ШИРОКОПОЛОСНАЯ ПЛОСКАЯ АНТЕННА
(51) МПК
H01Q 9/00 (2006.01)
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 25.01.2008 - действует
--------------------------------------------------------------------------------
Документ: В формате PDF
(21) Заявка: 2004132701/09
(22) Дата подачи заявки: 2004.11.09
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.11.09
(45) Опубликовано: 2006.03.20
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1497668 A1, 30.07.1989. DE 3738226, 24.05.1989. US 5262791 A, 16.11.1993. US 3816837 A, 11.06.1974.
(72) Автор(ы): Руднев Евгений Анатольевич (RU); Хромых Евгений Алексеевич (RU); Чаплыгин Александр Александрович (RU); Шульженко Сергей Николаевич (RU)
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" (RU)
Адрес для переписки: 394018, г.Воронеж, ул. Плехановская, 14, ОАО "Концерн "Созвездие"
(54) ШИРОКОПОЛОСНАЯ ПЛОСКАЯ АНТЕННА
Изобретение относится к области радиотехники, в частности антенной техники, и может быть использовано в составе систем радиосвязи, устанавливаемых на подвижных носителях. Технический результат - уменьшение габаритов антенны. Для этого в антенне, содержащей два плеча П1 и П2, выполненных в виде меандровой структуры, состоящей из вертикальных элементов, соединенных горизонтальными проводниками, плечи П1 и П2 размещают по обеим сторонам диэлектрического основания так, что в его плоскости вокруг продольной оси одно плечо довернуто относительно другого на 180 градусов, при этом i-ый вертикальный элемент первого плеча образует с i-ым вертикальным элементом второго плеча синфазно излучающую пару, а соседние пары плеч включены противофазно. 4 ил.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники, в частности антенной техники и может быть использовано в составе систем радиосвязи, устанавливаемых на подвижных носителях.
Одной из основных тенденцией развития антенной техники для современных средств мобильной радиосвязи является расширение полосы рабочих частот приемо-передающих антенн при одновременном уменьшении их массогабаритных показателей.
Известна плоская антенна, наклеиваемая на стекло автомобиля [1]. Ее недостатком является узкая полоса рабочих частот.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является антенна, описанная в а.с. №1497668 Н 01 Q 9/00 SU опубл.30.07.89, Бюл.№28, принятая за прототип.
Схема антенны-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:
1 - симметричный вибратор;
2 - горизонтальный проводящий элемент;
3 - вертикальный проводящий элемент;
П1, П2 - плечи вибратора.
Антенна-прототип содержит симметричный вибратор с входными зажимами 1, плечи которого П1, П2 выполнены в виде меандровой структуры (фиг.1), состоящей из горизонтальных 2 и вертикальных 3 проводящих элементов. Горизонтальные проводящие элементы 2 имеют одинаковую длину, а длины вертикальных проводящих элементов 3 выбирают из соотношения:
где: m - длина i-го элемента 3, n - длина элементов 2, i - номер элемента 3, D3.
Антенна работает следующим образом. При подаче на внутренние концы плеч 1 высокочастотного сигнала происходит возбуждение антенны. Распределение тока зависит от закона изменения коэффициента замедления вдоль плеч 1. Указанный коэффициент замедления может изменяться, если горизонтальные проводящие элементы 2 имеют одинаковую длину, а вертикальные проводящие элементы 3 - изменяющуюся. При найденной зависимости (1) антенна излучает в широкой полосе частот.
Действительно, для эффективного излучения на низких частотах, которым соответствуют максимальные длины волн ( max), необходимо, чтобы общая длина антенны была соизмерима с max/2. Кроме этого, исполнение вертикальных проводящих элементов 3 в соответствии с выражением (1) приводит к тому, что высоты первого и i-го вертикального элемента 3 должны различаться в iD раз. Например, при D=3 пятый элемент должен быть больше первого в 125 раз. Если, например, первый элемент 3 имеет длину 1 см, то пятый должен быть равен 125 см. Большие габариты антенны существенно ограничивают ее функциональные возможности при размещении антенны на подвижном носителе.
Недостатком антенны-прототипа являются ее большие габариты.
Для устранения указанного недостатка в антенне, содержащей два плеча, выполненных в виде меандровой структуры, состоящей из вертикальных элементов, соединенных горизонтальными проводниками, согласно изобретению, плечи размещают по обеим сторонам диэлектрического основания так, что в его плоскости вокруг продольной оси одно плечо повернуто относительно другого на 180 градусов, при этом i-ый вертикальный элемент первого плеча образует с i-ым вертикальным элементом второго плеча синфазно излучающую пару, а соседние пары плеч включены противофазно.
На фиг.2 изображена схема заявляемой антенны, где обозначено:
П1, П2 - плечи вибратора;
1, 2 - плоские вертикальные элементы, соединенные горизонтальными проводниками;
3 - диэлектрическое основание;
4 - источник возбуждения.
