УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ЗИГЗАГООБРАЗНАЯ АНТЕННА
UNIVERSAL POLARISATION ZIG-ZAG ANTENNA

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах связи, в том числе спутниковых и с подвижными объектами, для радиоразведки и противодействия, обеспечения электромагнитной совместимости.
Известны зигзагообразные широкополосные антенны (Онищенко И.П. Приемные телевизионные антенны. - М.: ДОСААФ, 1989, стр.79-88, рис.45, 48, 51), в которых двойная треугольная антенна состоит из двух незамкнутых треугольных рамок, расположенных в одной плоскости и соединенных между собой. Все эти антенны обладают линейной поляризацией, жестко связанной с конструкцией антенны. Кроме того, для изменения плоскости поляризации необходимы механический поворот полотна антенны и приспособление, обеспечивающее симметрию работы плеч вибратора.
Известны спиральные антенны (Юрцев О.А., Рунов, А.В., Казарин А.Н. Спиральные антенны. - М.: «Сов. Радио», 1974, стр.114-116), представляющие собой регулярную спиральную линию, отрезок которой используется в качестве направителя антенны, возбуждаемого коаксиальной линией. Такие антенны обеспечивают прием и передачу с горизонтальной, вертикальной и круговой поляризацией. Однако они не обеспечивают достаточно оперативное изменение поляризации антенны. Кроме того, для работы с круговой поляризацией необходимо использовать не менее четырех витков, а это не только увеличивает и усложняет объем конструкции, но и снижает надежность антенны.
Известны турникетные антенны (Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 2. Пер. с нем. - М.: Данвел, 2005, стр.119), обеспечивающие работу с круговой и линейной поляризацией.
Турникетные антенны также не обеспечивают оперативное изменение поляризации антенны. Кроме того, турникетные антенны, как и спиральные, при переходе на линейную поляризацию снижают коэффициент усиления.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой антенне является зигзагообразная антенна, содержащая четыре одинаковых незамкнутых и выполненных в форме квадрата или ромба витка, незамкнутые концы которых повернуты к центру антенны, кроме того, каждый виток повернут на 90° относительно соседнего витка, при этом два витка являются основными, а два - дополнительными, двухпроводные линии питания, клеммы (патент № 2089020, опубл. 27.08.1997).
В этой зигзагообразной антенне два типовых зигзагообразных полотна, как и в турникетных антеннах, повернуты относительно друг друга на 90° и запитаны через линию питания, длина которой составляет четверть длины электромагнитной волны, то есть со сдвигом фазы на 90°. Таким образом, за счет усложнения конструкции, эта антенна обеспечивает работу с круговой и линейной поляризациями, но не обеспечивает оперативное изменение поляризации. Это обусловлено жесткой коммутацией через линию питания длиной в четверть волны дополнительного полотна антенны (дополнительных витков).
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в обеспечении оперативного изменения поляризации антенны, повышении надежности и упрощении конструкции антенны с включением в работу всех проводников. Для достижения указанного технического результата в универсальной поляризационной зигзагообразной антенне, содержащей четыре одинаковых и расположенных в одной плоскости незамкнутых витка, незамкнутые концы которых повернуты к центру антенны, при этом каждый виток повернут на 90° относительно соседнего витка, клеммы, источники питания, незамкнутые витки выполнены в форме равнобедренных треугольников, основания которых образуют квадрат, а боковые стороны треугольников являются общими для соседних треугольников и одновременно половиной диагонали квадрата, незамкнутые концы витков служат клеммами, к которым крест-накрест подключены источники питания.
Отличительными признаками предлагаемой универсальной поляризационной зигзагообразной антенны от указанной выше известной зигзагообразной антенны, наиболее близкой к ней, являются следующие:
- незамкнутые витки выполнены в форме равнобедренных треугольников,
- основания треугольников образуют квадрат,
- боковые стороны треугольников являются общими для соседних и одновременно половиной диагонали квадрата,
- незамкнутые концы витков служат клеммами,
- к клеммам крест-накрест подключены источники питания, что обеспечивает поворот плоскости поляризации.
Наличие этих признаков в предлагаемой универсальной поляризационной зигзагообразной антенне обеспечивает оперативное изменение поляризации. Кроме того, из-за существенного сокращения количества проводников значительно упрощена конструкция антенны, а также уменьшены ее размеры, что влечет за собой повышение ее механической прочности и надежности. Помимо этого, предложенное включение питания обеспечивает введение в действие всех проводников при приеме-передаче, независимо от используемой поляризации, что является определяющим в работе этой антенны.
