МАЛОГАБАРИТНАЯ НАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА

МАЛОГАБАРИТНАЯ НАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА 


) RU (11) 2066905 (13) C1

(51) 6 H01Q9/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93034507/09 
(22) Дата подачи заявки: 1993.07.01 
(45) Опубликовано: 1996.09.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Жук М.С. Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств, М, Энергия 1966, с.312-329. 2. G EEE Trans. on Antennas and Propog.АР-32, 1984 г, April, pp.425-428. 
(71) Заявитель(и): Джиоев Альберт Леонидович; Борщ Борис Викторович; Перевощиков Владислав Игоревич 
(72) Автор(ы): Джиоев Альберт Леонидович; Борщ Борис Викторович; Перевощиков Владислав Игоревич 
(73) Патентообладатель(и): Джиоев Альберт Леонидович; Борщ Борис Викторович; Перевощиков Владислав Игоревич 

(54) МАЛОГАБАРИТНАЯ НАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА 

Использование: в качестве комнатной антенны для приема телевизионного вещания. Малогабаритная направленная антенна содержит два проводящих полукольца, первые два конца которых соединены с фидером. Между вторыми двумя концами включен резистор. Проводящие полукольца выполнены плоскими в плоскости изгиба и размещены на первой стороне диэлектрической пластины. Первые два конца этих полуколец соединены с фидером через полосковые щелевую и несимметричную линии. Концы щелевой полосковой линии короткозамкнуты между собой. На второй стороне диэлектрической пластины размещены изогнутый проводник и контактная площадка. Изогнутый проводник пересекает в проекции зазор между двумя проводниками щелевой полосковой линии на расстоянии четверти максимальной рабочей длины волны в щелевой полосковой линии от их короткозамкнутых концов, образуя в этом месте возбудитель. Контактная площадка соединена перемычкой с короткозамкнутым концом щелевой линии. Первый проводник щелевой полосковой линии является экраном несимметричной полосковой линии, полоском которой является участок изогнутого проводника. Остальной участок изогнутого проводника и металлизация на первой стороне диэлектрической пластины, подключенная ко второму проводнику щелевой линии, образуют разомкнутый четвертьволновый отрезок несимметричной полосковой линии. 5 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области радиотехники, а точнее к антенной технике, и может быть использовано как в виде самостоятельной антенны, так и в составе более сложных антенн (антенных решеток).

Для ряда применений в ультракоротковолновом (УКВ) диапазоне требуются антенны с однонаправленной диаграммой направленности (ДН) и выходом на коаксиальный фидер. Такие антенны предпочтительны при организации служебной радиосвязи и приеме телевизионного вещания. Повышение направленности, как известно, приводит к увеличению уровня сигнала, а образующиеся при этом провалы в ДН позволяют улучшить помехозащищенность. Так, в условиях многолучевого приема, ориентируя минимум ДН в определенном направлении, можно устранить многоконтурность телевизионного изображения, искажения цветопередачи и нелинейные искажения звукового стереосигнала. Однако в городских квартирах и на транспортных средствах затруднена установка крупногабаритных антенн, которые обладают хорошими направленными свойствами; для таких применений целесообразно использовать малогабаритные антенны, пусть даже с меньшей направленностью. Таким образом, в настоящее время актуально создание малогабаритной направленной антенны (МНА) с выходом на коаксиальный фидер.

Одним из наиболее простых типов направленной антенны, который можно считать аналогом изобретения, является хорошо известный симметричный вибратор. Однако его ДН является направленной лишь в плоскости вибратора (да и то двунаправленной). Кроме того, для подключения вибратора к коаксиальному фидеру необходимо применение симметрирующего устройства, имеющего значительные размеры. Наконец, короткие вибраторы (короче /2, где длина волны) трудно согласовать с коаксиальным фидером, причем даже при использовании симметрирующе-согласующего устройства (ССУ).

Получить однонаправленную ДН при относительной простоте антенного устройства можно с помощью ромбической антенны (РА), находящей применение в коротковолновом и УКВ диапазонах [1] РА представляет собой систему из четырех расширяющихся от места питания проводов, изогнутых в форме ромба, и является антенной бегущей волны. Эта волна образуется благодаря включению в одном из углов ромба, диаметрально противоположно точке питания, активной нагрузки. Однако при использовании для питания РА коаксиального фидера необходимо применение, как и в случае вибраторной антенны, отдельного ССУ, что не всегда приемлемо. Кроме того, длина стороны ромба в РА составляет не менее 2, а это обуславливает значительные габариты антенны и требует применения диэлектрических опор. К тому же ССУ должно соединяться с антенной пайкой (или иным способом), что, вместе с вышеупомянутыми недостатками, не позволяет обеспечить высокую технологичность изготовления.

