной поляризации.
Ближайшим аналогом (прототипом) изобретения является антенна, содержащая квадратный излучатель (с размером стороны около одной трети длины рабочей волны), расположенный над плоским экраном (патент РФ №2530242, п. 1. H01Q 21/24, 9.042013) и питаемый по коаксиальному кабелю.
Технический результат предложения состоит в увеличении рабочего частотного диапазона, а также в возможности управления характеристиками антенны путем изменения соотношения между ее элементами. При этом возможна реализация, как узкополосной резонансной антенны, так и широкополосной диапазонной антенны, т.е. достигается дополнительно расширение арсенала плоскостных антенн.
Технический результат достигается тем, что в двухполяризационной антенне, содержащей плоский металлический экран и размещенный над ним квадратный излучатель со стороной, равной примерно 1/3 длины рабочей волны, в углах квадратного излучателя на малом расстоянии от боковых границ квадратного излучателя выполнены 4 квадратных окна со стороной, меньшей половины стороны квадратного излучателя, так что образуется квадратная рамка, расположенная по периметру квадратного излучателя и две полосы, соединяющие середины противолежащих сторон квадратной рамки и образующие крестообразную фигуру в центре квадратного излучателя. В полосах выполнены узкие поперечные зазоры, расположенные симметрично относительно центра квадратного излучателя, к двум зазорам каждой полосы присоединен отрезок коаксиального кабеля длиной в половину длины рабочей волны в коаксиальном кабеле, а к одному из зазоров каждой полосы присоединен один из двух входных коаксиальных кабелей, выведенных через центр квадратного излучателя к металлическому экрану.
На чертежах представлены:
Фиг. 1 Вид сбоку предложенной антенны;
Фиг. 2 Вид сверху предложенной антенны с большими (максимально возможными) окнами и зависимость коэффициента стоячей волны (КСВ) от частоты для данного варианта антенны;
Фиг. 3 Вид сверху антенны с уменьшенными окнами и зависимость (КСВ) от частоты для данного варианта антенны
Цифрами на фигурах обозначены:
1 - Металлический экран
2 - Квадратный излучатель
3 - Квадратные окна
4 - Полосы
5 - Рамка
6 - Узкие зазоры
7 - Центр излучателя
8 - Отрезки кабеля
9 - Входные кабели
10 - Опорные стойки-изоляторы
11 - Трубчатая стойка, показанная пунктиром на фиг. 1.
Предлагаемая антенна содержит плоский металлический экран 1, на котором установлен квадратный излучатель 2, (посредством опорных стоек-изоляторов 10 или одной стойки в виде металлической трубки 11, расположенной в центре квадратного излучателя 2).
В углах квадратного излучателя 2 выполнены квадратные окна 3 таким образом, что образуются полосы 4 и рамка 5, причем ширина проводника рамки 5 много меньше длины рабочей волны, а ширина полос 4 зависит от размера окон 3 и может быть узкой (т.е. много меньше длины рабочей волны) при большом окне 3 или широкой при малом окне 3. В полосах 4 на равных расстояниях от центра 7 выполнены узкие зазоры 6, к которым подведено противофазное питание от входного кабеля 9 через полуволновые отрезки кабеля 8.
При размере стороны квадратного излучателя 2 около 1/3 длины рабочей волны и данном способе питания по сторонам рамки 5 и параллельной им полосы 4 протекают однонаправленные синфазные токи и с учетом отражения от экрана 1 формируется однонаправленная диаграмма излучения с повышенным коэффициентом усиления.
Свойства и характеристики предложенной антенны зависят от размеров ее элементов и могут регулироваться их выбором в широких пределах.
Размер стороны квадратного излучателя 2 должен быть равен приблизительно 1/3 длины рабочей волны для достижения эффективного излучения. При большом размере квадратных окон 3 и узкой полосе 4 при разнесенных далеко друг от друга узких разрезах 6 входное сопротивление антенны велико, и для согласования с входным кабелем требуется уменьшение высоты  расположения квадратного излучателя 2 над экраном 1 (фиг. 2). Антенна становится резонансной с узкой полосой (порядка 10%).
При уменьшении размеров квадратных окон и сближении узких зазоров 6 друг с другом рабочий диапазон антенны расширяется и перекрытие по частоте достигает значения 1,5 и более (фиг. 3) при высоте расположения квадратного излучателя 2 над экраном 1 h≈1/8 длины рабочей волны λ.
Экспериментальные образцы имели следующие размеры:
а - длина стороны квадратного излучателя 2;
b - длина стороны квадратного окна 3;
h - высота квадратного излучателя 2 над экраном 1;
с - ширина проводника 4 рамки 5;
d - ширина проводника полосы 4;
е - расстояние между узкими зазорами 6;
λ - длина рабочей волны;
λн - максимальная длина рабочей волны;
fн - минимальная частота рабочего диапазона.
Резонансная антенна (фиг.2)
а=0.33λ; b=0,12λ; h=0,08λ; с=0,03λ; d=0,03λ; е=0,27λ
Диапазонная антенна (фиг.З)
а=0,31λн; b=0,06λн; h=0,12λн c=0,018λн, d=0,133λн; е=0,133λн