Секціонована мікросмужкова антена

1. Секціонована мікросмужкова антена, що містить першу секцію, діелектричну підкладку, провідний екран, причому перша секція має довільну форму з розмірами, сумірними з довжиною хвилі, виконана з провідного матеріалу з товщиною, набагато меншою довжини хвилі, і розташована над провідним екраном на діелектричній підкладці, що має плоску форму з товщиною, набагато меншою довжини хвилі, яка відрізня C2 2 (19) 1 3 того, щоб максимум діаграми спрямованості антени був орієнтований в перпендикулярному до екрану напрямі, необхідно, щоб напруга на двох краях секції, створюючих дві випромінюючі щілини, була протифазами, що досягається, коли відстань від точки збудження до однієї випромінюючої щілини і відстань від точки збудження до іншої випромінюючої щілини відрізняються на половину довжини хвилі в мікросмужкової лінії, створеної секцією і екраном. Для забезпечення узгодження вхідних опорів випромінюючих щілин з хвильовим опором коаксіального фідера необхідно, щоб мікросмужкова лінія, певним чином трансформувала вхідні опори випромінюючих щілин до точки збудження, що досягається при певній довжині цієї мікросмужкової лінії. Недоліки пристрою полягають в тому, що розміри відомої мікросмужкової антени не можуть бути менше певного значення, обумовленого необхідністю виконання двох умов: умови забезпечення певної форми діаграми спрямованості антени і умови узгодження на вході антени. Як прототип до передбачуваного винаходу узятий пристрій «мікросмужкова антена з розгалуженим пристроєм живлення» (див. там же). Вона містить секцію, діелектричну підкладку, провідний екран, пристрій живлення. Секція має довільну форму, наприклад, прямокутну, з розмірами, сумірними з довжиною хвилі, виконана з провідного матеріалу з товщиною, багато меншої довжини хвилі, і розташована на діелектричній підкладці над провідним екраном. Діелектрична підкладка має форму і розміри, достатні для розміщення секції, виконана плоськопаралельной з товщиною, багато меншою довжини хвилі. Провідний екран, який виконаний плоским, має розміри, значно великі розмірів секції. Пристрій живлення виконаний на основі фідера несиметричного типу, наприклад, коаксіального фідера. Фідер розгалужен на два відрізки, причому електрична довжина одного відрізка на половину довжини хвилі більше електричної довжини іншого відрізка. Відрізки фідера з'єднані своїми зовнішніми провідниками з екраном, а центральні провідники відрізків фідера пропущені крізь отвори в екрані та в діелектричній підкладці і сполучені з секцією в двох точках збудження, розташованих на однакових відстанях від відповідних країв секції. Завдяки різниці довжин відрізків фідера, складовій половину довжини хвилі, напруга в одній точці збудження буде протифазою напрузі в іншій точці збудження. Оскільки відстані від точок збудження до відповідних країв секції однакові, електромагнітні хвилі, що порушуються в мікросмужкової лінії, створеної секцією і екраном, забезпечують збудження протифази відповідних країв секції. В результаті дві випромінюючі щілини, утворені цими краями секції і екраном, породжують в просторі електромагнітні хвилі з такими фазами, при яких максимум випромінювання буде направлений перпендикулярно до екрану незалежно від розмірів секції. Для забезпечення узгодження вхідних опорів двох випромінюючих щілин з хвильовим опором фідера необхідно, щоб мікросмужкова лінія, яка утворена секцією і екраном, певним чином трансформувала вхідні опори двох 92028 4 випромінюючих щілин до точок збудження, що досягається при певних відстанях від точок збудження до випромінюючих щілин. Недоліком прототипу є те, що його розміри не можуть бути вибрані менше певних значень, обумовлених виконанням умови узгодження його входу. У основу передбачуваного винаходу поставлено завдання зменшення розмірів антени шляхом зміни складу випромінюючої структури, що полягає в переході від однієї секції до двох і більш секціям, а також шляхом зміни схеми пристрою збудження, заснованому на властивості противофазності напруг на провідниках несиметричного фідера в будь-якому його перетині і на властивості паралельного коливального контура трансформувати опори, завдяки чому знімається обмеження на мінімальні розміри, властиве прототипу, що дозволяє зменшити розміри пристрою. В порівнянні з відомим, запропоноване технічне рішення проявляє нова технічна властивість, що полягає в можливості забезпечити роботу секціонованої мікросмужкової антени при менших лінійних розмірах, чим у прототипу. Ця властивість є новою, оскільки в прототипі, через властивий йому недолік, витікаючий з умови певної