МАЛОГАБАРИТНАЯ ШИРОКОДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА
SMALL-SIZE WIDEBAND ANTENNA

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве малогабаритной широкодиапазонной рамочно-петлевой антенны, например в системах телевидения, радиовещания, радиосвязи и прочих аналогичных системах.
Из уровня техники известны конструкции антенн, в которых с целью уменьшения геометрической длины токоведущего вибратора антенны используются индуктивные нагрузки [1], а для увеличения диапазона подключают несколько антенн [2, 3, 4]. Конструкции таких антенн громоздки и имеют ограниченный частотный диапазон.
Известны варианты уменьшения размеров полотна антенны за счет его намотки в виде спирали [2] а также на основе применения кривых Гилберта, Пеано [5].
Однако намотка полотна антенны трудоемка и (для рамочных антенн) предусматривает наличие основания специальной формы, а применение только кривых Гилберта, Пеано (для печатного монтажа) не позволит сделать (при малых габаритах и широкой полосе) эффективной и диапазонной рамочной антенны из-за больших паразитных емкостей.
По данным технической, научной и патентной документации не выявлена совокупность признаков таких, как в заявленном устройстве, что свидетельствует об изобретательском уровне.
Сущность изобретения заключается в создании конструкции рамочно-петлевой антенны и конфигурации рисунка полотна (с встраиванием в этот рисунок частотно зависимых звеньев, октавных элементов), при которых обеспечиваются ее малые габариты и максимальная широкодиапазонность.
СУЩЕСТВЕННЫЕ ПРИЗНАКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕЗУЛЬТАТА
Существенно содержание в рисунке полотна антенны октавных петель (звеньев, элементов) с рассчитанными (на октавные частоты) реактивностями, что позволяет быть рамочной антенне широкодиапазонной.
Построение рисунка полотна антенны необходимо делать с минимальными паразитными емкостями. Это особенно важно для диапазона от 300 МГц и более, где, как показали практические исследования, более эффективна зигзагообразная форма рисунка. Изначально формируется полотно для самого высокого диапазона, затем через октавные петли (для равномерности АЧХ) для низкочастотной области. Форма образующей рисунка, для любой из формируемых (октавных петель) антенн, должна быть близкой к круговой.
Антенное полотно формируется известным способом на диэлектрической подложке (из стекловолокна, тефлонов или ВЧ/СВЧ-ламинатов). Подложка, кроме прочности конструкции, еще уменьшает физический размер полотна антенны на корень квадратный из значения ее относительной диэлектрической проницаемости. Форма рисунка полотна дополнительно сокращает физический размер антенны и расширяет ее диапазон. Для обеспечения широкой диапазонности рамочной антенны применены октавные звенья из реактивных элементов.
Из точки "запитки" антенны зигзагообразный рисунок должен прогрессивно расширяться с увеличением шага (например, для стеклотекстолита и максимальной верхней частоты ≈4 ГГц, размах рисунка и шаг должны начинаться с 5…10 мм).
При формировании полотна антенны ниже 300 МГц, для максимальной вместительности полотна на подложке, рисунок должен быть меандровый (шаг рисунка может быть около 1 мм при размахе 3…4 см).
Выбор материала подложки осуществляется с учетом необходимого значения относительной диэлектрической проницаемости и допустимых потерь, в основном на самой высокой частоте. Толщина подложки определяется исходя из допустимых механических нагрузок, применяемых к антенне.
Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение массогабаритных характеристик и получение полосы для рамочно-петлевой антенны (подложка из стеклотекстолита) от 50 МГц до 4 ГГц.
Диаграмма ее направленности близка к диаграмме направленности диполя (имеет форму "восьмерки").
Входное сопротивление антенны достигает 100-120 Ом.
Для получения представления об устройстве и работе рамочно-петлевой антенны на фиг. 1 показано ее схемное решение, где 1, 2 - последовательные контура, рассчитанные для октавных частот (октавные звенья), 3 - полотно антенны с ответвлениями для частотных звеньев.
Общая длина полотна дорожки (полотно 3, фиг. 1) должна быть равна: , где λ - самая низкая длина волны приемной антенны, ε - диэлектрическая проницаемость подложки).
Такое же условие должно выполняться для октавных звеньев (учитывая длину части основного полотна (полотно 1, фиг. 1).
Общая длина полотна может быть короче для случая дополнения реактивностью, рассчитанной для самой низкой приемной частоты.
На фиг. 2 показано воплощение изобретения конструктивно-схемное решение предлагаемой антенны.
Предлагаемая антенна (размером 105×115 мм) содержит дорожки антенного полотна 1 (шириной 0,2 мм), октавные звенья из сосредоточенных реактивных элементов 2, 3 (последовательные контура для октавных частот), прорези 4 (для разделения октавных звеньев), выполненных на диэлектрическом основании 5 (из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм).
В зависимости от необходимости некоторые октавные звенья для (промежуточных) менее важных частот можно исключить.
Конфигурация, показанная на фиг. 2, пригодна для использования антенны в качестве передающей при подводимой мощности не более 40 дБм (для других мощностей понадобиться перерасчет ширины дорожек и подбор реактивностей по току и напряжению).
Для формирования односторонней диаграммы направленности приемной антенны она дополнительно может быть снабжена рефлектором, изготовленным таким же образом и размещенным за основной антенной (с подбором расстояния в зависимости от выбранного частотного диапазона антенны, не показано).
Схема питания антенны может быть подключена в соответствии с любой из хорошо известных схем, используемых в микрополосковых антеннах известного уровня техники, например с использованием широкополосного ВЧ трансформатора.
Для улучшения эффективности использования приемной малогабаритной широкодиапазонной рамочно-петлевой антенны ее можно подключать на вход активного антенного усилителя.
Промышленная применимость заявленной конструкции усматривается в простоте изготовления, возможности использования на промышленной основе и конкурентоспособном уровне.
ЛИТЕРАТУРА
1. Овсянников В.В. Вибраторные антенны с реактивными нагрузками. - М.: Радио и связь, 1985.
2. Ротхаммель К. Антенны. - М. : Энергия, 1979.
3. Айзенберг Г.З. и др. Коротковолновые антенны. - М. : Радио и связь, 1985.
4. Барановский Е., Тумаркин Э. Диапазонная рамочная антенна // Радио, №6, 1969.
5. Патент RU 2263378, H01Q 1/36, H01Q 9/04, 27.10.2005.
6. Беньковский З., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. - М.: Радио и связь, 1983.