УЗКОНАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА УВЧ-КВЧ ДИАПАЗОНОВ НА ОСНОВЕ ОБЪЕМНОГО РЕФЛЕКТОРА
NARROW-BAND ANTENNA OF UHF-EHF RANGES BASED ON VOLUMETRIC REFLECTOR

Предлагаемое устройство относится к области антенной техники и может быть использовано в диапазонах УВЧ-КВЧ, например, на базовых станциях мобильной, сотовой связи, а также в радиорелейных системах.
Развитие сотовой связи, переход на системы 3-го и 4-го поколения требуют для уменьшения размера кластера применения секторных ячеек, для которых необходимы соответствующие секторные антенные устройства с шириной диаграммы направленности до 30° в горизонтальной плоскости и менее, а в перспективе - SMART-антенны.
В радиорелейных системах коэффициент усиления антенных устройств должен составлять величину 20-30 дБ и более.
Известны антенные устройства с высокой направленностью для сотовых и радиорелейных систем, например панельная антенна UXM-1850-2170-90-13.5i-A фирмы Allgon, панельная антенна "Гирлянда-8 1900 фирмы НПК "Антенна XXI", 2003, «Антенное устройство с повышенной направленностью в Е-плоскости», патент РФ №2216831.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является панельная телевизионная антенна дециметровых волн «Бином-3» (Антенны, вып.12 (79), 2003 г., с.17), принятая за прототип.
Антенна-прототип изображена на фиг.1, где обозначено:
1 - источники возбуждения - электрические вибраторы либо иные источники возбуждения (логопериодические, зигзагообразные и т.д.);
3 - плоский рефлектор.
Обладая выраженными направленными свойствами, устройство-прототип имеет тот недостаток, что для повышения коэффициента усиления антенны необходимо увеличивать количество источников возбуждения 1, что увеличивает габариты антенны и усложняет схему питания.
Задача предлагаемого технического решения - уменьшение поперечных размеров антенны, упрощение ее схемы питания и увеличение коэффициента усиления
Для решения поставленной задачи в антенне, содержащей источники возбуждения и рефлектор, согласно изобретению, рефлектор выполнен объемным, в виде совокупность цилиндрических резонаторов с боковой апертурой, а источники возбуждения расположены в апертурах резонаторов либо вне резонаторов на некотором удалении от апертуры, причем апертуры резонаторов расположены в одной плоскости.
Предлагаемая антенна представлена на фиг.2а)-в), где обозначено:
1 - источники возбуждения;
2 - цилиндрический резонатор;
3 - объемный рефлектор (совокупность цилиндрических резонаторов).
В предлагаемой антенне вместо плоского рефлектора используется объемный 3, представляющий собой совокупность цилиндрических резонаторов 2 (круговых, прямоугольных, треугольных и т.д.) с боковой апертурой, располагающихся в одной плоскости, возбуждаемых источниками возбуждения 1 в виде электрических вибраторов или решетки электрических вибраторов, а также иными источниками возбуждения (например, логопериодическими, зигзагообразными, рамочными и т.д.). Причем апертуры резонаторов 2 располагаются в одной плоскости.
Система источников возбуждения может представлять собой полосковую структуру и, в целях упрощения конструкции, может быть расположена на твердой подложке (текстолит, керамика), прикладываемой к объемному рефлектору 3 со стороны апертур цилиндрических резонаторов 2. Каждый элемент всей антенной структуры представляет собой, по сути, антенное устройство с повышенной направленностью в E-плоскости, содержащее металлический рефлектор, выполненный в виде полой цилиндрической поверхности высотой (2-40) λ, где λ - длина волны, с вырезанной вдоль образующей частью цилиндрической поверхности шириной (0,3-0,7)λ и обладающей свойствами частично направляющей системы. При этом источник возбуждения (электрический вибратор) расположен внутри рефлектора (патент РФ №2216831, H01Q).
Однако в отличие от него источники возбуждения 1 располагаются не внутри цилиндрических резонаторов 2, а либо в апертурах цилиндрических резонаторов 2, либо вне резонаторов на некотором удалении от них. Цилиндрические резонаторы 2 могут быть круговой, прямоугольной, треугольной или иной формы.
Функционирует предлагаемая антенна следующим образом.
Каждый из источников возбуждения 1, который располагается в боковой апертуре цилиндрического резонатора 2 или на некотором удалении от нее, возбуждает вокруг себя электромагнитное поле, распространяющееся в той или иной степени во всех направлениях в H-плоскости. Часть электромагнитной энергии, распространяемая в направлении данного объемного рефлектора 3, отражается от кромок боковых вырезов, а также затекает внутрь цилиндров. При характерном поперечном размере цилиндров (для случая кругового цилиндра это диаметр), равном ~0.7λ, в боковой апертуре каждого цилиндрического резонатора 2 формируется, в зависимости от геометрических параметров, определенное распределение магнитного тока, дающее направленное излучение, эквивалентное применению решеток излучателей. Суммарное электромагнитное поле, состоящее из трех частей: поля от источников возбуждения, поля, отраженного от кромок боковых вырезов, и поля цилиндрических резонаторов - обладает ярко выраженной направленностью. И предлагаемая антенна имеет коэффициент усиления на 8-9 дБ больше, чем традиционная панельная антенна с плоским рефлектором, в которой поле формируется из двух частей: поля источников возбуждения и отраженного от рефлектора поля.
Техническим результатом предлагаемой антенны является увеличение коэффициента усиления на 8-9 дБ по сравнению со случаем применения плоского рефлектора в традиционных панельных антеннах, причем без увеличения числа источников возбуждения.
Отличительной особенностью предлагаемой антенны является возможность увеличения коэффициента усиления предлагаемой антенны без увеличения числа источников возбуждения и, как следствие, без увеличения поперечных размеров, за счет использования совокупности цилиндрических резонаторов с боковой апертурой.