ВСЕНАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована, в частности, для радиовещания на ОВЧ в качестве антенны горизонтальной поляризации с передатчиками средней мощности в системах ЧМ вещания в сельской местности.
Для этой цели обычно применяют простые антенны с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости с горизонтальной поляризацией излучаемых радиоволн. Известно, что рамки, размеры которой намного меньше длины волны, обеспечивает всенаправленную диаграмму направленности в горизонтальной плоскости (Логинов Н.А., Актуальные вопросы радиоконтроля в Российской Федерации. - М.; Радио и связь, 2000, стр. 102.). Однако малая рамка имеет примерно десятую часть действующей высоты полуволнового вибратора, которая уменьшается обратно пропорционально длине рабочей волны, что исключает возможность ее применения для передачи в радиовещании. При увеличении размеров рамки она перестает быть всенаправленной из-за несинфазности и неодинаковости по амплитуде токов по периметру рамки.
Известна всенаправленная антенна, содержащая круглую горизонтальную металлическую рамку, размеры которой сравнимы с длиной рабочей волны, выполненную с разрывами, в которые включены фазовращающие реактивные элементы (Патент США 5751252,, опубл. 12.05.98). Диаметр этой рамки - одна седьмая длины волны при окружности рамки около половины длины волны на средней частоте рабочего диапазона. В качестве фазосдвигающих реактивных элементов, включенных в разрывы, используют емкости. Недостатком такой антенны при использовании в качестве передающей антенны для ОВЧ ЧМ радиовещания является то, что фазосдвигающие реактивные
2 элементы в данном диапазоне радиоволн при значительных мощностях конструктивно сложны, а так как фазосдвигающие реактивные элементы изолируют отдельные части рамки по постоянному току, то это ведет к накоплению на них статических зарядов и усложняет проверку целостности рамки и ее работоспособности при эксплуатации в грозовое время года.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является всенаправленная антенна (Пат. РФ 2180151, опубл. 27.02.2002), содержащая круглую горизонтальную металлическую рамку, диаметр которой составляет 0.34-0.62 от длины волны на средней частоте рабочего диапазона, выполненную с разрывами, в которые включены фазосдвигающие реактивные элементы, выполненные из проводников, изогнутых в форме меандров, разрывы рамки выполнены на расстояниях от точки питания, соответствующих углам 45°, 135°, 225° и 315°, а максимальный линейный размер поперечного сечения проводника меандра в 5-10 раз меньше максимального размера поперечного сечения проводника рамки.
К недостаткам прототипа относятся увеличенные размеры антенны за счет размещения проводников, изогнутых в форме меандров в пространстве, и их влияния на формирование составляющей вертикальной поляризации радиоволн при работе антенны, а также недостаточно круговая направленность антенны в горизонтальной плоскости из-за недостаточной синфазности и равенства величин амплитуд токов во всех четырех участках рамки.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в компактности антенны, обеспечении круговой направленности и сохранении гальванического контакта между частями рамки.
Для достижения указанного технического результата во всенаправленной антенне, содержащей круглую горизонтальную
металлическую рамку, диаметр которой составляет 0.34-0.62 от длины волны на средней частоте рабочего диапазона, выполненную с разрывами, в которые включены расположенные по периметру металлической рамки и на одинаковом угловом расстоянии друг от друга фазосдвигающие реактивные элементы, выполненные из проводников, изогнутых в форме меандров, меандры расположены в той же плоскости, что и плоскость рамки и с внутренней ее части, имеет две точки питания, четыре пары клемм, расположенные по периметру металлической рамки и на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, причем каждая пара клемм расположена между соседними меандрами также на одинаковом угловом расстоянии и соединена проводниками с точками питания антенны.
Отличительными признаками предлагаемой антенны от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является выполнение меандров в той же плоскости, что и плоскость металлической рамки и с ее внутренней стороны.
Благодаря подобному размещению меандров их проводники не принимают участия в излучении и не влияют на формирование диаграммы направленности, но обеспечивают нулевой потенциал в средних точках меандров, а это упрощает эксплуатацию и размещение антенны. Кроме того, синфазность токов во всех излучающих участках металлической рамки обеспечивает круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости при горизонтальной поляризации волн.
Фазосдвигающие элементы могут быть выполнены из коаксиальных фидеров или кабелей, средние точки внешних проводников которых соединены между собой.
Предлагаемая всенаправленная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг.1 показана предлагаемая всенаправленная антенна в аксонометрической проекции, на фиг.2 приведена диаграмма направленности в горизонтальной плоскости предлагаемой антенны при горизонтальной поляризации на частотах 100, 250, 400, 550 и 700 МГц, на фиг.3 - диаграмма направленности в вертикальной плоскости предлагаемой антенны при горизонтальной поляризации на частотах 100, 250, 400, 550 и 700 МГц, при этом черный цвет соответствует частоте 100 МГц, красный - 250 МГц, синий - 400 МГц, зеленый - 550 МГЦ, розовый - 700 МГц.
Всенаправленная антенна (фиг.1) содержит круглую горизонтальную металлическую рамку 1, размеры которой соизмеримы с длиной волны. Рамка 1 имеет разрывы, в которые включены фазосдвигающие реактивные элементы 2, 3, 4, 5. Эти фазосдвигающие реактивные элементы 2, 3, 4, 5 выполнены из проводников, изогнутых в форме меандров. Каждый из фазосдвигающих реактивных элементов (меандров) 2, 3, 4, 5 имеет длину, равную 0.5-0.75 длины волны на средней частоте рабочего диапазона. Разрывы рамки 1 выполнены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, которое составляет 90°. По периметру рамки 1 расположены также на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, которое составляет 90°, четыре пары клемм 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, 12 и 13. Причем каждая пара клемм расположена между соседними меандрами на одинаковом угловом расстоянии. Пары клемм 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, 12 и 13 подключены с помощью проводников соответственно 14-15, 16-17, 18-19, 20-21 к точкам 22, 23 питания антенны. Все проводники 14-21 имеют одинаковую длину.
Всенаправленная антенна работает следующим образом. Высокочастотная энергия поступает от источника 24 питания к точкам 22, 23 питания антенны по проводникам 14-21, обеспечивающим синфазность при чередовании фаз на 180° фазовых сдвигов в смежных точках питания рамки, и вызывает высокочастотные токи в проводниках
рамки и меандров, и в них устанавливается режим, близкий к режиму стоячей волны. За счет синфазного питания всех четырех участков рамки между меандрами 2-5, 2-3, 3-4, 4-5 с длинами в половину волны или менее, и меандрами 2, 3, 4, 5 - в половину длины волны или более, обеспечивающими электрическую симметрию, во всех четырех участках рамки точки оказываются синфазными и с равными по величине амплитудами. Ввиду того, что меандры расположены радиально и во внутренней плоскости рамки, а токи в их близко расположенных проводниках противоположного направления, то участия в излучении они не принимают и на формирование диаграммы направленности влияния не оказывают, но обеспечивают нулевой потенциал в их средних точках, что упрощает эксплуатацию и размещение антенны. В свою очередь синфазность токов во всех излучающих участках рамки между разрывами и выполнение рамки круглой обеспечивает круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости при горизонтальной поляризации волн, что подтверждается результатами электронного моделирования в программе MMANAGAL (фиг.2 и фиг.3).