Діелектрична дискова антена

Реферат: Діелектрична дискова антена (ДДА) містить діелектричний диск та монопольний збуджувач, що розташовані над провідним екраном, причому вісь збуджувача зміщена відносно осі антени. В диск введені основні та додаткові пасивні вібратори, а між діелектричним диском і провідним екраном введено підкладку. UA 97247 U (54) ДІЕЛЕКТРИЧНА ДИСКОВА АНТЕНА UA 97247 U UA 97247 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, що пропонується, належить до галузі прикладної електродинаміки і може бути використана у пристроях зв'язку сантиметрового діапазону довжин хвиль. Однією з проблем на сьогоднішній день є збереження характеристик антени при зменшенні її геометричних розмірів. Ця проблема може бути вирішена вдосконаленням відомих антен або пошуком нових підходів до створення таких антен. Відомі монопольні антени, які отримали широке розповсюдження завдяки простоті конструкції, відносно дешевого виробництва і можливості керування характеристиками антени шляхом варіювання її геометричних розмірів (М.М.Хруслов, И.В.Иванченко, А.М.Королев, В.Л.Пазынин, Н.А.Попенко, "Особенности формирования диаграмм направленности монопольной антенны в присутствии конечных экранов", Радиофизика и Электроника, Т. 11, №1, с. 55-60, 2006). Але часто виникає проблема розширення робочої смуги антени. Одним із способів вирішення цієї проблеми, стосовно до монопольної антени, є розміщення її в діелектричному оточенні. Відома діелектрична дискова антена (ДДА), яка містить діелектричний диск з монопольним збуджувачем над провідним екраном. Розташування монополя в даній моделі збігається з віссю диска (M.M.Khruslov, I.V.Ivanchenko, N.A.Popenko, M.M.Khruslov, R.E.Chemobrovkin, "Beamforming features of the grounded dielectric substrate based X-band monopole antenna", RADIOELECTRONICS & INFORMATICS № 4 (43), October-December, 2008, pp. 4-10). Крім поліпшення характеристик антени діелектричне оточення захищає антенну конструкцію від пошкоджень та різних атмосферних явищ. Хоча й можливо за допомогою варіювання геометричних параметрів отримувати діаграми спрямованості різної форми, в осі антени все одно знаходиться мінімум випромінювання. Найближчим аналогом (прототипом) до корисної моделі, що пропонується, є діелектрична дискова антена (ДДА), яка містить діелектричний диск з монопольним збуджувачем над провідним екраном. Розташування монополя в даній моделі зміщене від осі антени (V.I. Sliusar, "Dielectric resonator antenna. Small size, a great opportunity, " Electronics: Science, Technology, Business, no 2, 2007). З точки зору раціонального використання підведеної до антени енергії розумніше використовувати віялову замість всеспрямованої діаграми спрямованості антени для забезпечення зв'язку в заданому секторі кутів. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити діелектричну дискову антену шляхом коригування амплітудно-фазового розподілу електромагнітного (ЕМ) поля, що дозволяє зменшити ширину діаграми спрямованості (ДС), напрям максимального випромінювання уздовж осі антени і роботу антени в широкій смузі частот. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій діелектричній дисковій антені, що містить діелектричний диск та монопольний збуджувач, що розташовані над провідним екраном, причому вісь збуджувача зміщена відносно осі антени, згідно з корисною моделлю, в диск введені основні та додаткові пасивні вібратори, а між діелектричним диском і провідним екраном введено підкладку. Введення пасивних вібраторів в діелектричний диск, що розташований на підкладці, дозволяє скорегувати амплітудно-фазовий розподіл ЕМ поля на апертурі ДДА, що призводить до зменшення ширини ДС і компенсує несиметрію ближнього ЕМ поля на апертурі ДДА для забезпечення спрямування максимального випромінювання уздовж осі антени. При цьому саме вибір взаємного розташування вібраторів і дозволяє сформувати заданий амплітудний розподіл на поверхні антени. Суть корисної моделі пояснюється кресленням. На Фіг. 1 та Фіг. 2 зображена антена. ДДА містить діелектричний диск 