ВСЕНАПРАВЛЕННАЯ ПЛАНАРНАЯ АНТЕННА

Полезная модель относится к области техники сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использована в мобильных комплексах связи, предназначенных для организации быстрого развертывания цифровых радиорелейных линий связи и сетей широкополосного беспроводного доступа, способных функционировать как в нормальных условиях, так и в сложной помеховой обстановке.
Известна антенна, выбранная нами за прототип (патент US 6747605, МПК H01Q 9/28, опубл. 8.06.2004), которая состоит из подложки, первой питающей линии, расположенной на лицевой стороне подложки, второй питающей линии, расположенной на обратной стороне подложки, как минимум двух диполей, каждый из которых разделен таким образом, чтобы одна половина располагалась с одной стороны подложки, а другая половина - с другой стороны подложки, при этом одна половина каждого диполя соединена с одной из питающих линий, а другая половина соединена с другой питающей линией, диполи расположены симметрично относительно первой оси подложки, согласующий трансформатор соединен с одной из питающих линий.
Недостатком данного устройства является невысокая полоса пропускания.
Основной технической задачей полезной модели является создание всенаправленной планарной антенны, которая позволяет обеспечить более высокую полосу пропускания, и как следствие возможность работы антенны на двух близких диапазонах частот.
Основная техническая задача, достигается тем, что во всенаправленной планарной антенне, включающей прямоугольную подложку, вдоль оси которой с лицевой и обратной стороны расположены первая и вторая первая и вторая питающие линии, не менее двух излучателей, в виде полуволнового вибратора, один отрезок четвертьволновой линии которого расположен на лицевой стороне прямоугольной подложки, другой его отрезок четвертьволновой линии расположен на обратной стороне, и каждый из них связан соответствующей питающей линией излучателя с первой и второй питающей линией, и четверть волновой трансформатор, соединенный со второй питающей линией, отличающийся тем, что отрезки четверть волновой линии выполнены в виде конуса с расширением от питающей линии излучателя, а четвертьволновый трансформатор выполнен в виде конуса с расширением к меньшей стороне прямоугольной подложки.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид устройства с лицевой стороны, на фиг.2 общий вид устройства с обратной стороны, на фиг.3 диаграмма направленности, на фиг.4 зависимость модуля коэффициента отражения от частоты
Антенна содержит прямоугольную подложку 1, с лицевой и обратной стороны которой расположены первая и вторая питающие линии 2 и 3, выполненные в виде узких печатных проводников. Первая и вторая питающие линии 2 и 3 являются входом\выходом антенны, а также частью делителя мощности, благодаря которому осуществляется равномерное деление\суммирование излучаемой\принимаемой мощности излучателями 4. Каждый излучатель 4 представляет полуволновой вибратор, состоящий из двух отрезков четвертьволновых линий 5, один из которых расположен на лицевой стороне, а другой на обратной. Связь каждого из излучателей 4 с первой и второй питающими линиями 2 и 3 обеспечивается благодаря соответствующей питающей линией 6 излучателей 4, которые также являются частью делителя мощности антенны. На обратной стороне прямоугольной подложки 1 расположен четвертьволновый трансформатор 7, который обеспечивает согласование несимметричного входа\выхода антенны с подводящим энергию фидером.
Антенна имеет в своей основе четыре излучателя 4, по два на каждом уровне. Расстояние между уровнями подобрано таким образом, чтобы лепестки диаграмм направленности (ДН), каждого из уровней сложились в фазе, и не было провалов в излучении. Основным излучающим элементом антенны является полуволновой вибратор, отрезки четверть волновых линий которого имеют форму конуса, т.е. расширяется по длине элемента. Благодаря этому удалось обеспечить расширение рабочей полосы частот.
Питание антенны осуществляется питающими линиями 2 и 3, расположенными на разных слоях прямоугольной подложки 1. Согласование с фидером обеспечивается четвертьволновым трансформатором 7, который обеспечивает преобразование несимметричного входа антенны в симметричный. Волновое сопротивление обратной и лицевой и обратной стороны питающих линий 2 и 3, соединяющих уровни, выбиралось из условия равного деления мощности между ними, что является условием равномерного излучения энергии и препятствует наклону главного лепестка ДН.
Наибольшая концентрация излучения (максимум ее диаграммы направленности) в диапазоне рабочих частот наблюдается в направлении перпендикулярном лицевой и обратной сторон прямоугольной подложки 1. В то же время излучение в стороны будет существенно ослаблено, так как печатный проводник имеет плоскую структуру.
Более существенное влияние на характеристики заявленного устройства оказывают длины и ширины первой и второй питающий линии 2 и 3, а также питающей линии 6 излучателя 4. Их значения подобраны таким образом, чтобы обеспечить необходимую степень концентрации электромагнитного поля в прямоугольной подложке 1. Тем самым достигается почти 100%-ная передача энергии источника СВЧ сигнала от входа устройства к питающим линиям 3 и 4, и питающим линиям 6 излучателей 4, где она далее излучается в свободное пространство.
Всенаправленная планарная антенна имеет коэффициента стоячей волны 1.1 в полосе пропускания 2-2,1 ГГц. Кроме того, антенна имеет более широкую рабочую полосу 1,85-2,40 ГГц, а ее характеристика коэффициента стоячей волны близка к полученной моделированием (фиг.4). Из фиг.3 видно, что антенна работает в диапазоне частот 1,92-2,46 ГГц по уровню модуля коэффициента отражения -20 дБ. Из фиг.4 и фиг.5 видно, что антенна имеет всенаправленную диаграмму направленности, ужатую с боков, что является следствием плоских печатных проводников На фиг.6 показана практически измеренная зависимость модуля коэффициента отражения от частоты. Из фиг.4 и фиг.5 видно, что антенна имеет всенаправленную диаграмму направленности, ужатую с боков, что является следствием плоских печатных проводников. Коэффициента усиления антенны не менее 5 дБи.
В предложенном решении ширина полосы пропускания составляет около 25% по уровню модуля коэффициента отражения - 20 дБ, которая отличается от полосы пропускания прототипа более чем в шесть раз.
Возможность осуществления заявляемой полезной модели подтверждается использованием в ней известных элементов, обладающих оптимальными эксплуатационными характеристиками, используемыми в области техники сверхвысоких частот, с достижением технического результата, позволяющего обеспечить более высокую полосу пропускания, и как следствие возможность работы антенны на двух близких диапазонах частот.