RU171817U1 - Антенна круговой поляризации "клевер" с рамочными переизлучателями - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к ненаправленным антеннам в горизонтальной плоскости с круговой поляризацией. Антенна содержит четыре изогнутых вибратора, имеющих линейные начальные, длиной 0,25λ участки, расположенные перпендикулярно попарно во взаимно ортогональных плоскостях, исходящих из одной общей точки, являющейся первой клеммой питания, расположенной на линии пересечения плоскостей, отходящие продолжением от линейных участков, соизмеримые по длине с 0,5λ дуговые участки, расположенные в наклонных плоскостях, и линейные конечные, длиной 0,25λ участки, сходящиеся к общей точке, являющейся второй клеммой питания, расположенной на линии пересечения плоскостей. Точки перехода дуг к конечным линейным участкам дополнительно попарно соединены крест на крест расположенными в плоскостях начальных, длиной 0,25λ линейных участков соединительными проводниками, коммутирующимися между собой в точке их пересечения, расположенной на оси пересечения плоскостей. При этом в коаксиально расположенных плоскостях, на расстояниях от линии пересечения ортогональных плоскостей, равных 0,3λ, расположены рамочные переизлучатели с периметрами сторон рамок, равными λ, причем нижние части проводников рамочных переизлучателей находятся на уровне зоны линейных начальных участков вибраторов. Технический результат заключается в повышении коэффициента усиления. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Антенна круговой поляризации «клевер» с рамочными переизлучателями относится к ненаправленным антеннам в горизонтальной плоскости с круговой поляризацией и предназначена для использования на транспортных средствах, в том числе на беспилотных летательных аппаратах, локальных беспроводных сетях и устройствах, используемых в сложной электромагнитной обстановке. Из уровня техники известна проблема низких коэффициентов усиления и высокой эллиптичности поляризации ненаправленных в горизонтальной плоскости антенн с круговой поляризацией. Применение классических линейных перекрещенных директоров в клеверных антеннах результатов не дает, что влечет прикладное использование этих антенн в изначальных версиях с пониженными коэффициентами усиления.

Известна наиболее широко применяемая, с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, при использовании круговой поляризации, Cloverleaf Antennas (http://www.antenna-theory.com/antennas/cloverleaf.php), из четырех, наклонных с изогнутыми дугами вибраторов, с восходящими до 45° проводниками их контуров, синфазно запитанных от общих клемм.

Недостатками известной антенны являются низкий, меньший, чем у классического диполя, коэффициент усиления и повышенные эллиптичность поляризации и коэффициент стоячей волны.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой в качестве полезной модели антенне является антенна круговой поляризации квазишунтовой «клевер» (Пат. РФ №166256, опубл. 10.11.2016), содержащая четыре изогнутых вибратора, в виде четвертьволновых линейных участков, соизмеримых по длине с полуволной дуговых участков, расположенных в наклонных плоскостях, и линейных четвертьволновых участков, сходящихся к общим клеммам питания. Точки перехода дуг к конечным линейным участкам дополнительно попарно соединены крест на крест расположенными в плоскостях начальных четвертьволновых линейных участков соединительными проводниками, квазишунтами, коммутирующимися между собой в точке их пересечения, расположенной на оси пересечения плоскостей.

Недостатками прототипа являются низкий коэффициент усиления, меньший, чем у классического диполя, и повышенная эллиптичность, ограничивающие области применения.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков прототипа с созданием антенны круговой поляризации с уменьшенной эллиптичностью поляризации и повышенным коэффициентом усиления для расширения возможностей и областей применения изотропных антенн.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в уменьшении эллиптичности поляризации и повышении коэффициента усиления.

Технический результат полезной модели достигается симметричным размещением в горизонтальной плоскости на определенном расстоянии вокруг оси антенны рамочных переизлучателей, обеспечивающих повышение коэффициента усиления за счет добавления резонансных элементов, одновременно приближающих поляризацию к круговой.

