ШИРОКОПОЛОСНАЯ ПЛАНАРНАЯ АНТЕННА

Предполагаемая полезная модель относится к области радиотехники, в частности, антенной техники и может быть использована в составе систем радиосвязи, устанавливаемых на подвижных носителях.
Одной из основных тенденцией развития антенной техники для современных средств мобильной радиосвязи является расширение полосы рабочих частот приемопередающих антенн при одновременном уменьшении их массогабаритных показателей.
Известны плоские биконические вибраторы (Авдеев В.Б., Ашихмин А.В. и др. Сверхширокополосные антенные решетки на основе печатных биконических вибраторов с металлическим экраном. Антенны, вып.7-8, 2005 г. стр.41), у которых угловая ширина щелевой и угловая ширина металлических частей равны друг другу и составляют 90°. Для их нормальной работы необходимо обеспечить симметричное высокочастотное питание, что требует включения в радиотракт широкополосных симметрирующих трансформаторов. Это является недостатком подобных антенн.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является антенна, представленная в статье А.В.Ашихмин, В.М.Некрылов «Моделирование измерительной антенны, построенной на основе комбинации плоского и объемного биконусов» Антенны, вып.7-8, 2005 г. стр.21, принятая в качестве прототипа.
Схема антенны-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:
1, 2 - нижнее и верхнее плечи вибратора; 1.1 - объемный биконус; 1.2 - плоский биконус; 3 - питающий фидер; 3.1 - оплетка питающего фидера; 3.2 - центральная жила питающего фидера; 7 - точка соединения с нижней частью объемного биконуса; 8 - точка соединения с верхней частью объемного биконуса.
Антенна-прототип является симметричным вибратором и содержит плечи 1, состоящие из объемного биконуса 1.1, выполняющего роль согласующего и симметрирующего трансформатора и плоского биконуса 1.2, гальванически связанного с объемным биконусом 1.1. Оплетка питающего фидера 3.1 гальванически соединяется с нижней частью объемного биконуса в точке 7, а центральная жила питающего фидера 3.2 - с верхней частью объемного биконуса в точке 8. Для обеспечения механической прочности антенна помещается в обтекатель из полистирола (на фиг. не показан).
Антенна-прототип работает следующим образом.
При подаче через фидер питающий 3 высокочастотного сигнала происходит возбуждение антенны. В силу широкополосных свойств объемного биконуса 1.1 происходит расширение полосы рабочих частот антенны до нескольких октав.
Недостатком антенны-прототипа являются наличие объемного биконуса, не позволяющего выполнить антенну планарной (плоской) и тем самым ограничивающего функциональные возможности антенны, а также определенные сложности в ее изготовлении.
Для устранения указанных недостатков в широкополосной антенне, содержащей питающий фидер, верхнее и нижнее плечи, согласно полезной модели, плечи вибратора выполнены в виде металлических секторов на диэлектрической подложке с отношением площади верхнего плеча к площади нижнего плеча равным 0,4.
Схема предлагаемой планарной антенны представлена на фиг.2, где обозначено:
1 - верхнее плечо вибратора;
2 - нижнее плечо вибратора;
3 - питающий фидер;
3.1 - оплетка питающего фидера;
3.2 - центральный проводник питающего фидера;
4 - диэлектрическая подложка;
5 - точка соединения с нижним плечом вибратора;
6 - точка соединения с верхним плечом вибратора.
Предлагаемая планарная антенна содержит верхнее 1 и нижнее 2 плечи вибратора, выполненные в виде металлических секторов на диэлектрической подложке 4, симметричных относительно оси у.
min
min
Расстояние между плечами 1 и 2 (ΔL) равно 0.125 λ, где λ - минимальная рабочая длина волны. Оплетка 3.1 питающего фидера 3, размещаемого вдоль оси у, гальванически соединена с нижним плечом вибратора 2 в точке 5. Центральный проводник питающего фидера 3.2 гальванически соединен с верхним плечом вибратора 1 в точке 6.
Площадь верхнего плеча вибратора 1 (S1) определяется радиусом R1 и угловой шириной металлической части Ψ1, а площадь нижнего вибратора 2 (S2) определяется радиусом R2 и угловой шириной металлической части Ψ2. Установлено, что для обеспечения наибольшей широкополосности планарной антенны необходимо выполнять следующие условия на размеры плеч
S1=0.4 S2, причем
max
где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона;
Ψ1, Ψ2 имеют размерность [°],
(Ψ1+Ψ2)<360°.
При равенстве радиусов (R1=R2) угловая ширина нижнего плеча антенны должна быть в два с половиной раза больше угловой ширины верхнего плеча (Ψ2=2.5 Ψ1).
Предлагаемая планарная антенна работает следующим образом.
При подаче через питающий фидер 3 высокочастотного сигнала происходит возбуждение антенны в точках 4 и 5. Известно, что (Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ, т.1, изд. »Связь», М., 1977, стр.185), симметричные самодополнительные антенны являются частотнонезависимыми при условии частотной независимости симметрирующего устройства.
В большинстве практических случаев обеспечить частотную независимость симметрирующего устройства невозможно, а достижимые значения полос согласования с приемлемым КСВН не превышают октаву.
Предлагаемая планарная антенна является несимметричным вибратором, заданная геометрия плеч которого обеспечивает согласование антенны с коаксиальным фидером в расширенной полосе рабочих частот с КСВН не более 2 в полосе до трех октав. При этом диаграмма направленности остается круговой с неравномерностью, не превышающей 3 дБ.
На фиг.3а представлен график КСВН, а на фиг.3б - диаграммы направленности, полученные на макете предлагаемой антенны. Видно, что в диапазоне частот от 400 до 2400 МГц КСВН<2.0, а неравномерность ДН в горизонтальной плоскости в том же частотном диапазоне не превышает 3 дБ.