Антенна круговой поляризации квазишунтовой "клевер" с резонаторным питанием

Полезная модель относится к радиотехнике и может использована для установки на подвижных и стационарных объектах в качестве ненаправленных антенн круговой поляризации повышенной частотной избирательности для работы в условиях сложной электромагнитной обстановки и увеличенных механических нагрузок для средств телеуправления и телекоммуникаций, в том числе и для FPV систем.
Известна антенная решетка эллиптической поляризации, включающая четыре одинаковых симметричных вибратора, установленных на опоре-мачте и наклоненных на одинаковый угол по отношению к плоскости, перпендикулярной опоре-мачте (Пат. РФ №2628300, опубл. 23.03.2017). Каждый симметричный вибратор переходит в соседний симметричный вибратор при повороте его на 90° вокруг оси опоры-мачты и каждый симметричный вибратор содержит излучатель, симметрирующее устройство и коаксиальный кабель. Излучатель выполнен из двух одинаковых соосных проводников, между которыми имеется зазор. Симметрирующее устройство выполнено в виде короткозамкнутой двухпроводной линии и включает в себя два одинаковых параллельных проводника, которые присоединены с одной стороны к проводникам излучателя в зазоре, а с другой стороны объединены закорачивающим третьим проводником, который присоединен к опоре-мачте. Коаксиальный кабель присоединен своим внешним проводником к одному из проводников излучателя в зазоре, а своим внутренним проводником присоединен ко второму проводнику излучателя в зазоре, причем в каждый симметричный вибратор введен дополнительный проводник Г-образной формы, который расположен между параллельными проводниками двухпроводной линии. Длинное плечо дополнительного проводника Г-образной формы ориентировано вдоль двухпроводной линии. Между одним концом длинного плеча дополнительного проводника Г-образной формы и закорачивающим проводником двухпроводной линии имеется зазор, а второй конец длинного плеча дополнительного проводника Г-образной формы соединен с одним из параллельных проводников двухпроводной линии с помощью короткого плеча дополнительного проводника Г-образной формы.
Известная антенна эллиптической поляризации имеет сложное конструктивное устройство сопряжения составных элементов и надежности в процессе эксплуатации при усложненной электрической коммутации.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой в качестве полезной модели антенны является антенна круговой поляризации квазишунтовой «клевер» (Пат. РФ №166256, опубл. 15.04.2016). Антенна-прототип содержит четыре изогнутых вибратора, имеющих линейные начальные четвертьволновые участки, расположенные перпендикулярно попарно во взаимно ортогональных плоскостях, исходящих из одной общей точки, являющейся первой клеммой питания. Она расположена на линии пересечения плоскостей. Отходящие продолжением от линейных участков, соизмеримые по длине с полуволной, дуговые участки вибраторов расположенные в наклонных плоскостях. Линейные наклонные конечные четвертьволновые участки вибраторов сходящиеся к общей точке, являющейся второй клеммой питания. Точки перехода дуг к конечным линейным участкам попарно соединенные крест на крест соединительными проводниками, расположенными в плоскостях начальных четвертьволновых линейных участков, коммутируются между собой в точке их пересечения, расположенной на оси пересечения плоскостей и соединены закорачивающим проводником со второй клеммой питания.
Недостатком прототипа является относительно широкая полоса пропускания частот и усложненное устройство обеспечения жесткости скелетных конструкций.
Техническим результатом полезной модели является увеличение частотной избирательности и помехозащищенности антенны круговой поляризации с упрощенным устройством обеспечения жесткости конструкции для увеличения механической надежности.
Технический результат полезной модели достигается введением в электрическую схему резонансной четвертьволновой двухпроводной линии, сужающей частотную полосу пропускания и использование одного из проводников этой линии в качестве упрочняющей несущей оси, повышающей надежность конструкции с упрощением устройства обеспечения жесткости.
