ШИРОКОПОЛОСНАЯ ПОЛОСКОВАЯ АНТЕННА С ДВОЙНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве самостоятельной двухвходовой антенны, облучателя зеркальной антенны или элемента двухвходовой антенной решетки имеющих две ортогональные поляризации. В частности, в качестве приемо-передающей антенны в систем беспроводной передачи данных стандарта IEEE 802.11n, сотовой связи GSM-900, GSM-1800. 3G, 4G и др., работающих в дециметровом, сантиметровом, миллиметровом диапазонах волн.
Общей проблемой подобных устройств является: снижение габаритно-массовых характеристик (ГМХ) и увеличение широкополосности, т.е. создание малогабаритной антенны с высокими техническими характеристиками.
Известна панельная антенна (RU (11) 2359376 (13) С1 Опубликовано: 20.06.2009), которая включает в себя ряд излучателей, отражатель, схему питания с двумя высокочастотными разъемами и с сумматорами-делителями и радиопрозрачное укрытие. Каждая пара излучателей выполнена в виде платы с двумя ортогонально расположенными печатными излучателями в форме «мальтийского креста». Половинки «мальтийского креста» соединены друг с другом, имеют нулевое сопротивление по постоянному току. Каждая плата прикреплена к отражателю двумя столбиками и двумя внешними оплетками коаксиального кабеля. Два излучателя соединены крестообразно перемычками с питающими кабелями. Пары крестообразно соединенных излучателей установлены вдоль продольной оси антенны с образованием антенной решетки. Недостатком является низкая технологичность схемы питания в следствии использование коаксиальных линии передачи при питании одиночных элементов Известна планарная антенна с двойной поляризацией выполненная в виде квадратной металлической пластины, размещенной над проводящей поверхностью, отличающаяся тем, что длина диагонали квадратной пластины-излучателя выбирается равной длине волны излучения, а противофазные возбуждающие элементы ортогональных линейных поляризаций подключены к пластине попарно противофазно по ортогональным диагоналям квадрата (RU 2295809 (13) С2 Опубликовано: 20.03.2007). Недостатком данной антенны является необходимость применения довольно сложной схемы питания, которая может быть размещена в отдалении от излучающего элемента над экраном или под экраном, что усложняет конструкцию.
Наиболее близким аналогом антенны является микрополосковая антенна с двойной поляризацией (US 4464663, Filing date: Nov 19, 1981, Issue date: Aug 7, 1984), которая содержит два полосковых проводника, экран, схему питания излучающих проводников на основе несимметричной МПЛ, два входа/выхода. Улучшения развязки между входами антенны достигается за счет противофазного сложения токов текущих от одного входа к другому по разным ветвям схемы питания и по разным излучающим элементам. Недостатком является то, что схема питания достаточно большая и подразумевает использование двух излучателей, что увеличивает габариты антенны.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является:
- уменьшение ГМХ;
- увеличение широкополосности;
- упрощение технологичности изготовления;
- уменьшение паразитного излучения.
Для решения поставленной задачи предлагается широкополосная полосковая антенна с двойной поляризацией, содержащая три пластины прямоугольной или квадратной формы, образующие излучающую систему, два входа приемопередатчиков, пластины разделены между собой диэлектрическими или металлическими стойками, отличающаяся тем, что антенна имеет первый и второй входы, выполненные в виде проводников, причем первый приемо-передатчик через согласующую полосковую линию соединен с входом второй полосковой линии, которая является возбуждающей колебания одной поляризации антенны; второй приемо-передатчик через согласующую полосковую линию соединен напрямую с средней пластиной для возбуждения колебаний в другой поляризации антенны; возбуждающая полосковая линия другим концом подключена к средней пластине и расположена между средней и нижней пластинами.
На фиг.1 показана конструкция антенны, на фиг.2 - характеристики коэффициента стоячей волны (КСВ) на входах антенны, на фиг.3 - пути протекания токов от первого и второго входов, на фиг.4 - зависимость модуля коэффициента передачи от частоты, на фиг.5 - диаграммы направленности антенны для основной и паразитной поляризации, возбуждаемой через первый вход в плоскости YOZ на частоте 2450 МГц, на фиг.6 - расчетная диаграмма направленности антенны для основной 14 и паразитной 15 поляризацией возбуждаемой через первый вход плоскости YOZ на частоте 2450 МГц.
