АБОНЕНТСКАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ЗИГЗАГООБРАЗНАЯ АНТЕННА
SUBSCRIBER UNIVERSAL POLARISATION ZIGZAG ANTENNA

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в сетях беспроводного Интернета Wi-Fi, WiMAX или цифрового эфирного телевидения MMDS, а также в устройствах широкополосных радаров, работающих в частотных диапазонах 2-5 ГГц.
Известна Wi-Fi антенна круговой поляризации ANT-DC-CP24-12, 0909 (http://WWW.lairdtech.com) в виде пространственной спирали с рефлектором, с повышенным коэффициентом усиления.
Недостатком известной антенны является увеличенный продольный размер и использование только круговой поляризации.
Известна антенна ТР - LinkTL - ANT2414A (Массорин В.В. Как собрать антенны для связи, телевидения, Wi-Fi своими руками. - СПб.: Наука и техника, 2011, стр.109-110), содержащая квадратный метализированный экран, перед которым в два ряда расположены восемь излучающих элементов с синфазным включением.
Недостатками известной антенны являются увеличенные линейные размеры фазированной решетки и использование только линейной поляризации.
Наиболее близким техническим решением является абонентская антенна (Пат. РФ №2368042, опубл. 20.09.2009). Данная антенна содержит фазированную решетку из расположенных в одной плоскости рядами и этажами излучателей в виде рамок с периметром, равным средней длине волны основного рабочего диапазона, соединенных между собой при фазировании посредством короткозамкнутых шлейф-вибраторов, питаемых в точках нулевого потенциала, и отражающий плоский экран. При длине короткозамкнутых шлейф-вибраторов 0.2-0.25 средней длины волны последовательно подключаемые излучатели образуют линейные излучающие модули фазированной решетки, подключенные к схеме питания поэтажно, посредством симметрирующих устройств.
Недостатками данной антенны-прототипа являются применение шлейф-вибраторов в системе обеспечения синфазного питания последовательно подключенных излучателей, которые снижают электрические характеристики антенны, работа фазированной решетки только в режиме линейной поляризации и увеличенные размеры.
Задачей изобретения является создание фазированной антенной решетки с повышенным коэффициентом усиления, малыми размерами и работой с линейной и круговой поляризациями.
Поставленная задача решается с помощью предложенной конструкции антенны. Абонентская универсальная поляризационная зигзагообразная антенна содержит излучающие модули в виде квадратов со сторонами из проводников, равными половине средней длины волны рабочего диапазона, с вписанными внутрь каждого квадрата четырьмя рамками с периметрами, равными средней длине волны рабочего диапазона. Модули образуют фазированную антенную решетку при разносе между собой и расположении симметрично относительно оси симметрии антенны. Вписанные внутрь квадратов рамки имеют общие проводники от середины сторон квадратов и внешние проводники половин их сторон. В центре излучающих модулей в разрывы, в середине общих проводников, образующих стороны вписанных рамок, подключены источники питания, включенные перекрестно для противоположных рамок, составляющих зигзагообразную структуру. Середины сторон квадратов соединены с отражающим плоским экраном проводниковыми стойками.
В предложенной антенне модули, образующие фазированную антенную решетку и состоящие из вписанных в квадрат рамок, с перекрестным включением противоположных рамок, составлены из двух зигзагообразных структур с перекрестным расположением друг относительно друга. Каждая из зигзагообразных структур при возбуждении от отдельного источника питания формирует излучение линейной поляризации в направлении нормали к излучающему модулю. При сдвиге фаз напряжений источников, возбуждающих перекрестные зигзагообразные структуры на 90 градусов, модули формируют круговую поляризацию. При синфазном возбуждении подобных элементов модулей в фазированной решетке, в зависимости от соотношений фаз между возбуждаемыми источниками питания антенной формируется как линейная, так и круговая поляризация. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях при симметричном размещении модулей относительно оси симметрии антенны и при установке отражающего плоского экрана осесимметрична и перпендикулярна плоскостям экрана и фазированной решетке. Для сужения ширины диаграммы направленности антенны и уменьшения уровня боковых и заднего лепестков отражающий плоский экран дополнительно по периметру снабжен проводящими створками, размещенными под углом 120 градусов к плоскости экрана с их протяжением до пересечения с плоскостью решетки. При этом перед узлами питания каждого модуля дополнительно размещены крестообразные директоры. Достоинством предложенной антенны является возможность управления режимами поляризации при изменении соотношения фаз напряжений между двумя цепями питания, возбуждающими зигзагообразные структуры излучающих модулей при эксплуатации, и возможность регулирования импеданса антенны путем изменения расстояний крестообразных директоров от излучающих модулей при настройке.