Часть этих недостатков устраняется при использовании кольцевой рамочной антенны [2] принятой за прототип. Антенна [2] является направленной антенной УКБ диапазона уменьшенных, по сравнению с [1] габаритов и представляет собой нагруженную резистором кольцевую рамку периметром около l. Она выполнена из металлических полуколец шириной 50-140 мм и толщиной 0,5 мм, размещенных на цилиндрической поверхности. Максимум ее ДН ориентирован в направлении точки питания. Эта антенна подключается к двухпроводному фидеру с волновым сопротивлением приблизительно 300 ом. Если же требуется использовать 50- или 75-ом. коаксиальный фидер, то, как и в случае РА, придется применять то или иное ССУ. Другим недостатком прототипа является неудобство крепления к опоре (требуются диэлектрические конструктивные элементы). Недостатком является также значительная толщина антенны (металлические полукольца рамки образуют значительный объем, ограниченный их цилиндрической поверхностью).

Таким образом, недостатками прототипа [2] являются:

1) "трехмерность" конструкция, обуславливающая значительные габариты и не позволяющая использовать простую технологию изготовления;

2) невозможность подключения прототипа к коаксиальному фидеру без отдельного ССУ, а его применение существенно увеличивает массу и габариты антенны;

3) необходимость использования для крепления к опоре диэлектрических конструктивных элементов, что усложняет конструкцию антенны.

Целью изобретения является уменьшение габаритов антенны и обеспечение возможности подключения к коаксиальному фидеру при упрощении конструкции крепления к опоре и технологии изготовления.

Эта цель достигается тем, что полукольца выполнены плоскими в плоскости изгиба и размещены на первой стороне введенной диэлектрической пластины, а первые два конца полуколец соединены с фидером через расположенную внутри и вне полуколец щелевую полосковую линию, которая образована двумя проводниками, проходящими без гальванического контакта между вторыми двумя кольцами полуколец, причем эти проводники короткозамкнуты между собой в конце щелевой полосковой линии и выполнены, как и оба полукольца, в виде металлизации диэлектрической пластины, имеющей сквозное отверстие для крепления к опоре, при этом на второй стороне диэлектрической пластины находятся выполненные в виде ее металлизации изогнутый проводник, пересекающий в проекции зазор между двумя проводниками щелевой полосковой линии на расстоянии lщл/4 от их короткозамкнутых концов, где щл максимальная рабочая длина волны в щелевой полосковой линии, и образующий в этом месте возбудитель, и контактная площадка для подключения внешнего проводника коаксиального фидера, соединенная перемычкой с концом щелевой полосковой линии, причем первый проводник щелевой полосковой линии является экраном несимметричной полосковой линии, полоском которой является подключаемый к центральному проводнику коаксиального фидера, вблизи контактной площадки, отрезок изогнутого печатного проводника, расположенный на второй стороне диэлектрической пластины между одним его концом и возбудителем, а остальной отрезок этого изогнутого проводника, расположенный между возбудителем и другим его концом, вместе с металлизацией, выполненной на первой стороне диэлектрической пластины в виде плоского проводника, подключенного ко второму проводнику щелевой полосковой линии, образует разомкнутый отрезок несимметричной полосковой линии длиной нл/4, где нл максимальная рабочая длина волны в несимметричной полосковой линии.

Наличие отличительных признаков МНА обуславливает соответствие заявляемого технического решения критерию "новизна".

Сочетание отличительных признаков и свойств МНА обуславливает соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показан вид сверху на МНА. На фиг. 2 показан вид снизу на часть МНА. На фиг. 3 показан один из способов подключения коаксиального фидера к ССУ. На фиг. 4 показана эквивалентная схема МНА. На фиг. 5 показана ДН заявляемой антенны.