Техническое решение антенн круговой поляризации «клевер» с рамочными переизлучателями обеспечивается тем, что устройство антенны конструктивно содержит четыре изогнутых вибратора, имеющих линейные начальные, длиной 0,25λ, участки, которые расположены перпендикулярно попарно во взаимно ортогональных плоскостях, исходящих из одной общей точки, являющейся первой клеммой питания, расположенной на линии пересечения плоскостей. Отходящие продолжением от линейных участков, соизмеримые по длине с 0,5λ, дуговые участки расположены в наклонных плоскостях. Линейные конечные участки, длиной 0,25λ, сходящиеся к общей точке, являющейся второй клеммой питания, расположены на линии пересечения плоскостей. Точки перехода дуг к конечным линейным участкам дополнительно попарно соединены крест на крест расположенными в плоскостях начальных, длиной 0,25λ линейных участков соединительными проводниками, коммутирующимися между собой в точке их пересечения, расположенной на оси пересечения плоскостей. В коаксиально расположенных плоскостях, на расстояниях от линии пересечения ортогональных плоскостей, равных 0,3λ, с периметрами сторон проводниковых рамок, равными λ, расположены рамочные переизлучатели. Нижние части проводников рамочных переизлучателей находятся в зоне уровня линейных начальных участков вибраторов. Рамочные переизлучатели выполнены в виде преимущественно формы колец.

Коаксиально расположенные плоскости могут быть перпендикулярны биссектрисам углов раскрыва ортогональных плоскостей. Коаксиально расположенные плоскости могут быть перпендикулярны линейным начальным участкам вибраторов.

В дополнительных коаксиально расположенных плоскостях, на расстояниях от линии пересечения ортогональных плоскостей, равных 0,5λ, перпендикулярных биссектрисам углов раскрыва ортогональных плоскостей и линейным начальным участкам вибраторов могут быть расположены рамочные переизлучатели с периметрами сторон проводниковых рамок, равными λ.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналогов, характеризующихся совокупностью признаков заявленного технического решения, в известных источниках информации не обнаружено, что указывает на соответствие заявленного технического решения условию патентоспособности "новизна".

Сочетание отличительных признаков и свойств, как в заявленном устройстве из технической, научной литературы и патентной документации не выявлено, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

Промышленная применимость заявленного технического решения усматривается в предельной технологичности и простоте изготовления путем оснащения отработанных широко используемых конструкций устройств дополнительными конструктивными элементами, тиражировании и эксплуатационных возможностях при конкурентоспособном уровне.

На фиг. 1 приведен эскиз антенны круговой поляризации «клевер» с рамочными переизлучателями в форме шестигранников в плоскостях, перпендикулярных линейным начальным участкам вибраторов.

На фиг. 2 приведены диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях с основными параметрами антенны с рамочными переизлучателями в форме шестигранников в плоскостях, перпендикулярных линейным начальным участкам вибраторов.

На фиг. 3 приведены диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, раздельно по вертикальной и горизонтальной поляризациям, антенны с рамочными переизлучателями в форме шестигранников в плоскостях, перпендикулярных линейным начальным участкам вибраторов.

На фиг. 4 приведен эскиз антенны круговой поляризации «клевер» с рамочными переизлучателями в форме шестигранников с дополнительно коаксиально расположенными плоскостями, на расстояниях от линии пересечения ортогональных плоскостей, равных 0,5λ, перпендикулярных биссектрисам углов раскрыва ортогональных плоскостей и линейным начальным участкам вибраторов.

На фиг. 5 приведены диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях с основными параметрами антенны с рамочными переизлучателями в форме шестигранников по эскизу на фиг. 4.

На фиг. 6 приведены диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, раздельно по вертикальной и горизонтальной поляризациям, антенны с рамочными переизлучателями в форме шестигранников по эскизу на фиг. 4.

