АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО С УГЛО-ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТЬЮ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ
ANTENNA ASSEMBLY WITH ANGULAR-FREQUENCY DEPENDENCE OF DIRECTIONAL DIAGRAM

Предлагаемое устройство относится к области антенной техники и может быть использовано, например, в системах корпоративной, ведомственной и радиотелефонной связи общего пользования при работе с узкополосными сигналами.
На практике часто существует необходимость обеспечения связи с корреспондентами, расположенными в различных направлениях в азимутальной плоскости. Для этой цели могут использоваться:
а) при достаточном запасе по энергетике - антенны с круговой диаграммой направленности (ДН) в азимутальной плоскости или слабонаправленные антенны;
б) при недостаточном запасе по энергетике или по другим соображениям (например, для обеспечения электромагнитной совместимости) - антенны с секториальной ДН в азимутальной плоскости. В этом случае следует осуществлять электрическое или механическое сканирование в азимутальной плоскости.
Одним из способов электрического управления лучом антенны является частотное управление, основанное на изменении электрического расстояния между излучателями, возбужденными бегущей волной, при изменении частоты генератора. Обзор пространства в рабочем секторе в этом случае осуществляется с большой скоростью, практически безынерционно и без громоздких механических устройств, применяемых при неэлектрическом сканировании.
Известен ряд управляемых антенных устройств с механическим и электрическим сканированием, например:
- Борисов А.А., Смирнов Е.А., Фабрый А.А., Юханов Ю.В. Зеркальная антенна с механическим сканированием луча. - Известия вузов. Радиоэлектроника, 2002, т.45, №3. - С.68-70.
- Улановский А.В., Юрьев О.А., Малевич И.Ю., Тебекин В.В., Тимошенко В.И. Приемная синфазная антенна, антенная решетка дециметрового и метрового диапазонов волн. - Электромагнитные волны и электронные системы, 2000, т.5, №5, - С.48-55.
Недостатком известных устройств является сложность управления направлением излучения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является антенное устройство с повышенной направленностью в Е-плоскости по патенту РФ №2216831, H01Q 19/13, принятое за прототип.
На фиг.1 представлен чертеж антенны-прототипа, где обозначено:
1 - источник возбуждения - электрический вибратор;
2 - рефлектор.
Антенное устройство-прототип содержит рефлектор 2, выполненный в виде цилиндрической поверхности высотой (2÷4)λ с вырезанной вдоль образующих частью цилиндрической поверхности шириной (0.3÷0.7)λ, где λ - длина волны. Источник возбуждения 1 в виде электрического вибратора расположен внутри рефлектора 2.
Антенна-прототип обладает узкой (~20°) ДН в Е-плоскости и секториальной (60°-120°)ДН в Н-плоскости и свойствами частично направляющей системы.
Недостаток устройства-прототипа состоит в том, что вследствие малой ширины вырезанной части устройство не позволяет изменять направления излучения.
Для устранения указанного недостатка в антенном устройстве с угло-частотной зависимостью диаграммы направленности (ДН), содержащем металлический рефлектор в форме цилиндрической поверхности с вырезанной вдоль образующей частью, высотой (2÷4)λ, где λ - длина волны, и источник возбуждения - электрический вибратор, расположенный внутри рефлектора, согласно изобретению поперечный размер антенны и ширина вырезанной вдоль образующей части составляют (0.6÷1.4)λ, при этом источник возбуждения расположен несимметрично относительно вертикальной плоскости симметрии.
Предлагаемое устройство представлено на фиг.2, где обозначено:
1 - источник возбуждения - электрический вибратор;
2 - рефлектор.
Предлагаемое устройство содержит металлический рефлектор 2 в форме цилиндрической поверхности с вырезанной вдоль образующей частью высотой (2÷4)λ (где λ - длина волны), и источник возбуждения - электрический вибратор 1, расположенный внутри рефлектора 2.
Для того чтобы обеспечить возможность поворота ДН в Н-плоскости, поперечный размер антенны и ширина вырезанной вдоль образующей части рефлектора 2 увеличены и составляют (0.6÷1.4)λ. Причем источник возбуждения 1 расположен несимметрично относительно вертикальной плоскости симметрии. Кроме того, рефлектор может быть выполнен как симметричным, так и несимметричным.
Функционирование предлагаемого устройства происходит следующим образом. При расширенной апертуре ДН в Н-плоскости сужается вдвое и составляет величину 30°÷60° в зависимости от геометрических размеров антенны. В Е-плоскости ДН расширяется до величины ~30°÷40°. Коэффициент направленного действия (КНД) при этом остается прежним, т.е. порядка 12÷14 дБ. Симметричный рефлектор 2 с несимметрично расположенным внутри него источником возбуждения обеспечивают фазовую рассогласованность различных участков излучающей поверхности (апертуры), что приводит к повороту ДН в горизонтальной плоскости. Причем на различных частотах степень рассогласованности участков апертуры будет различной, соответственно различен будет угол поворота. Аналогичный результат достигается при использовании несимметричного рефлектора 2.
Свойство зависимости угла поворота ДН от частоты можно использовать для организации связи с корреспондентами, расположенными в различных направлениях в горизонтальной плоскости при условии назначения им соответствующих частот.
Таким образом, предлагаемое антенное устройство позволяет получить угло-частотную зависимость ДН от частоты без существенного усложнения конструкции антенны и схемы запитки источника возбуждения.