ДВУХПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ АНТЕННА
DOUBLE-POLARISATION ANTENNA

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования, в частности, в качестве приемной или передающей антенны для радиосвязи на коротких волнах.
Известна двухполяризационная антенна, содержащая вертикальный штырь и горизонтальную рамку, выполненную печатным способом [1].
Эта антенна предназначена для работы в полосе частот 920-960 МГц, а в коротковолновом диапазоне (3-30 МГц) практически не реализуема.
Известна антенна, создающая линейную поляризацию произвольного направления с возможностью плавной регулировки этого направления. Эта антенна содержит зеркальные антенны, установленные на поворотной платформе, и предназначена для наземных станций спутниковой связи [2].
Данная антенна работает в полосе частот 4-6 ГГц, и в коротковолновом диапазоне также практически не реализуема, поскольку ее размеры при соответствующих длинах волн были бы чрезвычайно большими.
Известна двухполяризационная антенна, содержащая вибратор с вертикальной частью, концы которого изогнуты в виде горизонтальных незамкнутых колец, имеющих разные направления вращения [3].
Эта антенна предназначена для работы в относительно узких частотных диапазонах, выделенных для УКВ ЧМ радиовещания, а для работы в широком диапазоне частот, требующемся для радиосвязи на коротких волнах, она не может быть использована.
Известна двухполяризационная антенная система коротковолнового диапазона, содержащая горизонтальный вибратор и синфазно-противофазный мост, выполненный в виде дифференциального трансформатора [4]. Недостатком этой антенной системы является сложность конструкции антенного полотна, в которую входят объемный вертикальный несимметричный вибратор и четвертьволновый коаксиальный стакан.
Известна двухполяризационная антенна, содержащая горизонтальный симметричный вибратор, выполненный в виде системы расходящихся проводников, синфазно-противофазный мост, выходы которого подключены к плечам горизонтального симметричного вибратора, и трансформатор [5] (прототип). Синфазно-противофазный мост в прототипе выполнен в виде дифференциального трансформатора.
Эта двухполяризационная антенна предназначена и может успешно применяться в коротковолновом диапазоне. Однако входящий в ее состав вертикальный несимметричный вибратор усложняет и утяжеляет полотно антенны и, кроме того, ухудшает условия излучения для симметричного вибратора, т.к. наклонные провода несимметричного вибратора находятся в поле симметричного вибратора.
Предлагаемым изобретением решается задача устранения вертикального вибратора и его влияния на излучение горизонтального вибратора.
Для достижения этого технического результата в известную двухполяризационную антенну, содержащую горизонтальный симметричный вибратор, выполненный в виде системы расходящихся проводников, синфазно-противофазный мост, выходы которого подключены к плечам горизонтального симметричного вибратора, и трансформатор, введены дополнительно два синфазно-противофазных моста, а проводники каждого из плеч симметричного горизонтального вибратора расположены в вертикальной плоскости и разделены на верхнюю и нижнюю группы, к которым подключены выходы введенных дополнительно синфазно-противофазных мостов, синфазные входы которых подключены к выходам первого синфазно-противофазного моста, а противофазные входы - к выходу трансформатора.
В предпочтительном варианте выполнения двухполяризационной антенны для улучшения согласования с фидером расстояния по вертикали между концами нижнего и верхнего проводников в каждой группе равны друг другу и равны расстоянию по вертикали между концами верхнего проводника нижней группы и нижнего проводника верхней группы.
На чертеже представлена предлагаемая двухполяризационная антенна, вид сбоку.