трансформації вхідних опорів двох випромінюючих щілин відрізками мікросмужкової лінії, створеної однією секцією і екраном, неможливо забезпечити роботу при лінійних розмірах, менших певних значень. У запропонованому технічному рішенні, завдяки наявності двох провідних секцій, випромінюючою є одна щілина, тому відпадає необхідність в трансформації вхідних опорів двох випромінюючих щілин, чим знімається рбмеження на мінімальні розміри пристрою. Таким чином, відмітні ознаки є істотними і заявлене технічне рішення відповідає критерію «істотні відмінності». У додатку представлені наступні графічні фігури: - схема конструкції антени з двома секціями напівкруглої форми і пристроєм живлення на основі коаксіального фідера (фіг. 1); - еквівалентна схема антени для режиму передачі (фіг. 2); - частотні залежності активною і реактивною складових вхідного опору антени поблизу робочої частоти (фіг. 3); - схема конструкції другого варіанту виконання антени (фіг. 4); - еквівалентна схема другого варіанту виконання антени (фіг. 5). Антена складається з секції 1, секції 2, діелектричної підкладці 3, провідного екрану 4, коаксіального фідера 5, провідника 6 і реактивного елементу, що погоджує, 7. Секції 1 і 2 мають однакову довільну форму, наприклад, прямокутну або напівкруглу, з однаковими розмірами, сумірними з довжиною хвилі і виконані з провідного матеріалу у вигляді плоских пластин, що мають малу в порівнянні з довжиною хвилі товщину. Секції 1 і 2 розташовані на діелектричній підкладці 3 над провідним екраном 4 симетрично, з малим в порівнянні з довжиною хвилі зазором між секціями 1 і 2. Діелектрична підкладка З має товщину, малу в порівнянні з довжиною хвилі, форму і розміри, що за 5 безпечують розміщення секцій 1 і 2. Коаксіальний фідер 5 прокладений по найкоротшому шляху від краю секції 2 до середини зазору між секціями 1 і 2. Зовнішній провідник коаксіального фідера 5 з'єднаний з провідним екраном 4, принаймні, в одній точці біля краю секції 2 і з'єднаний по всій довжині з поверхнею секції 2. Центральний провідник коаксіального фідера 5 з'єднаний з першим затиском реактивного елементу, що погоджує, 7, який має малі в порівнянні з довжиною хвилі розміри. Другий затиск реактивного елементу, що погоджує, 7 сполучений з секцією 1 поблизу зазору між секціями 1 і 2. Провідник 6 має діаметр, рівний діаметру зовнішнього провідника коаксіального фідера 5, і прокладений по найкоротшому шляху від краю секції 1 до середини зазору між секціями 1 і 2 так, щоб забезпечувалося виконання умови центральної симетрії по відношенню до зовнішнього провідника коаксіального фідера 5. Провідник 6 з'єднаний з провідним екраном 4, принаймні, в одній точці біля краю секції 1 і з'єднаний з поверхнею секції 1 по всій довжині. Провідний екран 4 виконаний плоским і має розміри, значно великі розмірів структури з секцій 1 і 2. Антена, наприклад, в режимі випромінювання, працює таким чином. Електромагнітна хвиля, що розповсюджується в коаксіальному фідері 5, в точці з'єднання центрального провідника коаксіального фідера 5 з першим затиском реактивного елементу, що погоджує, 7 створює напругу між центральним і зовнішнім провідниками коаксіального фідера 5. Реактивний елемент, що погоджує, 7 передає напругу на свій другий затиск з деяким зрушенням по фазі. Напруга між другим затиском реактивного елементу, що погоджує, 7 і зовнішнім провідником коаксіального фідера 5 порушує зазор між секцій 1 і секцією 2, який, у свою чергу, збуджує в просторі електромагнітне поле, максимум випромінювання якого направлений перпендикулярно до провідного екрану 4 незалежно від розмірів секцій 1 і 2. Узгодження входу антени при її роботі забезпечується таким чином. Секції 1 і 2 утворюють з екраном електричні ємкості С1 і С2, відповідно. Відрізки зовнішнього провідника живлячого коаксіального фідера 5 і провідника 6 від зазору між секцій 1 і секцією 2 до точок з'єднання з провідним екраном 4, утворюють, відповідно, індуктивності L1 і L2, включені паралельно ємкостям. Випромінювання електромагнітного поля відповідає відходу енергії із замкнутого об'єму, тому випромінювання можна врахувати активними опорами r1 і r2, включеними послідовно з індуктівностямі L1 і L2. Таким чином, еквівалентну схему антени (фіг. 2) можна представити у вигляді джерела збудження U, двох паралельних коливальних контурів C1L1r1 і С2L2r2, причому один затиск джерела збудження U підключений до паралельного коливального контура С2L2r2 безпосередньо, а інший затиск джерела збудження U підключений до паралельного коливального контура C1L1r1 через реактивність jХ креактивного елементу, що