1 (ε = 10) висотою h і радіусом а, що розташований на діелектричній підкладці 2 (ε = 1,18) висотою hsub над провідним екраном 3. Монопольний збуджувач 4 висотою 4 розташований на відстані Іz від осі антени. Вибір розташування пасивних вібраторів обґрунтований покладеним на них завданням, а саме: основні пасивні вібратори 5 виконують роль діелектриків, посилюючи випромінювання в області диска між собою; додаткові пасивні вібратори 6 виконують роль рефлекторів, зменшуючи випромінювання через бічну поверхню диска. Розміщення пасивних вібраторів у вершинах шестикутника і в його центрі забезпечує розташування вібраторів на рівній відстані один відодного, ґрунтуючись на властивості правильного шестикутника. Тому основні пасивні вібратори розташовані в діелектричному диску таким чином: один пасивний вібратор знаходиться в осі ДДА; п'ять - у вузлах правильного шестикутника (шостий - монопольний збуджувач), вписаного в коло радіусом Іх; шість додаткових пасивних вібраторів розташовані у вершинах правильного шестикутника, вписаного в коло радіусом Іх2, і решта шість додаткових вібраторів - посередині між останніми. 1 UA 97247 U 5 10 15 20 25 Випромінювання формується як суперпозиція хвиль, що випромінюються апертурою антени, та її бічними гранями. Несиметрія ближнього ЕМ поля щодо осі антени призводить до зміщення напряму максимального випромінювання в ДС до 5° від осі антени. Монопольний збуджувач довжиною /4 випромінює первинну просторову хвилю, що розповсюджується в усі сторони, досягає пасивних вібраторів та збуджує на них поверхневі струми. Пасивні вібратори стають джерелами вторинного випромінювання. Вторинна просторова хвиля, збуджена пасивними вібраторами, досягає монопольного збуджувача з певним зсувом фази. Для основних пасивних вібраторів відстань до монопольного збуджувача вибрано /2, щоб дистанція, що пройдена первинною хвилею від монопольного збуджувача до основного пасивного вібратора і назад, дорівнювала довжині хвилі , що забезпечує зсув фази 2 - тобто вторинна хвиля досягає монопольного збудника в тій же фазі, що і первинна хвиля. Таким чином, первинна і вторинна хвилі будуть синфазно складатися в області діелектричного диска, обмеженою кільцем основних пасивних вібраторів. Відстань між основним кільцем вібраторів і додатковим кільцем пасивних вібраторів вибрано /4 для того, щоб вторинна хвиля досягала основного кільця зі зсувом фази n - тобто в протифазі. Тобто сумарна амплітуда первинної та вторинної хвиль буде близька до нуля. Кільце додаткових пасивних вібраторів виконує роль рефлектора і поза основного кільця вібраторів досягається зменшення амплітуди ЕМ поля. Оскільки діелектрична проникність диска ДДА ε=10, то для =30 мм (у вільному просторі) в діелектрику матимемо Д=9,48 мм. Відповідно, радіус кола, описаного навколо меншого шестикутника, буде дорівнює Іх =д/2=4,74 мм, а діаметр більшого - Іх1=д/2+д/4=7,11 мм. Таким чином, поліпшення характеристик антени було досягнуто шляхом формування розподілу ЕМ поля, захоплюючого практично всю апертуру антени, що, в свою чергу дозволило звузити ДС. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 1. Діелектрична дискова антена (ДДА), що містить діелектричний диск та монопольний збуджувач, що розташовані над провідним екраном, причому вісь збуджувача зміщена відносно осі антени, яка відрізняється тим, що в диск введені основні та додаткові пасивні вібратори, а між діелектричним диском і провідним екраном введено підкладку. 2. ДДА за п. 1, яка відрізняється тим, що монопольний збуджувач розташований на відстані /2 від осі ДДА у вершині правильного шестикутника, центр якого знаходиться на осі ДДА, а в останніх вершинах і його центрі розташовані основні пасивні вібратори; частина додаткових пасивних вібраторів розташована у вершинах правильного шестикутника, один з яких знаходиться на відстані /4 від монопольного збуджувача та на відстані /2+/4 від осі антени, а останні додаткові вібратори - посередині між вершинами шестикутника. 2 UA 97247 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3