Предлагаемая универсальная поляризационная зигзагообразная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 представлено схематичное изображение антенны, на фиг.2 - диаграмма направленности и основные электрические параметры антенны в режиме работы с вертикальной поляризацией, на фиг.3 - то же в режиме работы с горизонтальной поляризацией, на фиг.4 - то же в режиме работы с круговой поляризацией: а) - вертикальная составляющая, б) - горизонтальная составляющая.
1
2
3
4
1,
2
3
4
1
2
3
4
Универсальная поляризационная зигзагообразная антенна (фиг.1) содержит четыре одинаковых незамкнутых витка 1, 2, 3, 4. Все витки 1, 2, 3, 4 расположены в одной плоскости. Незамкнутые витки 1, 2, 3, 4 выполнены в форме равнобедренных треугольников 1', 2', 3', 4' с основаниями соответственно 5, 6, 7, 8 и боковыми сторонами 9, 10, 11, 12. При этом боковая сторона 9 является общей для треугольников 1' и 4', а боковая сторона 10 - общей для треугольников 1' и 2', боковая сторона 11 - общей для треугольников 2' и 3', боковая сторона 12 - общей для треугольников 3' и 4'. Незамкнутые витки 1, 2, 3, 4 повернуты своими незамкнутыми концами 13, 13, 13, 13 к центру 14 антенны. Основания 5, 6, 7, 8 равнобедренных треугольников 1', 2', 3', 4' образуют квадрат (не обозначен). Боковые стороны 9, 10, 11, 12 равнобедренных треугольников 1', 2', 3', 4' являются половиной диагонали в квадрате. Незамкнутые концы 13, 13, 13, 13 витков 1, 2, 3, 4 служат клеммами (не обозначены), к которым крест-накрест подключены источники питания 15, 16. Источник 16 питания подключен к клеммам 13 и 13. Источник 15 питания подключен к клеммам 13 и 13.
Универсальная поляризационная зигзагообразная антенна работает следующим образом.
1
2
3
1
4
Наведенный источником 16 питания ток протекает от клеммы 13 по боковой стороне 9, раздваиваясь на основания 5, 8 соответственно треугольников 1' и 4' и далее, через основания 7 и 6 соответственно треугольников 3' и 2', складываясь на боковой стороне 11, течет в клемму 13. При синфазном включении источников 15, 16 питания наведенный источником 15 питания ток от клеммы 13, при сдвиге фаз в 0°, одновременно с током из клеммы 13, но течет уже по боковой стороне 10, раздваиваясь на основания 5, 6 треугольников 1' и 2' и далее, через основания 7, 8 треугольников 3' и 4', складываясь на боковой стороне 12, течет в клемму 13. Таким образом, на верхней и нижней сторонах квадрата, т.е. на основаниях 5 и 7 равнобедренных треугольников 1' и 3' токи будут течь в противоположных направлениях, при этом компенсируясь, а на боковых стенках квадрата, т.е. на основаниях 6 и 8 равнобедренных треугольников 2' и 4' токи будут течь в одинаковых направлениях, т.е. удваиваясь и обеспечивая работу антенны в режиме вертикальной поляризации. При противофазном включении источников 15 и 16 питания, наводимые ими токи будут противоположны и, соответственно, на тех участках, на которых при синфазном включении токи складываются, будут вычитаться, а на тех участках, на которых компенсируются, будут складываться. Таким образом, при изменении фаз токов на 180° поляризация предлагаемой антенны изменяется на 90°, то есть антенна будет работать в режиме горизонтальной поляризации. В режиме круговой поляризации антенна будет работать со сдвигом фаз между источниками питания 15 и 16 в 90° и в зависимости от опережения или отставания фаз одного из источников питания относительно другого будет реализована круговая поляризация с правой или левой стороной вращения плоскости поляризации. Подключение крест-накрест источников 15 и 16 питания позволяет осуществлять поворот плоскости поляризации с соотношениями фазового сдвига между токами этих источников: 0° - для вертикальной поляризации; 180° - для горизонтальной поляризации; 90° - для круговой поляризации, величины которых можно оперативно изменять.
Работу универсальной поляризационной зигзагообразной антенны подтверждают результаты электронного моделирования в среде MMANA, о чем свидетельствуют диаграммы направленности в разных режимах работы антенны (фиг.2 - режим работы антенны с вертикальной поляризацией, фиг.3 - то же с горизонтальной поляризацией, фиг.4 - то же с круговой поляризацией). В этих режимах нет излучений с паразитными, не основными поляризациями. Кроме того, уменьшенный раздельно по графикам на 3 dBd коэффициент усиления, при суммировании, дает одно и то же усиление антенны в разных режимах, что также подтверждает очень хорошую работу предлагаемой в качестве изобретения антенны.