погоджує, 7. Залежності активної і реактивної складових вхідного опору кожного паралельного коливального контура від частоти мають характерний вигляд 92028 6 (фіг. 3). Активний опір контура на резонансній частоті fо максимальний (величина Roe), він зменшується при будь-якій зміні частоти. Якщо значення Roe більше половини хвильового опору; коаксіального фідера 5, то існують дві частоти f1 і f2, на яких активний опір контура рівний р, але реактивні опори мають протилежні знаки. При однакових значеннях параметрів контурів C1L1r1 і С2L2r2 дана умова виконується щодо обох контурів на одних і тих же частотах. Якщо на частоті f1 або f2 вибрати реактивний опір jX реактивного елементу, що погоджує, 7 рівним по модулю, але протилежним по знаку 9умі реактивних опорів паралельних коливальних контурів C1L1r1 і С2L2r2, то джерело збудження U буде навантажено сумарним опором, рівним хвильовому опору ρ коаксіального фідера 5, тим самим буде забезпечено узгодження вхідного опору антени з хвильовим опором коаксіального фідера 5. Другий варіант виконання антени відрізняється відсутністю в її складі реактивного елементу, що погоджує, 7 (фіг. 4). Відповідно, центральний провідник коаксіального фідера 5 сполучений з секцією 1 поблизу зазору між секціями 1 і 2. Антена в даному варіанті виконання працює таким чином. Електромагнітна хвиля, що розповсюджується в коаксіальному фідері 5, в точці з'єднання центрального провідника коаксіального фідера 5 з секцією 1 створює напругу між центральним і зовнішнім провідниками коаксіального фідера 5, яка збуджує зазор між секцій 1 і секцією 2, який, у свою чергу, збуджує в просторі електромагнітне поле, максимум випромінювання якого направлений перпендикулярно до провідного екрану 4 незалежно від розмірів секцій 1 і 2. Узгодження входу антени з коаксіальним фідером в даному варіанті виконання забезпечується таким чином. Секції 1 і 2 утворюють з екраном електричні ємкості С1 і С2, відповідно. Відрізки зовнішнього провідника живлячого коаксіального фідера 5 і провідника 6 від зазору між секцій 1 і секцією 2 до точок з'єднання з провідним екраном 4 утворюють, відповідно, індуктивності L1 і L2, включені паралельно ємкостям. Випромінювання електромагнітного поля відповідає відходу енергії із замкнутого об'єму, тому випромінювання можна врахувати активними оцорами r1 і r2, включеними послідовно з індуктівностямі L1 і L2. Таким чином, еквівалентну схему антени (фіг. 5) можна представити у вигляді джерела збудження U, двох паралельних коливальних контурів C1L1r1 і С2L2r2, причому один затиск джерела збудження U підключений до паралельного коливального контура С2L2r2, а інший затиск джерела збудження U підключений до паралельного коливального контура C1L1r1. Залежності активної і реактивної складових вхідного опору кожного паралельного коливального контура рід частоти мають характерний вигляд (фіг. 3). Активний опір контура на резонансній частоті fo максимальний (величина Roe), він зменшується при будь-якій зміні частоти. Якщо значення Roe більше половини хвильового опору ρ коаксіального фідера 5, то існують дві частоти f1 і f2, на яких активний 7 опір контура рівний /2, але реактивні опори мають протилежні знаки. Шляхом зміни параметрів, принаймні, одного з контурів, що конструктивно можна забезпечити, наприклад, змінюючи розміри однієї з секцій, можливо добитися, щоб частота, на якій активний опір одного контура рівний /2, а реактивний опір має ємкісною характер, стала рівна частоті, на якій активний опір іншого контура рівний ρ /2, а реактивний опір має індуктивний характер. Якщо при цьому величина реактивного опору одного контура рівна величині реактивного опору іншого контура, то буде забезпечено узгодження вхідного опору антени з хвильовим опором коаксіального фідера 5. 92028 8 Таким чином, антена в другому варіанті виконання містить менше число складових частин, а в першому варіанті виконання володіє більшою симетрією конструкції. Господарський ефект від передбачуваного винаходу обумовлений тим, що пропонована секціонована мікросмужкова антена в порівнянні з відомими мікросмужковими антенами може працювати при значно менших розмірах. Таким чином, пропонована антена, при незначних відмінностях у вартості і складності від відомих антен, дозволяє реалізувати позитивний господарський ефект, обумовлений тим, що пропонована антена має меншу матеріаломісткість і може бути використана в тих випадках, коли із-за жорстких вимог до габаритів відомі антени не можуть бути застосовані. 9 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 92028 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601