Антенна
ANTENNA

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано как в радиолокации, так и в радионавигации.
Известна «Однослойная микрополосковая антенна» (RU 2327263 С2, опубл. 20.07.2007 г., МПК H01Q 1/38), работающая в диапазоне S-DMB, включающая в себя основание и сформированный на основании излучатель в форме кольца или многоугольника и питающую полоску, отделенную от излучателя промежутком заданной постоянной величины. Основание антенны, выполненное из диэлектрического материала, может иметь толщину от 1 мм до 1,9 мм. Такая антенна достаточно компактна, имеет простую конструкцию, но имеет небольшой коэффициент усиления и узкую полосу рабочих частот. Коэффициент усиления антенны лежит в диапазоне значений от 2,3 до 4 дБи в полосе частот от 22 до 62 МГц или приблизительно 2…3% относительно центральной частоты рабочего диапазона.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является «Диапазонная направленная антенна» (RU 2552230 С2, опубл. 10.06.2015 г., МПК H01Q 19/10), содержащая, по меньшей мере, один зигзагообразный печатный излучатель, выполненный на одной стороне диэлектрической платы, размещенной параллельно плоскому рефлектору, согласующее устройство и коаксиальную линию для питания излучателя. Коаксиальная линия подведена в точку нулевого потенциала излучателя, согласующее устройство выполнено в виде микрополосковой линии передачи сигнала с коаксиальной линии на излучатель, образованной участками разной ширины и размещенной на второй стороне диэлектрической платы над полосками излучателя, образующими обратный провод микрополосковой линии. При этом ширина участков микрополосковой линии выбрана исходя из условия согласования входного сопротивления излучателя и коаксиальной линии. Полоски излучателя выполнены с неодинаковой по длине полоска шириной для стабилизации входного сопротивления излучателя.
Коаксиальная линия питания излучателя выполнена в виде стойки для закрепления излучателя на рефлекторе, полый трубчатый корпус которой образует внешний провод коаксиала, закрепленный к рефлектору с одной стороны и полоскам излучателя - с другой стороны, а центральный проводник коаксиала, пропущенный внутри трубчатого корпуса, соединен одним концом с микрополосковой линией, а другим - с центральным контактом высокочастотного разъема или с сигнальным проводником полосковой схемы распределения и согласования антенной решетки, размещенной на обратной стороне рефлектора. Для работы такого типа антенны (в отечественной литературе по KB радиосвязи такую антенну называют зигзагообразной) требуется, чтобы периметр ромбов составлял λ (одну длину волны) [МРБ1215 «Антенны», Драбкин А.Л. и др., Москва «Радио и связь», 1995, стр. 73]. Минимальные размеры платы при этих требованиях 0.35λ×0.7λ (при квадратных плечах), а высота над поверхностью рефлектора 0.25λ Согласно [МРБ1215 «Антенны», Драбкин А.Л. и др., Москва «Радио и связь», 1995, стр. 75, рис 6.14 а, б], коэффициент усиления такой антенны лежит в пределах 6-10 дБ, а широкополосность 2:1.
Недостатками «Диапазонной направленной антенны» по патенту RU 2552230 С2 являются: поперечное сечение по одному из измерений излучателя примерно равно 0.7λ и дополнительный переход между слоями металлизации в месте подключения линии питания к излучающей структуре. Высота прототипа над рефлектором 0.25λ.
Техническим результатом предлагаемой антенны является уменьшение ее поперечных размеров при сохранении высокого коэффициента усиления и широкого рабочего диапазона частот.
Сущность предлагаемой антенны заключается в том, что она содержит металлизированную диэлектрическую плату, размещенную параллельно плоскому рефлектору, согласующее устройство и микрополосковую линию, причем ее ширина выбрана исходя из условия согласования входного сопротивления излучателя и коаксиальной линии.
Новыми признаками, обеспечивающими достижение технического результата, являются выполнение излучателя в виде эллиптического окна в металлизации диэлектрической платы, на ее внутренней стороне обращенной к плоскому рефлектору. Согласующее устройство образовано U-образным микрополосковым шлейфом, соединенным с микрополосковой линией плавным трансформатором. При этом концы U-образного микрополоскового шлейфа выполнены с поворотом на 90°.
На фиг. 1 изображен общий вид антенны.
На фиг. 2 изображен вид со стороны излучателя антенны.
На фиг. 3 изображен продольный разрез платы.
На фиг 4. изображены характеристики антенны.
Антенна представляет собой металлизированную диэлектрическую плату 1, установленную параллельно плоскому рефлектору 2, например, на диэлектрических стойках 3 с помощью винтов. Причем, металлизация нижней плоскости диэлектрической платы является земляным проводником 4.
Кроме того, в металлизации нижней плоскости платы выполнено окно эллиптической формы 5, являющееся излучателем. Металлизация верхней плоскости платы выступает в роли питающей линии и представляет собой микрополосковую линию 6, оканчивающуюся U-образным шлейфом 7, который вместе с плавным трансформатором 8 образуют согласующее устройство 9, обеспечивающее согласование микрополосковой линии и излучателя. Подведение сигнала к антенне осуществляется с помощью коаксиальной линии 10, выполненной, например, из жесткого коаксиального кабеля. Со стороны платы коаксиальная линия 10 может быть зафиксирована, например, во фланце 11 посредством паяного соединения, а ее центральный проводник распаивается на микрополосковую линию 6 диэлектрической платы 1.
Антенна работает следующим образом: сигнал с коаксиальной линии 10 передается на микрополосковую линию 6, заканчивающуюся U-образным шлейфом 7, осуществляющим возбуждение излучателя.
Широкополосность антенны достигается за счет наложения множественных резонансов эллиптического окна 5, вдоль границ которого плотность токов максимальна. Собственные резонансы окна определяются его периметром. Первый резонанс, связанный с нижней граничной рабочей частотой антенны и определяется из условия, что периметр окна равен половине длины волны на данной частоте с поправочным коэффициентом, зависящим от положения и размеров U-образного шлейфа 7. Таким образом, размер эллиптического окна влияет на полосу рабочих частот антенны и определяет ее габаритные размеры.
Возбуждение окна в широкой полосе частот обеспечивается выбором размеров и положения U-образного шлейфа 7 относительно эллиптического окна, а также углом при вершине плавного трансформатора 8, где к нему подключается U-образный шлейф.
Таким образом, основные преимущества изобретения заключаются в следующем:
- предлагаемая антенна обладает малыми габаритными размерами - поперечные размеры излучателя по двум измерениям составляют менее 0.3λ, при высоте излучателя менее 0,17λ на нижней частоте согласования по уровню КСВН равном двум;
- простотой конструкции;
- высокой механической прочностью и надежностью.
При применении в составе антенных решеток, высоту над экраном можно несколько уменьшить, вплоть до 0.11λ на нижней частоте без ухудшения согласования.