Вібраторна антена з круговою поляризацією

MOK6H01Q 17/00 Вібраторна антена з круговою поляризацією Винахід належить до області антенної техніки і може бути використаний в радіотехнічних системах різноманітного призначення для випромінювання радіохвиль мікрохвильового діапазону з круговою поляризацією в секторі головної пелюстки діаграми спрямування антени. Відома антена у вигляді симетричного дротяного вібратора. Аналог містить симетричний вібратор у вигляді двох металевих проводів однакової довжини і двопровідну фідерну лінію [1]. Недоліком аналогу є те, що він не може випромінювати радіохвилі кругової поляризації, а випромінює лінійно поляризовані радіохвилі. Відома також вібраторна антена типу «хвильовий канал». Аналог містить активний симетричний вібратор, позаду якого розміщений вібраторрефлектор, а спереду - декілька пасивних вібраторів-директорів [2]. Недоліком аналогу є те, що він не може випромінювати радіохвилі кругової поляризації, а випромінює лінійно поляризовані радіохвилі. Прототипом вибрана вібраторна турнікетна антена. Така антена складається з двох однакових симетричних перпендикулярних вібраторів з суміщеними центрами. Амплітуди струмів у вібраторах однакові, а фази струмів відрізняються на 90°. Антена випромінює радіохвилі кругової поляризації вздовж осі антени у напрямках, перпендикулярних площині розташування вібраторів. В інших напрямках поляризація радіохвиль буде еліптичною, а в площині вібраторів антена випромінює радіохвилі лінійної поляризації. Випромінювання радіохвиль еліптичної поляризації пояснюється тим, що в головних площинах один з вібраторів має ненаправлену діаграму спрямування, а у іншого вібратора діаграма спрямування пропорційна косинусу кутової координати. Відзнака цих діаграм спрямування призводить до випромінювання радіохвиль еліптичної поляризації. Для усунення випромінювання в задню напівсферу і поліпшення спрямування турнікетної антени можна встановити позаду вібраторів плоский металевий рефлектор. Такий відомий рефлектор звичайно встановлюють на відстані чверті довжини від площини розташування вібраторів. Тоді відбиті від рефлектора радіохвилі будуть синфазно складатися з прямими радіохвилями вібраторів у направленні осі антени. Умовно вважаємо, що прототип містить такий рефлектор. В склад прототипу входять такі основні елементи: вертикальний симетричний вібратор; горизонтальний симетричний вібратор; плоский металевий рефлектор, віддалений від вібраторів на чверть довжини хвилі; фідерні лінії для живлення вібраторів від передавача. При цьому живлячі напруги вібраторів зсунуті по фазі на 90° [1]. Недоліком прототипу є те, що випромінювані антеною радіохвилі мають різну еліптичну поляризацію в усіх напрямках, окрім напряму осі антени, де поляризація кругова. У деяких випадках вимагається випромінювати радіохвилі кругової поляризації в усьому широкому секторі діаграми спрямування антени. Це потрібно, наприклад, в деяких системах зв'язку з рухомими об'єктами, де використання кругової поляризації дозволить отримати деякі додаткові можливості. Тому виникає практичне завдання отримання кругової поляризації радіохвиль, що випромінюються в усьому широкому секторі діаграми спрямування антени. Можливе рішення такого завдання пропонується нижче. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення вибраторної антени з кругової поляризацією, в якій за рахунок виконання антени з чотирьох однакових симетричних вібраторів, розташованих по сторонах квадрату, сторона якого дорівнює 0.35 довжини хвилі, забезпечується випромінювання радіохвиль кругової поляризації в широкому секторі головної пелюстки діаграми спрямування вибраторної антени. з Поставлена задача вирішується тим, що в вібраторній антені з круговою поляризацією, що містить симетричні вібратори, фідерну лінію і плоский металевий рефлектор, згідно з винаходом антена виконана з чотирьох однакових симетричних вібраторів, розташованих по сторонах квадрату, сторона якого дорівнює 0.35 довжини хвилі; усі вібратори пов'язані зі своїми двопровідними екранованими лініями, які пов'язані паралельно із загальною фідерною лінією антени, а довжини двопровідних ліній вертикальних вібраторів на чверть довжини хвилі в лінії більші, ніж у горизонтальних вібраторів. При цьому вважається, що амплітуди струмів в усіх вібраторах антени однакові. Запропоноване виконання антени з чотирьох однакових симетричних вібраторів і розміщення вібраторів по сторонах квадрату, сторона якого дорівнює 0.35 X, забезпечують ідентичність діаграм спрямування горизонтальних і вертикальних вібраторів у горизонтальній (і у вертикальній) площині, що дозволяє випромінювати радіохвилі практично кругової поляризації в усій ширині головної пелюстки діаграми спрямування на рівні чверті потужності. Технічна сутність і принцип дії запропонованого пристрою пояснюються фіг. 1, 2. На фіг.1 дається спрощений ескіз запропонованої вібраторної антени з круговою поляризацією в двох проекціях. На фіг.2 показані розрахункові діаграми спрямування в горизонтальній площині горизонтальних і вертикальних вібраторів запропонованої антени, а також залежності від азимутального кута відношень осей еліпса поляризації радіохвиль, які випромінюються запропонованого антеною і прототипом. До складу запропонованого пристрою на фіг.1 входять такі основні елементи: симетричні вібратори 1, два з яких вертикальні, а два інші горизонтальні: плоский