МНА выполнена (фиг. 1) в виде плоской нагруженной рамки на диэлектрической пластине 1 размером А х В и толщиной h. Рамка состоит из двух плоских металлических полуколец 2, 3, размещенных в одной плоскости, а именно на первой (верхней) стороне пластины 1 (средний радиус окружности обозначен r), и подключенных первыми двумя концами 4, 5 к проводникам 6, 7, образующим щелевую полосковую линию. Ширина проводников 6, 7 внутри рамки увеличивается от величины c до величины a, при этом ширина зазора 8 между ними уменьшается от величины d между концами 4 и 5 до величины b между вторыми двумя концами 9, 10 полуколец 2, 3. При этом проводники 6, 7 не имеют гальванического контакта с концами 9, 10 полуколец 2, 3. Вне рамки проводники 6, 7 имеют постоянную ширину a и разделены постоянным зазором шириной b. Концы 11 и 12 проводников 6 и 7 короткозамкнуты с помощью металлической площадки 13. К внешней стороне проводника 7 вне рамки примыкает плоский проводник 14. Вторыми двумя концами 9 и 10 полукольца 2 и 3 подключены к резистору 15, расположенному на второй (нижней) стороне пластины 1; выводы резистора 15 проходят через сквозные отверстия 16, 17 в пластине 1.

На второй стороне пластины 1 находятся изогнутый печатный проводник шириной w, состоящий из отрезков 18 и 19, переходящих один в другой в точке F, и контактная площадка 20 (показаны пунктиром). Точка F расположена в месте пересечения изогнутым проводником (в проекции) зазора 8 (фиг. 2). Таким образом, выходной фидер выполнен в виде несимметричной полосковой линии, экраном которой является часть проводника 6, а полоском отрезок 18, подключаемый своим концом к центральному проводнику 21 коаксиального фидера (фиг. 3), внешний проводник 22 которого подключается к контактной площадке 20. Все проводники антенны выполнены в виде металлизации диэлектрической пластины 1. Площадка 13 первой стороны пластины 1 соединена с контактной площадкой 20 второй стороны пластины 1 с помощью проводящей перемычки 23. Расстояние до точки F вдоль проводников 6, 7 от их короткозамкнутых концов 11, 12 составляет (фиг. 1, 4) , где щл максимальная рабочая длина волны в щелевой полосковой линии. Отрезок 19 вместе с плоским проводником 14 образует разомкнутый отрезок несимметричной полосковой линии длиной (фиг. 2, 4), где нл максимальная рабочая длина волны в несимметричной полосковой линии. Для крепления МНА к опоре служит сквозное отверстие 24 в пластине 1 (фиг. 1, 2).

МНА работает следующим образом. Электромагнитная энергия падает на антенну (в режиме приема) из свободного пространства и наводит высокочастотный ток в полукольцах 2, 3 шириной ae (фиг. 1). Далее она распространяется по щелевой полосковой линии, образованной проводниками 6, 7, в виде Т-волны и возбуждает в точке F несимметричную полосковую линию, образованную отрезком 18 изогнутого печатного проводника (фиг. 2) и частью проводника 6, подключенными соответственно к центральному проводнику 21 и внешнему проводнику 22 коаксиального фидера (фиг. 3). Внутри рамки из полуколец 2, 3 (фиг. 1) ширина проводников 6, 7 плавно увеличивается, а расстояние между ними уменьшается для обеспечения согласования волнового сопротивления рамки с волновым сопротивлением щелевой полосковой линии, образованной проводниками постоянной ширины a. Для получения в рамке режима бегущей волны между вторыми двумя концами 9 и 10 полуколец 2 и 3 включена активная нагрузка в виде резистора 15. При этом полосковая линия, содержащая отрезок 19 изогнутого печатного проводника образует разомкнутый шлейф 25 (фиг. 4) длиной , который подключен последовательно относительно нагрузки R в виде отрезка щелевой линии, нагруженной рамкой, содержащей полукольца 2 и 3 с включенным между их вторыми двумя концами 9 и 10 резистором 15. Этот разомкнутый шлейф 25 вместе с короткозамкнутым шлейфом 26, образованным щелевой полосковой линией (от точки F места пересечения изогнутым печатным проводником зазора 8 до ее короткозамкнутого конца), имеющим длину и включенным параллельно относительно нагрузки R, образует широкополосное ССУ трансформаторного типа [3]

Предложенная МНА экспериментально исследована в диапазоне 88-104 МГц. Размеры диэлектрической пластины 1 в макете составляют А х В 310 х 425 мм, толщина h 2 мм. Материал пластины стеклотекстолит (фольгированный материал марки СФ-2-35). Ширина полуколец 2 и 3 составляет аe 20 мм, радиус рамки r 140 мм (периметр рамки составляет около 0,3/2). Величина зазора 8 между параллельными внутренними кромками проводников 6 и 7 составляет b 2 мм. Другие параметры полосковой линии в различных частях МНА: a 9 мм, d 13,8 мм, w 1,92 мм. Номинальное сопротивление резистора 15 равно 3,6 Ком (тип резистора С2-23). К антенне подключается коаксиальный кабель марки РК-75-9-12.