Предлагаемая абонентская универсальная зигзагообразная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 представлен общий вид антенны спереди, на фиг.2 - общий вид антенны под углом, на фиг.3 - диаграммы направленности а) в горизонтальной плоскости и б) в вертикальной плоскости в полосе частот от 2400 до 2500 МГц, на фиг.4 - таблица электрических характеристик антенны.
На фиг.1, 2 приняты следующие позиции:
1 - излучающие модули;
2 - рамки;
3 - узел перекрестного питания;
4 - зигзагообразные структуры;
5 - ось симметрии антенны;
6 - общие проводники рамок;
7 - проводниковые стойки;
8 - крестообразные директоры;
9 - отражающий плоский экран;
10 - проводящие створки.
Абонентская универсальная поляризационная зигзагообразная антенна состоит из излучающих модулей 1 в виде квадратов со сторонами из проводников, равными половине средней длины волны рабочего диапазона. Внутрь каждого квадрата вписаны по четыре рамки 2 с общими проводниками 6 от середин сторон квадратов модулей 1 с периметрами, равными средней длине волны рабочего диапазона. Противоположные рамки внутри квадрата образуют зигзагообразные структуры 4, перекрестно расположенные внутри каждого модуля 1. В центре излучающих модулей 1 образован узел 3 перекрестного питания от двух источников с их включением в разрывы общих проводников противоположных рамок 2. Модули 1 разнесены между собой и расположены симметрично оси 5 симметрии антенны и перед отражающим плоским экраном 9 и укреплены с ним с помощью проводящих стоек 7. Для дополнительного сужения диаграммы направленности установлены проводящие створки 10 в конструкцию антенны. Проводящие створки 10 размещены по периметру экрана под углом 120 градусов к его плоскости с протяжением до пересечения с плоскостью фазированной решетки. Кроме того, для дополнительного сужения диаграммы направленности установлены крестообразные директоры 8 перед узлом питания 3 каждого модуля 1. Подключение питания к излучающим модулям 1 может быть осуществлено отрезками коаксиального кабеля равных длин от центра антенны на каждый модуль 1 с разделением на ближайшие стойки и по общим проводникам рамок 2 к узлу 3 питания модуля 1, где присоединяют центральную жилу кабеля к противоположной точке питания, а экранированную оплетку - к точке питания проводника прокладки. Питание к излучающим модулям 1 может быть осуществлено с помощью симметрирующих устройств (не показаны), размещенных за экраном 9, с подключением проводников, пропущенных через отверстия под узлами питания. Проводники излучающих модулей 1 могут быть конструктивно выполнены на одной из сторон фольгированного стеклотекстолита, при этом фазированная решетка и отражающий экран 9, выполненный из фольгированного стеклотекстолита, закреплены между собой с помощью проводниковых стоек 7, гальванически соединяющих середины сторон квадратов с отражающим плоским экраном 9.
Работает абонентская универсальная поляризационная зигзагообразная антенна следующим образом. Схема питания фазированной решетки двумя цепями питания возбуждает при перекрестном включении раздельно от каждой цепи перекрестно расположенные зигзагообразные структуры излучающих модулей 1, формируя в зависимости от соотношения фаз возбуждающих напряжений в рамках 2 модулей 1 линейную или круговую поляризацию в каждом модуле 1 с излучением в направлении нормали к раскрыву антенной решетки. Углы раскрыва диаграмм направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях равны между собой и зависят от апертуры антенны, регулируемой разносом между собой излучающих модулей 1 и их отстоянием от оси симметрии антенны 5 при симметричном их размещении. При синфазном включении всех модулей 1 формируется осесимметричная суммарная диаграмма направленности. Для сужения диаграммы направленности и повышения коэффициента усиления антенны дополнительно используют проводящие створки 10, размещенные по периметру экрана 9, обеспечивающие уменьшение боковых и заднего лепестков диаграммы направленности и крестообразные директоры 8 перед узлами питания 3 модулей 1, повышающие направленные свойства. Как дополнительный эффект крестообразные директоры 8, кроме повышения направленности, обеспечивают регулирование импеданса антенны.
Результаты электронного моделирования подтверждают работу предлагаемой антенны, о чем свидетельствуют диаграммы направленности в горизонтальной плоскости (фиг.3, а) и в вертикальной плоскости (фиг.3, б), а также характеристика параметров антенны (фиг.4).