Широкополосная антенна

Полезная модель относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве широкополосной приемно-передающей антенны мобильных и стационарных устройств систем мониторинга и дециметровой связи.
Известна биконическая антенна, содержащая два одинаковых полых конических элемента, расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания, а также диэлектрический шар, центр которого расположен на оси полых конических элементов, причем в диэлектрическом шаре выполнены два соосных конических углубления, обращенных вершинами к центру шара и сопряженных с поверхностями полых коническх элементов (Патент РФ RU 2221316 С1).
Недостатком такой антенны является технологическая сложность изготовления.
Из уровня техники известна печатная биконическая антенна, выполненная в виде двух треугольных элементов расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания (US 007339529 B2).
Недостатком такого решения является высокая угловая неравномерность диаграммы направленности.
Известная биконическая антенна (Volakis John L. Antenna engineering handbook / John L. Volakis. - 4-е изд., - New York; London; Toronto: McGraw-Hill Education, 2007. - гл. 48, с. 48-4, рис. 48.1). Устройство содержит два одинаковых полых конических элемента, расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания.
Недостатками такого решения является необходимость введения в его структуру дополнительных элементов крепления для обеспечения механической прочности, что негативно сказывается на качестве диаграммы направленности биконической антенны, сложность изготовления.
Наиболее близким по совокупности существующих признаков к предлагаемому устройству является биконическая антенна (Патент JP 4577618 В2). Устройство содержит два одинаковых металлических полых пирамидальных элемента, расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания. При этом, каждый из полых пирамидальных элементов выполнен в виде двух симметричных частей, которые гальванически соединены друг с другом по всей длине разных сторон частично металлизированной с двух сторон платы.
Преимуществом прототипа широкая полоса рабочих частот, высокая угловая неравномерность диаграммы направленности, высокая механическая прочность.
Недостатком прототипа является - технологическая сложность и высокая стоимость изготовления симметричных частей пирамидальных элементов методом штамповки из-за требований к необходимому для изготовления оборудованию;
Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосности антенны.
Поставленная задача решается за счет того, что заявленное устройство, так же как и известное, содержит два одинаковых металлических полых пирамидальных элемента, расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания, причем каждый из полых пирамидальных элементов выполнен в виде двух симметричных частей, которые гальванически соединены друг с другом по всей длине разных сторон частично металлизированной с двух сторон диэлектрической платы. Но, в отличие от известного, в предлагаемой широкополосной антенне в боковых ребрах симметричных частей пирамидальных элементов по всей длине выполнены сквозные отверстия щелевой формы, размер и период размещения которых не превышают одной двадцатой длины волны на частоте, соответствующей нижней границе диапазона рабочих частот широкополосной антенны.
Достигаемым техническим результатом является улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосной антенны.
Технический результат достигается за счет выполнения в боковых ребрах симметричных частей пирамидальных элементов по всей длине сквозных отверстий щелевой формы, размер и период размещения которых не превышают одной двадцатой длины волны на частоте, соответствующей нижней границе диапазона рабочих частот широкополосной антенны.
Полезная модель иллюстрируется 5 чертежами.
Фиг. 1. - вид предлагаемой широкополосной антенны.
Фиг. 2. - частотные зависимости коэффициента стоячей волны широкополосной антенны без сквозных прорезей в линиях сгиба и широкополосной антенны при наличии длине сквозных отверстий щелевой формы линиях сгиба.
Фиг. 3. - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости широкополосной антенны без сквозных прорезей в линиях сгиба и широкополосной антенны при наличии длине сквозных отверстий щелевой формы в линиях сгиба при 1.5 ГГц.
Фиг. 4. - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости широкополосной антенны без сквозных прорезей в линиях сгиба и широкополосной антенны при наличии сквозных прорезей в линиях сгиба при 2 ГГц.
Фиг. 5. - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости широкополосной антенны без сквозных отверстий щелевой формы в линиях сгиба и широкополосной антенны при наличии длине сквозных отверстий щелевой формы в линиях сгиба при 2.5 ГГц.
На чертежах введены следующие обозначения:
1 - линия питания.
2 - симметричные части пирамидальных элементов широкополосной антенны.
3 - диэлектрическая плата.
4 - сквозные отверстия щелевой формы
5 - ребра пирамидальных элементов антенны. Антенна работает следующим образом.
Линия питания 1 (фиг. 1), подключенная к вершинам полых пирамидальных элементов, выполненных в виде двух симметричных частей 2, которые гальванически соединены друг с другом по всей длине разных сторон частично металлизированной с двух сторон диэлектрической платы 3, возбуждает электромагнитное поле, которое излучается с внешних поверхностей пирамидальных элементов. Количество граней пирамиды, ее размеры и конфигурация линии питания определяются согласованием с требуемым входным сопротивлением в полосе рабочих частот антенны. Введение в конструкцию антенны длине сквозных отверстий щелевой формы 4 в ребрах 5 пирамидальных элементов антенны позволяет изготавливать симметричные части пирамидальных элементов методом лазерной резки в виде развертки, с последующим сгибом по линии ребер пирамидальной антенны. При этом, при выборе размера и периода отверстий, меньших 0.05λ, где λ соответствует центральной частоте рабочего диапазона антенны, наличие отверстий не оказывает существенного влияния на характеристики широкополосной антенны.
Работа устройства подтверждается результатами электродинамического моделирования широкополосных антенн с высотой пирамиды в 50 мм и радиусом основания в 60 мм в полосе рабочих частот 1.25-3 ГГц (центральная частота 2 ГГц), выполненных как без длины сквозных отверстий щелевой формы в ребрах пирамиды, так и при наличии этих прорезей). При моделировании использовалось питание сосредоточенным источником с входным сопротивлением 50 Ом. Длина прорезей составила 7.5 мм, ширина - 1 мм, период - 10 мм.
Из приведенных частотных зависимостей КСВ в полосе рабочих частот (фиг. 2) видно, что результаты для широкополосной антенны, выполненной без сквозных отверстий щелевой формы, и для широкополосной антенны при наличии сквозных прорезей в линиях сгиба в полосе рабочих частот отличаются в среднем на не более чем 0.5%. Аналогичный результат был получен и для прорезей как большей (порядка 15 мм), так и меньшей (порядка 5 мм) длины. Также малая степень влияния наличия прорезей в ребрах пирамидальных частей широкополосных антенны продемонстрировано на ДН в горизонтальной плоскости в полосе рабочих частот (фиг. 3-5), где значения для широкополосной антенны, выполненной без сквозных прорезей, и для широкополосной антенны при наличии сквозных прорезей в линиях сгиба также отличаются в среднем на не более чем 0.7% в полосе рабочих частот.
Таким образом, показана достижимость технического результата - улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосной антенны.