Техническое решение обеспечивается тем, что антенна круговой поляризации квазишунтовой «клевер», с резонаторным питанием, содержит четыре изогнутых вибратора 1, имеющих линейные начальные четвертьволновые участки 2, расположенные перпендикулярно попарно во взаимно ортогональных плоскостях 3 и 4, исходящие из одной общей точки 5. Точка 5 является первой клеммой питания «а» и расположена на линии 6 пересечения плоскостей 3 и 4. Отходящие продолжением от линейных участков 2 вибраторов 1, соизмеримые по длине с полуволной, дуговые участки 7 расположены в наклонных плоскостях. Линейные наклонные конечные четвертьволновые участки 8 вибраторов 1 сходятся к общей точке 9, являющейся второй клеммой питания «б». Точки 10, перехода дуг 7 к конечным линейным участкам 8 вибраторов 1, попарно соединены крест на крест соединительными проводниками 11, расположенными в плоскостях 3 и 4 начальных четвертьволновых линейных участков 2. Проводники 11 коммутируются между собой в точке 12 их пересечения, расположенной на оси 6 пересечения плоскостей 3 и 4. Точка 12 пересечения попарно соединенных крест на крест соединительных проводников 11 по линии пересечения плоскостей по оси 6 соединена упрочняющим конструкцию осевым проводником 13 с общей точкой 5 исходящих начальных четвертьволновых участков 2, являющейся первой клеммой питания «а». Соединяющий точку 12 пересечения соединительных проводников 11 закорачивающий проводник 14 подключен к клемме питания «б». Проводник 14 проложен параллельно осевому проводнику 13 и образует симметрирующе-согласующее устройство, выполненное в виде короткозамкнутой двухпроводной линии 15, соизмеримой с четвертью длины волны, с подключением питающего фидера к клеммам «а» и «б».
Антенна может иметь упрочняющий осевой проводник 13 выполненный трубчатым для прокладки питающего коаксиального фидера с выходом и подключением экранирующего проводника в точке 2 первой клеммы питания «а» и подключением центрального проводника к закорачивающему проводнику 14, второй клеммы питания «б».
Антенна может иметь осевой проводник 13, выполненный трубчатым, для прокладки питающего коаксиального фидера с выходом и подключением экранирующего проводника в точке 2 первой клеммы питания «а», с наружной прокладкой изолированного центрального проводника в виде закорачивающего проводника 14 вдоль осевого упрочняющего проводника 13 с подключением к точке 12 пересечения попарно соединенных крест на крест соединительных проводников 11.
Новизна в части устройства полезной модели усматривается в том, что в конструкцию антенны круговой поляризации квазишунтовой «клевер» дополнительно введен упрочняющий конструкцию осевой проводник, соединяющий точку пересечения попарно соединенных крест на крест соединительных проводников на оси пересечения плоскостей с общей точкой исходящих начальных четвертьволновых участков, являющейся первой клеммой питания.
Новизна в части устройства полезной модели усматривается в том, что введенный упрочняющий осевой проводник является конструкционной основой, обеспечивающей материальную жесткость скелетного ажурного устройства.
Новизна в части устройства полезной модели усматривается в том, что введенный упрочняющий осевой проводник электрически замыкая вибраторы, повышает помехозащиту.
Новизна в части устройства полезной модели усматривается в том, что закорачивающий проводник, проложенный параллельно осевому проводнику образует симметрирующе-согласующее устройство, выполненное в виде короткозамкнутой двухпроводной линии 15, резонансной системы.
Новизна в части устройства полезной модели усматривается в том, что подключение питания клеверной антенны обеспечивается через клеммы «а» и «б» резонансной системы, подключенной к питающему фидеру и сужающую полосу рабочих частот антенны
Новизна в части устройства полезной модели усматривается в том, что антенна может иметь осевой упрочняющий проводник 13, выполненный трубчатым, для прокладки питающего коаксиального фидера с выходом и непосредственным подключением экранирующего проводника в точке первой клеммы питания «а», а центрального проводника ко второй клемме питания «б» в начале закорачивающего проводника 14.
Новизна в части устройства полезной модели усматривается в том, что антенна может иметь осевой проводник, выполненный трубчатым, для прокладки питающего коаксиального фидера с выходом и непосредственным подключением экранирующего проводника в точке первой клеммы питания «а», и с использованием изолированного центрального проводника прокладкой вдоль осевого проводника для образования двухпроводной линии 15, закороченной с подключением к точке 12 пересечения соединительных проводников 11, без устройства второй клеммы питания.
Благодаря перечисленной совокупности существенных признаков обеспечивается повышение частотной избирательности и помехозащищенности, а также увеличение механической и электрической надежности с увеличением жесткости конструкции и упрощение технологии изготовления антенны.
Промышленная применимость заявленного технического решения усматривается в предельной технологичности и простоте изготовления, в облегченных, тиражировании и эксплуатации, возможностях использования на промышленной основе при конкурентоспособном уровне.