В указанном диапазоне частот МНА имеет коэффициент стоячей волны по напряжению менее 2,0. Коэффициент усиления на частоте 100 МГц составил минус 11 дБ (у антенны-прототипа при том же электрическом размере рамки коэффициент усиления составляет около минус 17 дБ). На фиг. 5 приведены измеренные на частоте 99 МГц ДН в двух главных плоскостях (сплошная линия плоскость E, пунктир плоскость H). Максимум ДН в обеих главных плоскостях ориентирован вдоль лежащей в плоскости пластины 1 оси, в направлении стрелки D (фиг. 1). Минимум ДН в обеих главных плоскостях расположен под углом около 120o, глубина его составляет около минус 25 дБ, что позволяет при необходимости эффективно отстроиться от помехи.

В предложенной МНА по сравнению с прототипом достигнут следующий технико-экономический эффект:

1) за счет использования описанной плоской конструкции антенны, интегрированной с ССУ, существенно уменьшены габариты: толщина рамки не менее чем в 25 раз, радиус рамки (по сравнению с антенной прототипа с тем же усилением) в 1,8 раза, максимальный габаритный размер антенны в 1,2 раза;

2) за счет использования на выходе несимметричной полосковой линии обеспечена возможность подключения антенны к коаксиальному фидеру;

3) за счет введения диэлектрической подложки и использования плоских полуколец упрощены конструкции крепления антенны к опоре (не требуются дополнительные диэлектрические конструктивные элементы) и технология изготовления (применена печатная технология).

Кроме того, по сравнению с антенной-прототипом (с тем же электрическим размером рамки) получено увеличение коэффициента усиления приблизительно на 6 дБ.

Литература.

1. Жук М.С. Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. М. Энергия, 1966, с. 312-329.

2. Xin-de Ju, De-Ming Fu, Nai-Hong Mao. VHF TV Full Channel Loaded Circular LOOp Antenna. IEEE Trans. on Antennas and Propag. AP-32, 1984, April, p.p. 425-428.

3. Айзенберг Г.З. и др. Коротковолновые антенны. М. Радио и связь, 1985, с. 263-264. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Малогабаритная направленная антенна, содержащая два проводящих полукольца, первые два конца которых соединены с коаксиальным фидером, а между вторыми двумя концами включен резистор, отличающаяся тем, что проводящие полукольца выполнены плоскими в плоскости изгиба и размещены на первой стороне введенной диэлектрической пластины, а первые два конца проводящих полуколец соединены с фидером через расположенную внутри и вне проводящих полуколец щелевую полосковую линию, которая образована двумя проводниками, короткозамкнутыми между собой на конце щелевой полосковой линии и выполненными, как и проводящие полукольца, в виде металлизации введенной диэлектрической пластины, имеющей сквозное отверстие для крепления к опоре, при этом на второй стороне введенной диэлектрической пластины размещены выполненные в виде ее металлизации изогнутый печатный проводник, пересекающий в проекции зазор между двумя проводниками щелевой полосковой линии на расстоянии щл/4 от их короткозамкнутых концов, где щл максимальная рабочая длина волны в щелевой полосковой линии, и образующий в этом месте возбудитель, и контактная площадка для подключения внешнего проводника коаксиального фидера, соединенная перемычкой с концом щелевой полосковой линии, причем первый проводник щелевой полосковой линии является экраном несимметричной полосковой линии, узким токонесущим проводником который является участок изогнутого печатного проводника от места подключения к центральному проводнику коаксиального фидера вблизи контактной площадки до возбудителя, а остальной участок изогнутого печатного проводника вместе с металлизацией, выполненной на первой стороне введенной диэлектрической пластины в виде плоского проводника, подключенного к второму проводнику щелевой полосковой линии, образует разомкнутый отрезок несимметричной полосковой линии длиной нл/4, где нл максимальная рабочая длина волны в несимметричной полосковой линии.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru