АНТЕННА

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к антеннам, образованных набором геометрических элементов Антенна может быть использована в области телекоммуникаций, в частности в телевидении, в радиовещании для приема телевизионных и радиовещательных сигналов.
Известны антенны, образованные набором геометрических элементов (многоугольников, многогранников), связанных электромагнитно и сгруппированных так, что в структуре антенны можно различать каждый из основных элементов, образующих ее.
Так в патенте Испании ES-A-9800954 предложена мультитреугольная структура с геометрией, выполненной так, что антенны можно использовать в базовых станциях сотовой телефонной связи. Такая антенна состоит из трех треугольников, соединенных только в их вершинах. Это узко специализированная конструкция для конкретных условий применения.
Наиболее близкой является конструкция антенны по патенту RU №2253925, МПК H01Q 19/30, 2005 г., содержащая по меньшей мере одну многоуровневую структуру, образованную набором подобных геометрических элементов с одинаковым числом сторон или граней, электромагнитно связанных друг с другом. Такая антенна может одновременно работать на нескольких частотах и при этом имеет небольшие размеры.
Однако свойства таких антенн ограничены специфичной геометрической формой излучающего элемента и их подобием, поэтому не всегда возможно сконструировать практичные и экономичные варианты антенн, имеющие более широкие рабочие диапазоны частот в требуемых зонах радиочастотного спектра.
Полезной моделью решается задача создания практичной и экономичной антенны небольших размеров, позволяющей иметь (выбирать) рабочие диапазоны частот антенны произвольно, а не кратно (идентично или подобно) для нескольких частотных диапазонов, как в прототипе.
Сущность технического решения заключается в том, что антенна, содержит по меньшей мере, одну двухуровневую структуру, состоящую из многоугольных элементов, имеющих разное число сторон, и соединенных друг с другом электрически (гальваническое соединение) и электромагнитно (через небольшой разрыв, обеспечивающий электромагнитную связь).
Двухуровневая структура антенны содержит многоугольные элементы различной формы.
Не все зоны или участки контакта между многоугольными элементами имеют одинаковую площадь или одинаковую протяженность.
Двухуровневая структура антенны может быть установлена в конфигурации несимметричного вибратора.
Двухуровневая структура может быть установлена перпендикулярно плоскости противовеса или под углом в промежутке больше 0 и меньше 90 градусов (для возможности установки на различных плоскостях, например, в автомобилях).
Двухуровневая структура установлена параллельно плоскости противовеса в конфигурации накладной антенны.
Двухуровневая структура может быть включена, по меньшей мере, в одно плечо антенны дипольной конструкции.
Двухуровневая структура образует часть антенны копланарной конфигурации с плоскостью противовеса.
Антенна может быть использована в качестве части антенной решетки.
При изготовлении антенны ее двухуровневая структура может быть выполнена из медного печатного листа на подложке из стекловолокна.
Антенна может быть выполнена в варианте работы в переносном устройстве связи, в варианте работы на транспортном средстве.
На фиг.1-2 изображен пример двухуровневую структуру, содержащую четырех- и девяти угольники; на фиг.3-7 - примеры сборки антенны в нескольких конфигурациях: несимметричный вибратор (фиг.3), диполь (фиг.4), накладка (фиг.5), копланарная антенна (фиг.6), решетка (фиг.7).
Антенна включает по меньшей мере один конструктивный элемент в виде двухуровневой структуры (фиг.1), образованной из многоугольных элементов с разным числом сторон: девятиугольника 1 и четырехугольника 2, соединенных друг с другом электромагнитно за счет близкого расположения и посредством прямого электрического контакта через проводники 3 между многоугольными элементами. При этом площадь зоны 4 и участка 5 электрического соединения между многоугольными элементами значительно меньше их периметра и площади, что позволяет легко различать элементы двухуровневой структуры геометрически и по отдельности.
На фиг.2 показан другой пример выполнения двухуровневой структуры, не ограничивающий полезную модель.