Двухполяризационная антенна содержит горизонтальный симметричный вибратор, выполненный в виде системы расходящихся проводников, которые расположены в вертикальной плоскости и разделены на верхние 1 и 3 и нижние 2 и 4 группы. Двухполяризационная антенна содержит также второй синфазно-противофазный мост 5, третий синфазно-противофазных мост 6, первый синфазно-противофазный мост 7, трансформатор 8 и балластную нагрузку 9. Выходы моста 7 подключены к плечам горизонтального симметричного вибратора посредством мостов 5 и 6. К синфазному входу моста 7 (синфазные входы мостов отмечены знаком "+", а противофазные - знаком "-") подключена балластная нагрузка 9. Выходы моста 7 подключены к синфазным входам мостов 5 и 6, а выход трансформатора - к противофазным входам мостов 5 и 6. Выходы моста 5 соединены с верхней группой 1 и нижней группой 2 проводников левого (по чертежу) плеча симметричного вибратора, а выходы моста 6 соединены с верхней группой 3 и нижней группой 4 проводников правого плеча симметричного вибратора. Синфазно-противофазные мосты в приемном варианте или в передающем варианте при малой мощности передатчика могут быть выполнены, например, в виде дифференциального трансформатора, как в прототипе; при большой мощности они могут быть выполнены, например, с использованием квадратурного направленного ответвителя и фазовращателя на 90 градусов. На чертеже показано, что каждая группа состоит из четырех проводов, однако их может быть любое число. При большем числе проводов улучшается согласование и расширяется частотный диапазон, при меньшем - облегчается полотно антенны. При одном проводе в каждой группе общее число проводов получается вдвое меньше, чем минимальное число проводов в прототипе - четыре вместо восьми.
В предпочтительном варианте выполнения двухполяризационной антенны расстояния а по вертикали между концами нижнего и верхнего проводников в каждой верхней группе равны соответствующим расстояниям b в каждой нижней группе и равны расстоянию с по вертикали между концами верхнего проводника нижней группы и нижнего проводника верхней группы: а=b=с.
Двухполяризационная антенна работает следующим образом. При подаче высокочастотного сигнала на вход, обозначенный на чертеже "горизонтальная поляризация", этот сигнал попадает на противофазный вход первого синфазно-противофазного моста 7, на выходах которого создаются равные по величине и противоположные по фазе высокочастотные сигналы. Эти высокочастотные сигналы поступают на синфазные входы синфазно-противофазных мостов 5 и 6, на выходах каждого из которых создаются равноамплитудные и синфазные сигналы: на выходах моста 5 - одной фазы, на выходах моста 6 - противоположной фазы. Поскольку на левое (по чертежу) плечо симметричного горизонтального вибратора, образованное группами проводов 1 и 2, и на аналогичное правое плечо, образованное группами 3 и 4, подаются равные по амплитуде и противоположные по фазе сигналы, то излучается горизонтально поляризованная волна. При подаче высокочастотного сигнала на вход, обозначенный на чертеже "вертикальная поляризация", этот сигнал попадает на трансформатор 8, служащий для согласования сопротивлений, а с выхода трансформатора - на противофазные входы мостов 5 и 6. С выходов моста 5 одинаковые по амплитуде, но противоположные по фазе сигналы поступают на группы проводов 1 и 2. Аналогично с выходов моста 6 такие же сигналы поступают на группы проводов 3 и 4. В результате группы проводов 1 и 3 возбуждены синфазно; группы 2 и 4 также возбуждены синфазно, но противоположно по фазе относительно групп 1 и 3. Таким образом, получается симметричный вертикальный вибратор, верхнее плечо которого образовано группами проводов 1 и 3, а нижний - группами 2 и 4, который излучает вертикально поляризованную волну.
При подаче на входы двухполяризационной антенны двух высокочастотных сигналов излучаются одновременно волны горизонтальной и вертикальной поляризации.
В приемном варианте двухполяризационная антенна работает аналогично, поскольку не содержит невзаимных элементов.
В предпочтительном варианте выполнения двухполяризационной антенны при а=b=с конфигурация проводов для вертикальной поляризации близка к самодополнительной, которая, как известно [6], является наилучшей по ширине полосы частот по согласованию.
Источники информации
6
1. Патент США №5426439, МПК H01Q 21/24.
7
2. Патент США №6300900, МПК H01Q 21/24.
7
3. Патент РФ №2151455, МПК H01Q 9/16.
4. Авторское свидетельство СССР №1568123, МПК H01Q 9/34.
6
5. Патент РФ №2066906, МПК H01Q 21/24.
6. Коротковолновые антенны. / Г.З.Айзенберг, С.П.Белоусов, Э.М.Журбенко и др.; Под ред. Г.З.Айзенберга. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 536 с.