металевий рефлектор 2, розташований на відстані чверті довжини хвилі Х./4 від полотна вібраторів; двопровідні екрановані фідерні лінії горизонтальних вібраторів 3; двопровідні екрановані фідерні лінії вертикальних вібраторів 4; загальна двопровідна фідерна лінія 5, що пов'язує антену з передавачем. Принцип дії запропонованого пристрою пояснюється наступним. Пропонується виконати антену з чотирьох однакових симетричних вібраторів, два з яких вертикальні, а два інші - горизонтальні. При цьому відстані між вібраторами вибирають таким чином, щоб діаграми спрямування вертикальних і горизонтальних вібраторів у горизонтальній (і вертикальній) площині були приблизно однаковими. Амплітуди струмів в усіх вібраторах однакові, а фази струмів у вертикальних вібраторах відрізняються на 90° від фаз струмів в горизонтальних вібраторах. Це дозволяє отримати кругову поляризацію радіохвиль, які випромінюються в усьому просторовому секторі, у якому діаграми спрямування вертикальних і горизонтальних вібраторів ідентичні. Проведені розрахунки показали, що краща ідентичність діаграм спрямування систем з двох вертикальних і двох горизонтальних вібраторів буде забезпечена при відстанях між вібраторами L=0, 35X, де X - довжина хвилі. При інших відстанях між вібраторами відзнаки діаграм спрямування будуть більше. Результати таких розрахунків даються на фіг.2, де показані залежності від азимутального куту р діаграм спрямування системи двох горизонтальних вібраторів (суцільна крива), системи двох вертикальних вібраторів (пунктирна крива), а також відношення осей еліпса поляризації радіохвиль, які випромінюються для запропонованої антени (штрихова крива) і для прототипу (штрих-пунктирна крива). Розрахунки показують, що запропонована антена забезпечує випромінювання радіохвиль з майже кругової поляризацією в секторі всієї ширини діаграми спрямування антени на рівні чверті потужності. У прототипу же поляризація випромінюваних радіохвиль істотно відрізняється від кругової у всіх напрямках, окрім напряму осі антени. Слід відзначити, що діаграми спрямування запропонованої антени в вертикальній і горизонтальній площинах однакові. Для того, щоб запропонована антена випромінювала радіохвилі кругової поляризації, вимагається забезпечити необхідний зсув фаз 90° струмів у вертикальних і горизонтальних вібраторах. Такий зсув фаз забезпечений тим, що фідерні лінії вертикальних вібраторів на чверть довжини хвилі більше, ніж у горизонтальних вібраторів. Використання в якості фідерних ліній двопровідних екранованих ліній вимагається для того, щоб ці лінії не випромінювали радіохвилі і не викривляли діаграму спрямування системи вібраторів. Крім того, двопровідна лінія забезпечує симетричне заживления плечей вібратора. Таким чином, запропонований пристрій може бути практично реалізований, а відзначені вище характерні ознаки є істотними і принципово необхідні для реалізації пристрою. Основні елементи запропонованого пристрою на фіг. 1 виконані таким чином. Вібратори 1 виконані у вигляді однакових симетричних вібраторів, довжина яких не більше 0.35Х. Вібратори розміщені по сторонах квадрата розміром 0.35А, і віддалені від плоского металевого рефлектора 2 на чверть довжини хвилі 0.25Х. Фідерні лінії вібраторів 3, 4 і загальна фідерна лінія антени 5 виконані у вигляді двопровідних екранованих ліній. Довжини фідерних ліній 3. 4 відрізняються на чверть довжини хвилі в лінії. На фіг. 1 показано, що фідерна лінія вертикального вібратора 4 на XIА більше фідерної лінії 3 горизонтального вібратора, але може бути і навпаки. Відмінність довжин ліній на Х/4 забезпечує зсув фаз струмів на 90° у вертикальних і горизонтальних вібраторах. Фідерні лінії вібраторів 3, 4 пов'язані паралельно із загальною фідерною лінією антени 5. Динаміка роботи запропонованого пристрою здійснюється слідуючим чином. Напругу високої частоти мікрохвильового діапазону підводять від передавача по загальній двопровідній фідерній лінії 6 і фідерним лініям 3, 4 до вібраторів антени 1. При цьому амплітуди струмів у всіх вібраторах Вібраторна антена з круговою поляризацією Фідерна лінія ве рт ика льного віб ра т ора 4 Фідерна лінія горизонтального зібра і ора З ____ Симетричний вібратор 1 Плоский металевий рефлектор 2 Загальна двопровідна фідерна лінія 5 ФІГ.1 0.25Л Автори: А.М.Кудрик С.М.Порошин В.Б.Бахвалов Вібраторна антена з круговою поляризацією Азимут, град. Фіг. 2 Автори: A.M.Кудрик С.М.Порошин В.Б.Бахвалов 6 однакові, а фази струмів у вертикальних і горизонтальних вібраторах відрізняються на 90°. Вібратор 1 випромінює радіохвилі кругової поляризації у всій ширині діаграми спрямування антени на рівні чверті потужності. При цьому радіохвилі, відбиті від плоского металевого рефлектора 2, складаються синфазно з прямими радіохвилями вібраторів в напрямі осі антени. Цей рефлектор екранує випромінювання антени в задню напівсферу. Таким чином, запропонований пристрій вирішує поставлене завдання, усуває відзначений недолік прототипу і забезпечує випромінювання радіохвиль кругової поляризації в секторі всієї ширини діаграми спрямування антени на рівні чверті потужності. Джерела інформації 1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ : Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. -М.: Высш. шк. , 1988, с. 252, рис.10.8а, ( прототип ). 2. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие для вузов связи. - М.: Связь, 1977, с. 194, рис. 11.1.