Антенна решітка

Реферат: Антенна решітка належить до радіотехніки і може бути використана як багатовібраторна антенна решітка вузьконаправленого випромінювання. Антенна решітка складена з ряду лінійно розташованих вібраторів, розміщених над металевим рефлектором. При роботі запропонованої антенної решітки відбувається виключення випромінювання тих ділянок рефлектора, протікання струму по яких зазвичай є протифазним струму вібраторів. Усунення негативного впливу ділянок рефлектора з протифазним струмом забезпечено завдяки виготовленню цих ділянок увігнутими, наприклад, у формі меандру, або у вигляді фазозсувних котушок. Досягнуто збільшення коефіцієнтів направленої дії та підсилення антенних решіток і зменшення рівня їх бічного випромінювання. UA 106121 C2 (12) UA 106121 C2 UA 106121 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до радіотехніки і може бути використаний як багатовібраторна антенна решітка вузьконаправленого випромінювання у радіопередавальній та радіоприймальній апаратурі. Відомі антени з рефлекторами [1], що містять рефлектор, виконаний у вигляді плоскої металевої пластини, та симетричний вібратор, який розташований паралельно металевій пластині рефлектора та забезпечує однонаправлене випромінювання. До їх недоліків слід віднести малий коефіцієнт підсилення та наявність пелюсток бічного випромінювання. Вказаний недолік зумовлений тим, що поодинокий вібратор неспроможний забезпечити значний коефіцієнт підсилення. Найближчим аналогом за технічними ознаками та результатом, що досягається, є лінійна антенна решітка базової станції стільникової телефонії [2], що включає рефлектор, виконаний у вигляді плоскої металевої пластини, та симетричні вібратори, які розміщені паралельно металевій пластині рефлектора у вигляді рядка з періодом λ/2, де λ - довжина хвилі в антенній решітці. Основним недоліком найближчого аналогу є недостатня спрямованість і значний рівень бічного випромінювання. Вказаний недолік зумовлений невідповідністю розподілу фаз синхронних коливань струмів в розташованих над металевим рефлектором вібраторів і коливань струмів, що протікають по рефлектору, зміна фази коливань яких уздовж рефлектора відбувається через кожну половину робочої довжини хвилі. Це приводить до виникнення пелюсток бічного випромінювання і зниження рівня випромінювання головного максимуму діаграми спрямованості антенних решіток. Технічною задачею винаходу є збільшення коефіцієнтів направленої дії та підсилення антенних решіток і зменшення рівня їх бічного випромінювання. Для вирішення поставленої задачі в антенній решітці, що включає рефлектор, виконаний у вигляді металевої пластини, та симетричні вібратори, які розміщені паралельно металевій пластині рефлектора у вигляді рядка з періодом λ/2, де λ - довжина хвилі в антенній решітці, згідно з винаходом, металева пластина рефлектора виконана перфорованою у вигляді черги ділянок з періодом λ/2, кожна непарна за порядком слідування ділянка рефлектора співвісна з непарним за порядком слідування симетричним вібратором та є плоскою. Найкраще, коли кожна парна за порядком слідування ділянка рефлектора являє собою увігнутість, відносно до співвідносного з нею симетричного вібратора, наприклад, у формі меандру. Як варіант, кожна парна за порядком слідування ділянка рефлектора виконана у вигляді електрично подовжувальної котушки індуктивності. Запропонована антенна решітка від найближчого аналога відрізняється тим, що з металевої пластини рефлектора вилучені ті випромінюючі ділянки, де фаза коливань струмів, що протікають по рефлектору, не збігається з фазою коливань струмів вібраторів, розташованих над цими ділянками рефлектора. Вилучення зворотного випромінювання антенних решіток може здійснюватися механічним вигинанням ділянок рефлектора із протифазним напрямом струму, наприклад, у формі меандру, або заміною цих ділянок електрично подовжувальними котушками індуктивності. Оскільки протифазні струми, що протікають по поверхні рефлектора, зменшують фронтальне випромінювання антенних решіток, породжуючи бокові пелюстки випромінювання, плоский суцільний екран не дозволяє отримати максимальне посилення антенних решіток у напрямі головної пелюстки і збуджує пелюстки бічного випромінювання. В свою чергу, виключення випромінювання зворотних струмів рефлектора, прибирає викликане ними зниження рівня фронтального випромінювання і зменшує рівень бічних пелюсток випромінювання. Все це збільшує коефіцієнт направленої дії та посилення антенних решіток і покращує їх діаграму спрямованості. Винахід пояснюється кресленнями (фіг. 1 - фіг. 6). На фіг. 1 зображена схема розміщення вібраторів 1 над рефлектором 2 у відомої антенної решітки [2]. На фіг. 2 зображені фази коливань струмів в рефлекторі і в розташованих над ним вібраторах у відомій антенній решітці, зображеній на фіг. 1. На фіг. 3 зображена запропонована антенна решітка з рефлектором, що виключає фронтальне випромінювання струмів рефлектора з фазами, протилежними до фаз струмів вібраторів. Ділянки рефлектора, де створюються протифазні струми увігнуті у формі меандру. На фіг. 4 зображені фази коливань струмів в рефлекторі і в розташованих над ним вібраторах для антенної решітки, зображеної на фіг. 3. 