На фиг.3 приведена компоновка двухуровневой антенны в конфигурации несимметричного вибратора, на фиг.4 - в конфигурации диполя (симметричного вибратора), на фиг.5 - в конфигурации накладки, на фиг.6 - в конфигурации копланарной антенны, на фиг.7 - в конфигурации антенной решетки.
Как и прототип, такую двухуровневую структуру можно использовать практически в любой известной конфигурации антенн, в которых двухуровневая структура образует часть излучающего элемента, такого как плечо, противовес или оба в несимметричном вибраторе, одно плечо или оба в диполе, излучатель или микрополосковый элемент в микрополосковой, накладной или копланарной антенне, в антенне рупорного или уголкового типа.
Для производства двухуровневых антенн можно использовать существующие технологии печати проводящего материала на жестких и гибких диэлектрических подложках. Для изготовления антенны в виде несимметричного вибратора, диполя, накладной антенны может быть использована металлическая опора, структура устанавливается на стандартный высокочастотный разъем, который в случае несимметричного вибратора или накладки соединяют в свою очередь противовесом: металлической плитой или коробкой. В случае с диполем две идентичные двухуровневые структуры образуют два плеча антенны. В случае рупорной или уголковой структуры двухуровневый элемент или его набор могут образовывать стенки рупора или стороны уголковой антенны.
Двухуровневая антенна может быть использована в системах, работающих в телекоммуникационных стандартах систем связи, в теле и радиовещании.
Для защиты излучающего элемента и соединительной схемы от воздействий окружающей среды и придания привлекательного внешнего вида антенны накрывают диэлектрическим обтекателем, прозрачным для электромагнитного излучения.
При работе антенны падающая электромагнитная волна возбуждает многоугольные элементы 1-2, сигнале которых поступает на входные цепи приемника (на рисунках не показаны). Для работы в диапазоне волн теле и радиовещания антенна выполнена в виде диполя с двухуровневой структурой плеч (фиг.4). Настройка антенны на телевизионные диапазоны рабочих частот 2-го метрового (170-230 МГц) и дециметрового (450-960 МГц) осуществляется выбором геометрических размеров многоугольных элементов 1 и 2, величиной зазора 4 электромагнитной связи между ними, расположением и диаметром (шириной) тонких проводников 3, обеспечивающих гальваническое соединение многоугольных элементов 1 и 2 в точках 5.
При габаритных размерах дипольной структуры 415×280 мм антенна обеспечивает качественный прием телевизионных сигналов без применения малошумяших усилителей в зонах уверенного приема. При этом типичные значения коэффициента усиления антенны при работе в пассивном режиме (без применения активных схем усиления сигналов) составляет порядка 1-2 дБ в диапазоне частот 170-230 МГц и 3-6 дБ в диапазоне частот 450-960 МГц при сохранении максимума диаграммы направленности в направлении, перпендикулярном плоскости расположения двухуровневой структуры.
Степень согласования антенны со стандартной линией передачи 75 Ом без применения дополнительных согласующих схем характеризуется типичными значениями КСВН (коэффициент стоячей волны) не более 2-3. В более узких рабочих диапазонах частот достаточно легко можно обеспечить уровень КСВН менее 1.5, что важно при использовании данных антенн в качестве передающих.
Данный конкретный пример реализации заявленного устройства показывает, что по отношению к прототипу оно обеспечивает более широкие полосы рабочих частот при двух диапазонном режиме работы антенны. Полосы рабочих частот в диапазонах работы антенны имеют перекрытие более 1.35-2 (в прототипе не более 1.1). При этом разнос рабочих частот при двух диапазонном режиме работы антенны в заявленном устройстве может быть реализован менее 2 и более 5, при 2 в прототипе в случае сохранения двухуровневой структуры.
Таким образом, особенностями предложенной антенны является двухуровневая геометрия многоугольных элементов разного класса (с разным числом сторон), связанных между собой и электромагнитно и электрически и сгруппированные с образованием большой структуры. При этом диапазонные характеристики, обусловленные геометрией элементов, могут быть произвольными, не связанными с подобием многоугольных элементов, с большим коэффициентом перекрытия по полосе частот, сохраняя компактность антенны и эффективную площадь активного вибратора, то есть коэффициент усиления антенны.