Предлагаемая антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.
На фиг. 1 приведен эскиз антенны круговой поляризации квазишунтовой «клевер» с резонаторным питанием, на фиг. 2 - диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости с основными параметрами, на фиг. 3 представлено изменение коэффициента согласования в рабочем диапазоне частот антенны круговой поляризации квазишунтовой «клевер» с резонаторным питанием.
Заявляемая антенна круговой поляризации квазишунтовой «клевер» с резонаторным питанием работает следующим образом.
Изогнутые вибраторы 1, состоящие из линейных начальных четвертьволновых участков 2, отходящих продолжением от линейных участков дуговых участков 7, соизмеримых по длине с полуволной, и линейных наклонных конечных четвертьволновых участков 8, с суммарным периметром проводников соизмеримых с длиной рабочей волны параллельно подключены к клеммам питания «а» и «б». При таком исполнении, размещенные равномерно вокруг оси 6 наклонные вибраторы 1, с синфазным включением, обеспечивают изотропное излучение радиоволн эллиптической поляризации в горизонтальной плоскости, как это широко известно, из описаний работы клеверных и клеверных квазишунтовых антенн. Точка 12 пересечения попарно соединенных крест на крест соединительных проводников 11 на оси 6 пересечения плоскостей 3 и 4 дополнительно соединена упрочняющим осевым проводником 13 с общей точкой 5 исходящих начальных четвертьволновых участков 2. С одной стороны упрочняющий осевой проводник 13, расположенный по оси 6, является осью симметрии антенны, исходящей из точки нулевого потенциала, а с другой стороны через точку 12 пересечения соединительных проводников 11 электрически параллельно подключен одновременно ко всем линейным наклонным конечным четвертьволновым участкам 8 через эквипотенциальные точки 10. Такое включение, с увеличенной суммарной длиной параллельно подключенных половин длин проводников 11 и общего осевого проводника 13, не нарушает работы антенного устройства. Введение в электрическую схему резонансной четвертьволновой двухпроводной линии сужает частотную полосу пропускания антенны. Для реализации сужения полосы рабочих частот в антенну дополнительно введен закорачивающий проводник 14, который с осевым проводником 13 образует двухпроводную линию 15, соизмеримую по протяженности с четвертью рабочей длины волны, обеспечивающую повышенную частотную избирательность и помехозащищенность. Осевой упрочняющий проводник 13 этой линии в качестве несущей оси, повышает надежность конструкции с упрощением устройства обеспечения жесткости.
Осевой упрочняющий проводник 13 по второй версии выполнен трубчатым для прокладки питающего коаксиального фидера с выходом и подключением экранирующего проводника в точке 5 первой клеммы питания «а» и подключением центрального проводника к закорачивающему проводнику 14 второй клеммы питания «б». Ввиду того, что упрочняющий проводник расположен по оси симметрии, то замена трубчатым проводником монолитного проводника 13, практически не влияет на электрические характеристики антенны, но повышает надежность, облегчает изготовление и эксплуатацию.
Осевой упрочняющий проводник 13 по третьей версии выполнен трубчатым для прокладки питающего коаксиального фидера с выходом и подключением экранирующего проводника в точке 5 первой клеммы питания «а» и наружной прокладки изолированного центрального проводника вдоль осевого упрочняющего проводника 13. Подключение центрального проводника коаксиального кабеля, проложенного изолированным без экранирующего проводника к точке 12 пересечения попарно соединенных крест на крест соединительных проводников 11, еще в большей степени упрощает изготовление и эксплуатацию антенны, снимая предпосылки к применению изолирующих элементов и расширяя возможности замены коаксиальных кабелей питания антенны.
Компьютерная модель антенны круговой поляризации квазишунтовой «клевер» с резонаторным питанием была многократно проверена в ходе электронного моделирования в программе MMANA на частоту 300 МГц, с перекрытием рабочего диапазона частот 250-350 МГц. Результаты компьютерного моделирования показаны на фиг. 2 и на фиг. 3, которые полностью подтверждают теоретические предпосылки, а натурные исследования на изготовленном действующем макете подтвердили параметры результатов электронного моделирования. Полоса пропускания при резонаторном включении клеверной антенны сужается до 1,5 раз относительно классических подключений питания.
Предлагаемая полезная модель перспективна как по электрическим характеристикам, так и по надежности и экономическим показателям.