1 UA 106121 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 На фіг. 5 зображена запропонована антенна решітка з рефлектором, що виключає фронтальне випромінювання струмів рефлектора з фазами, протилежними до фаз струмів вібраторів. Ділянки рефлектора із струмами в протифазі до фаз струмів вібраторів виконані у вигляді котушок індуктивності. На фіг. 6 зображенні фази коливань струмів в рефлекторі і в розташованих над ним вібраторах для антенної решітки, зображеної на фіг. 5. У відомих антенних решітках (фіг. 1) під впливом електричних коливань у вібраторах 1 в рефлекторі 2 збуджується стояча хвиля струму на частоті коливань вібраторів (фіг. 2). Оскільки вібратори 1 розташовані на відстані половини довжини хвилі то під кожним другим вібратором фаза електричних коливань струму в рефлекторі змінюватиме знак, тоді як всі вібратори живляться синфазно. Отже, у фронтальному напрямі електричне поле рефлектора складатиметься із електричним полем непарних вібраторів і відніматиметься з електричного поля парних, або навпаки. Таким чином, якщо поле рефлектора під кожним першим вібратором збільшуватиме направлені властивості антенних решіток і підвищуватиме коефіцієнт їх посилення, то поле рефлектора під кожним другим вібратором буде в протифазі з полем вібратора і знижуватиме коефіцієнт підсилення антенних решіток, а також збуджуватиме в ній бокові пелюстки випромінювання. На фіг. 3 показані антенні решітки, в яких ділянки, на яких струми рефлектора збуджуються в протифазі струмам вібраторів, зігнуті у вигляді меандру. Тут під кожним вібратором 1 розташовані ділянки рефлектора 2 з синфазними коливаннями струму рефлектора. Тоді як, ділянки рефлектора з коливаннями у протифазі зігнуті у формі меандру 3 і не випромінюють електромагнітне поле (фіг. 4). Таким чином, фронтальне випромінювання всіх ділянок рефлектора буде синфазним з фронтальним випромінюванням всіх вібраторів, що підвищить коефіцієнти направленої дії і посилення антенних решіток, тоді як укладені в меандри струми з коливаннями у протифазі взаємно знищаться і не матимуть випромінюючої дії. Це забезпечить максимальне випромінювання у фронтальному напрямі і дозволить уникнути появи бічних пелюсток. На фіг. 5 показані антенні решітки, в яких ділянки, на яких струми рефлектора збуджуються в протифазі зі струмами вібраторів, виконані у вигляді подовжувальних котушок. Тут вібратори 1 з синфазним збудженням розташовані над рефлектором 2, в розриви якого включені електрично подовжувальні котушки 4. При цьому подовжувальні котушки розташовані в проміжках рефлектора між вібраторами. Довжина подовжувальних котушок вибрана таким чином, щоб вони затримували коливання струму на половину довжини хвилі. Таким чином, коливання струму рефлектора під всіма вібраторами буде синфазним струмам вібраторів, а струми, що у протифазі струмам вібраторів, будуть зосереджені в подовжувальних котушках (фіг. 6). При цьому напрям намотування витків котушок вибраний так, щоб вони були магнітними рамковими антенами з напрямом випромінювання, співпадаючим з напрямом випромінювання антенних решіток. Це також сприяє збільшенню коефіцієнтів направленої дії і посилення антенних решіток та зменшенню рівня бічних пелюсток випромінювання. Працюють антенні решітки таким чином. Живлені синфазно вібратори 1 випромінюють електромагнітну хвилю в напрямі, перпендикулярному їх осі. Оскільки дистанція між ними вибрана рівною половині довжини хвилі, то випромінювання вібраторів в напрямі, перпендикулярному, осі складається, а в подовжньому - віднімається. Розташований позаду вібраторів рефлектор 2 повертає зворотне випромінювання, яке підсумовується із фронтальним випромінюванням, підсилюючи його. Відстань між вібраторами і рефлектором вибирається з умови здобуття максимального фронтального і мінімуму позаднього випромінювання. Використання ділянок рефлектора із струмами у протифазі струмам вібраторів, вигнутих у формі меандру 3, або заміна цих ділянок електрично подовжувальними котушками 4, зумовлюють виключення випромінювання рефлектора з фазою, зворотною до фази випромінювання вібраторів. Таким чином, випромінювання антенних решіток досягає максимального значення у напрямі головної пелюстки, тоді як випромінювання бічних пелюсток стає мінімальним. Додання рефлектору форми, що дозволила виключити з його випромінювання складової з фазою, протилежною фазі випромінювання вібраторів, дозволило збільшити коефіцієнти направленої дії та підсилення антенних решіток і зменшити рівень їх бічного випромінювання. Все це в сукупності дає значний техніко-економічний ефект від використання запропонованих антенних решіток. Джерела інформації: 1. Ротхаммель К. Антени. - СПб.: Боярнич, 1998. - С. 441-491. 2. Заявка на патент US № 2012/0062440, H01Q 21/29, H01Q 1/52, опубл.15.03.2012. 2 UA 106121 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 1. Антенна решітка, що включає рефлектор, виконаний у вигляді металевої пластини, та симетричні вібратори, які розміщені паралельно металевій пластині рефлектора у вигляді рядка з періодом  / 2 , де  - довжина хвилі в антенній решітці, яка відрізняється тим, що металева пластина рефлектора виконана перфорованою у вигляді черги ділянок з періодом  / 2 , кожна непарна за порядком слідування ділянка рефлектора співвісна з непарним за порядком слідування симетричним вібратором та є плоскою. 2. Антенна решітка за п. 1, яка відрізняється тим, що кожна парна за порядком слідування ділянка рефлектора являє собою увігнутість, відносно до співвісного з нею симетричного вібратора, наприклад, у формі меандру. 3. Антенна решітка за п. 1, яка відрізняється тим, що кожна парна за порядком слідування ділянка рефлектора виконана у вигляді електрично подовжувальної котушки індуктивності. 3 UA 106121 C2 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 4