На фигурах показаны: 1 - нижняя пластина (экран), 2 и 3 - средний и верхний проводники прямоугольной формы соответственно, 4 - первая полосковая или коаксиальная линия, 5 - перемычка, 6 - диэлектрические или металлические стойки, 7 - металлический проводник, 8 - вторая полосковая или коаксиальная линия, 9 - второй вход антенны, 10 - первый вход антенны, 11 - модуль коэффициента передачи, 12 и 13 диаграммы направленности антенны для основной поляризации и паразитной соответственно, 14 и 15 - расчетные диаграммы направленности антенны для основной и паразитной поляризации.
Конструкция антенны, содержащей верхнюю (3) среднюю (2) и нижнюю пластины прямоугольной или квадратной формы, разделенные диэлектриком или закрепленные на плоскости нижней пластины (1) посредством металлических или диэлектрических стоек (6). Расстояние между пластинами (2) и (1) может достигать 10% от длины волны в свободном пространстве. Размеры нижней пластины (1) могут в несколько раз превысить длину волны на рабочей частоте, но должны быть не менее габаритов пластины (2). Проводник (7) установлен примерно в середине между средней пластиной (2) и нижней (1), к одному его концу подключается 1-й приемопередатчик (к первому входу) через полосковую (8) либо коаксиальную линию передачи (либо через коаксиальный разъем), а второй конец гальванически связан через перемычку (5) с средней пластиной (2). Металлический проводник (7) находится в плоскости параллельной плоскости средней пластины (2), вблизи и параллельно ее оси симметрии. Длина проводника (7) примерно равна половине длины волны (с учетом диэлектрической проницаемости среды между средней пластиной (2) и нижней (1)) и примерно равна стороне нижнего квадратного проводника, параллельной, которой она проходит.Ширина проводника (7) подобрана из условия примерного равенства волнового сопротивления микрополосковой линии (МПЛ), об разованной проводником (7) и нижней пластиной (1), входному сопротивлению полосковой антенны в месте установки перемычки (5). 2-й приемопередатчик (второй вход) через полосковую (4) либо коаксиальную линию подключен в центр соседней стороны средней пластины (2). Антенна может быть снабжена радиопрозрачным укрытием. Расширение рабочей полосы антенны по входному импедансу на обоих входах достигнуто за счет применения дополнительной пластины (3) [1]. Согласование первого и второго входов с линиями питания идущих от приемопередатчиков достигнуто путем подбора волнового сопротивления и длины МПЛ (4) и МПЛ (8). На фигуре 2 изображены частотные зависимости КСВ на первом входе (10) и втором входе (9) антенны. Широкая полоса развязки между входами двухполяризационной МПА достигнута за счет противофазного сложения волн примерно равной амплитуды протекающих oт второго входа к точке соединения проводника (7) и МПЛ (8).
1
2
Работа антенны происходит следующим образом. При возбуждении второго входа ток I имеющий 0Х-составляющую (Фиг.3) протекает в точку соединения проводника (7) и МПЛ (8) через короткозамкнутый перемычкой (5) отрезок несимметричной линии передачи образованной проводником (7) и пластины (2), а ток I протекает от МПЛ (4) через перемычку (5) и микрополосковую линию, образованную проводником (7) и экраном (1) к этой же точке. Вследствие симметрии пластины (2) относительно оси 0Y амплитуды токов примерно равны. Очевидно, что токи приходят в точку соединения проводника (7) и МПЛ (8) с разностью фаз - 180 градусов при длине проводника (7) равной половины длины волны на центральной частоте антенны. При отстройке частоты от центральной в пределах 7-10% разница фаз токов сохраняется и наблюдается не значительное увеличение модуля коэффициента передачи (11) между первым и вторым входами (Фиг.4). Расчетные диаграммы направленности антенны для основной (12) и паразитной (13) поляризации возбуждаемой через первый вход i плоскости YOZ на частоте 2450МГц показаны на фигуре 5. Расчетные диаграм мы направленности антенны для основной(Н) и паразитной(15) поляризаци] возбуждаемой через первый вход в плоскости XOZ на частоте 2450МГц показа ны на фигуре 6. Аналогичные диаграммы направленности имеет антенна npi возбуждении второго входа.
При возбуждении первого входа антенна излучает поле линейной поляри зации ортогональной по отношению к поляризации поля, возбуждаемой по вто рому входу. Принцип работы по этому (первому) входу идентичен втором:
входу, различие только в поляризации полей, а наличие проводника 7 и ег подключение способствует увеличению' развязки между входами антенны широкой полосе частот.