Плечи П 1 и П2 антенны выполнены из вертикальных плоских элементов 1 и 2, соединенных горизонтальными проводниками, они идентичны, но развернуты относительно друг друга на 180 градусов и располагаются по разные стороны диэлектрического основания 3 (для наглядности, размеры i-ых вертикальных элементов плеч П1 и П2 выполнены разными по высоте). Источник возбуждения 4 подсоединяют со стороны более коротких плоских вертикальных элементов 1 и 2. Стрелками указаны направления токов в плечах антенны П1 и П2. Ширина диэлектрического основания 3 (НMAX) равна высоте наибольшего вертикального элемента и определяется как
где MAX - длина волны на нижней рабочей частоте, MIN - длина волны на верхней рабочей частоте,
- среднегеометрическая длина волны.
Все вертикальные i-e плоские вертикальные элементы 1 и 2 обоих плеч П1 и П2 образуют систему связанных неэкранированных полосковых линий. Токи в i-й паре текут в одну сторону (синфазное включение проводников), а в соседних парах токи текут в противоположных направлениях (противофазное включение проводников). Используя известные методы расчета потерь на распространение в полосковых линиях [2], минимизируют потери в i-й паре и максимизируют потери на распространение в соседних парах путем задания соответствующих расстояний между синфазными вертикальными элементами 1 и 2 и противофазными парами вертикальных элементов 1 и 2. Этим достигается повышение эффективности излучения на резонансной частоте i-й пары плоских вертикальных элементов 1 и 2 и уменьшение влияния на их характеристики излучения соседних пар.
Если ширина плоских элементов 1 и 2 значительно больше толщины основания 3, то длина основания (LП) может быть определена через параметры структуры плеч антенны, а именно:
где S - «период» структуры, S=W+S1+S2 (W - ширина плоских вертикальных элементов, S1 - смещение плоских вертикальных элементов, расположенных на противолежащих сторонах полотна антенны; S2 - расстояние между внутренними краями противолежащих плоских вертикальных элементов; Hmin = MIN/4 - минимальная высота; =Н i-1/Нi - коэффициент приращения размера плоских вертикальных элементов).
Антенна работает следующим образом. При включении источника возбуждения 4 каждая пара синфазных плоских вертикальных элементов обоих плеч П1 и П 2 эффективно излучает в области собственных резонансных частот. Относительная независимость синфазных пар друг от друга расширяет полосу рабочих частот антенны в сторону низких частот, так как на низких частотах погонное индуктивное сопротивление полосковой линии незначительно, а результирующее изотропное электромагнитное поле создается суммой парциальных полей всех плоских вертикальных элементов 1 и 2. На высоких частотах эффективно излучают начальные (со стороны источника возбуждения 4) участки антенны. Последующие участки практически не излучают из-за высокого погонного индуктивного сопротивления (эффект частотной самоотсечки).
При одинаковых амплитудах токов в элементах 1 и 2 осуществляется изотропное излучение электромагнитного поля. Изотропность излучения каждой пары плоских вертикальных элементов 1 и 2, необходимая для формирования круговой диаграммы направленности в заданной полосе частот, обеспечивается относительно слабой связью соседних пар и их различием по размерам (величина плоских вертикальных элементов соседних пар образует геометрическую прогрессию со знаменателем ˜0,87. При таком значении высота первого плоского вертикального элемента отличается от высоты шестнадцатого плоского вертикального элемента всего в 10 раз). На фиг.4 и 5 представлены результаты измерений макета антенны в диапазоне 20-2000 МГц, имеющего следующие численные значения:
- количество плоских вертикальных элементов одного плеча - 17;
- высота первого плоского вертикального элемента HMIN=24 мм;
- высота полотна антенны HMAX =240 мм;
- длина полотна антенны LП=288 мм.
Источники информации
1. Антенна на стекле автомобиля, №3738226, ФРГ, от 24.05.89 №21
2. Справочник по элементам полосковой техники /Под ред. А.Л.Фельдштейна, М.: Связь, 1979, стр.57.
3. А.с.SU, №1497668, Н 01 Q 9/00 опубл.30.07.89, Бюл. №28 - прототип.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Широкополосная плоская антенна, содержащая два плеча, выполненные в виде меандровой структуры, состоящей из вертикальных элементов, соединенных горизонтальными проводниками, отличающаяся тем, что плечи размещают по обеим сторонам диэлектрического основания так, что в его плоскости вокруг продольной оси одно плечо повернуто относительно другого на 180°, при этом i-ый вертикальный элемент первого плеча образует с i-ым вертикальным элементом второго плеча синфазно излучающую пару, а соседние пары плеч включены противофазно.
Независимый научно технический портал
На главную страницу раздела