Антенна круговой поляризации «клевер» с рамочными переизлучателями (фиг. 1) содержит четыре изогнутых вибратора 1, имеющие линейные начальные участки 2, длиной 0,25λ, расположенные перпендикулярно попарно во взаимно ортогональных плоскостях 3, 4, исходящих из одной общей точки 5, являющейся первой клеммой питания «а». Точка 5 расположена на оси антенны - линии 6 пересечения плоскостей 3 и 4. Отходящие продолжением от линейных участков 2, соизмеримые по длине с 0,5λ, дуговые участки 7 расположены в наклонных плоскостях (плоскости на фиг. 1 не показаны). Линейные конечные участки 8 длиной 0,25λ, сходящиеся к общей точке 9, являющейся второй клеммой питания «б», расположены на оси антенны - линии 6 пересечения плоскостей 3 и 4. Точки перехода дуг к конечным линейным участкам 10 дополнительно попарно соединены крест на крест, расположенными в плоскостях 3 и 4 начальных линейных участков 2, длиной 0,25λ, соединительными проводниками 11, коммутирующимися между собой в точке их пересечения 12, расположенной на оси антенны - линии 6 пересечения плоскостей 3 и 4. Точка пересечения 12 соединительных проводников 11 по оси антенны - линии 6 пересечения плоскостей 3 и 4 может быть соединена проводником 13 со второй клеммой питания «б» или с первой клеммой питания «а». В коаксиально расположенных плоскостях 14, на расстояниях от линии 6 пересечения ортогональных плоскостей 3, 4, равных 0,3λ, с периметрами сторон проводниковых рамок, равными λ, расположены рамочные переизлучатели 15. Нижние части проводников рамочных переизлучателей находятся на уровне зоны линейных начальных участков 2 вибраторов 1.

Коаксиально расположенные плоскости 14 могут быть перпендикулярны биссектрисам 16 углов раскрыва ортогональных плоскостей 3, 4 (на эскизе фиг. 4 не показаны).

Коаксиально расположенные плоскости 14 могут быть перпендикулярны линейным начальным участкам 2 вибраторов 1 (фиг. 4).

В дополнительных коаксиально расположенных плоскостях 17, на расстояниях от линии 6 пересечения ортогональных плоскостей 3, 4, равных 0,5λ, перпендикулярных биссектрисам 16 углов раскрыва ортогональных плоскостей 3, 4 и линейным начальным участкам 2 вибраторов 1, могут быть расположены рамочные переизлучатели 15 с периметрами проводниковых рамок, равными λ.

Антенна круговой поляризации «клевер» с рамочными переизлучателями работает следующим образом. В каждой паре изогнутых вибраторов 1, расположенных линейными начальными четвертьволновыми участками 2, расходящимися из одной точки питания 5, излучение на этих участках отсутствует, но возбуждаются и излучают полуволновые дуговые участки 7, расположенные в пространстве на расстоянии 0,25λ, волны от центра и линейные конечные участки 8, токи в последних текут синфазно от всех изогнутых вибраторов 1. Таким образом, при расположении плоскости каждого полуволнового дугового участка 7 под углом 45° относительно плоскости расположения линейных конечных участков 8, с учетом расположенного напротив, на расстоянии 0,5λ, от дугового участка 7, через центр, противоположного дугового полуволнового дугового участка 7 в плоскости, расположенной под углом 135°, что при совместном угле между излучающими структурами 90°, то есть перекрестно расположенных, излучается поле круговой поляризации. При этом относительно оси 6 пересечения плоскостей 3 и 4 плоскости расположения каждого полуволнового дугового участка 7 наклонены в одну сторону, то от центра антенны в верхнее полупространство радиально излучается поле односторонней круговой поляризации. Ввиду того, что токи во всех изогнутых вибраторах 1 равны, а в линейных конечных участках 8 и синфазны, то противоположные точки 10, перехода дуг 7 к конечным линейным участкам 8 попарно соединены соединительными проводниками 11, с коммутацией между собой в точке их пересечения 12, расположенной на оси 6, пересечения плоскостей 3 и 4. Образовались квазишунты 11, замыкающие точки перехода 10 противофазных токов вибраторов 1 в синфазные токи на участках 8, с их средней точкой 12. Квазишунты, подобно классическим шунтам, вносят изменения в импеданс, и для настройки антенны, когда точка пересечения соединительных проводников 10 может быть по линии пересечения плоскостей 12 перемещена в сторону клемм питания для изменения длин соединительных проводников 11. Таким образом, реализуется работа, подобная работе классической антенны «клевер», но с возможности регулирования входного импеданса. Ввиду того, что излучение в антеннах «клевер» обеспечивается изогнутыми вибраторами 1, то, в отличие от классического линейного диполя, происходит расширение диаграммы направленности в вертикальной плоскости, что сопровождается уменьшением коэффициента усиления. Для увеличения коэффициента усиления в направлениях излучения на расстоянии, равном 0,3λ, от линии оси 6 антенны устанавливаются рамочные переизлучатели 15. Классически, для увеличения коэффициентов усиления антенн переизлучатели устанавливаются в створах осей диаграмм направленностей, что в данном случае соответствует направлениям биссектрис 16 углов раскрыва ортогональных плоскостей 3, 4. Ввиду круговой диаграммы направленности антенн «клевер», для обеспечения баланса, устанавливается четыре идентичных рамочных переизлучателя на расстоянии, соизмеримом с 0,3λ от линии оси 6 антенны, обеспечивающем длину периметра окружности, на которой коаксиально относительно центра антенны расположены рамочные переизлучатели, соизмеримой с 2λ. Это позволяет устанавливать переизлучатели также и во вторых точках, сдвинутых по кругу на угол 45°, то есть перпендикулярно линейным начальным участкам 2 вибраторов 1. При изменении формы рамочных переизлучателей 15, от треугольной до кольцевой, при одинаковой протяженности сторон рамок, равной λ, происходит увеличение коэффициента усиления антенны круговой поляризации «клевер» с рамочными переизлучателями, с максимумом при форме рамочных переизлучателей в виде колец. Технический результат повышения коэффициента усиления достигается использованием резонансных переизлучателей. Реализация рамочных переизлучателей, выполненных в виде преимущественно колец, обеспечивает нивелирование круговой поляризации, снижая эллиптичность. Дальнейшее увеличение коэффициента усиления достигается (фиг. 4) дополнительным коаксиальным расположением в плоскостях 17, на расстояниях от линии 6 пересечения ортогональных плоскостей 3, 4, равных 0,5λ, перпендикулярных биссектрисам 16 углов раскрыва ортогональных плоскостей 3, 4 и линейным начальным участкам 2, вибраторов 1, расположены рамочные переизлучатели 15 с периметрами сторон проводниковых рамок, равными λ.

Доводы по работе технического решения подтверждают результаты компьютерного моделирования в программе MMANA в УКВ диапазоне, показанные на фиг. 2, 3, 5, 6 и подтвержденные результатами исследований действующего макета.

Задача полезной модели решена, разработано техническое решение, которое может быть использовано на транспортных средствах, в том числе на беспилотных летательных аппаратах, локальных беспроводных сетях и устройствах, используемых в сложной электромагнитной обстановке.

Claims (5)

1. Антенна круговой поляризации «клевер» с рамочными переизлучателями, содержащая четыре изогнутых вибратора, имеющих линейные начальные, длиной 0,25λ участки, расположенные перпендикулярно попарно во взаимно ортогональных плоскостях, исходящих из одной общей точки, являющейся первой клеммой питания, расположенной на линии пересечения плоскостей, отходящие продолжением от линейных участков, соизмеримые по длине с 0,5λ дуговые участки, расположенные в наклонных плоскостях, и линейные конечные, длиной 0,25λ участки, сходящиеся к общей точке, являющейся второй клеммой питания, расположенной на линии пересечения плоскостей, точки перехода дуг к конечным линейным участкам дополнительно попарно соединены крест на крест расположенными в плоскостях начальных, длиной 0,25λ линейных участков соединительными проводниками, коммутирующимися между собой в точке их пересечения, расположенной на оси пересечения плоскостей, отличающаяся тем, что в коаксиально расположенных плоскостях, на расстояниях от линии пересечения ортогональных плоскостей, равных 0,3λ, расположены рамочные переизлучатели с периметрами сторон рамок, равными λ, причем нижние части проводников рамочных переизлучателей находятся на уровне зоны линейных начальных участков вибраторов.

2. Антенна круговой поляризации по п. 1, отличающаяся тем, что рамочные переизлучатели выполнены в виде преимущественно колец.

3. Антенна круговой поляризации по п. 1, отличающаяся тем, что коаксиально расположенные плоскости перпендикулярны биссектрисам углов раскрыва ортогональных плоскостей.

4. Антенна круговой поляризации по п. 1, отличающаяся тем, что коаксиально расположенные плоскости перпендикулярны линейным начальным участкам вибраторов.

5. Антенна круговой поляризации по п. 1, отличающаяся тем, что в дополнительно коаксиально расположенных плоскостях, на расстояниях от линии пересечения ортогональных плоскостей, равным 0,5λ, перпендикулярных биссектрисам углов раскрыва ортогональных плоскостей и линейным начальным участкам вибраторов, расположены рамочные переизлучатели с периметрами сторон проводниковых рамок, равными λ.

Images