Двухзеркальная комбинированная z-вибраторная антенна
Полезная модель относится к антенной технике, преимущественно для эфирного телевидения. Техническим результатом является повышение коэффициента усиления и коэффициента защитного действия при пространственном разносе с одновременным уменьшением продольного размера антенны. Антенна содержит отражатель большой площади, директорные структуры, два активных вибратора и рефлектор. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Предлагаемая полезная модель относится к антенной технике, преимущественно для эфирного телевидения, в том числе для цифрового в дециметровом диапазоне.
Известны двухзеркальные антенны, используемые для преобразования сферического волнового фронта электромагнитной волны в плоский волновой фронт в раскрыве антенны в результате последовательного преобразования от двух зеркал: вспомогательного и основного с соответствующими профилями (Айзенберг Г.З. и др., Антенны УКВ / Под ред. Г.З.Айзенберга. В 2-х ч.4.2. - М.: "Связь", 1977, стр.4-9).
Принципы работы двухзеркальных осесимметричных антенн базируются на схемах Кассегрена и Грегори, построенных на основе законов геометрической оптики.
Недостатками известных схем являются их использование в диапазонах сверхвысоких частот, так как требуется достаточно большое отношение диаметра раскрыва антенны к длине волны и сложные технические решения по выполнению зеркальных рефлекторов в формах гиперболоидов и параболоидов при соблюдении точных контуров их поверхностей.
Наиболее близким техническим решением является двухзеркальная антенна (Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 2. Пер. с нем. - М.: Данвел, 2005, стр.139-140), содержащая отражатель большой площади и директорную структуру с разрезным активным вибратором и тройным рефлектором. Благодаря двукратному прохождению волн вдоль директорией структуры двухзеркальная антенна характеризуется примерно теми же параметрами, что и директорная антенна удвоенной длины.
Недостатком данной антенны-прототипа являются недостаточные коэффициент усиления и коэффициент защитного действия.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении коэффициента усиления и коэффициента защитного действия.
Для достижения указанного технического результата двухзеркальная комбинированная Z-вибраторная антенна, содержащая установленный в вертикальной плоскости отражатель большой площади, расположенную перпендикулярно отражателю директорную структуру, активный вибратор и расположенный параллельно отражателю рефлектор, дополнительно содержит аналогичные активный вибратор и директорную структуру, при этом оба активных вибратора и рефлектор имеют одинаковую, представляющую зигзагообразное полотно форму и параллельны друг другу, рефлектор расположен между активными вибраторами, а внутреннее его пространство заполнено расположенными горизонтально и параллельно друг другу проводниками, дополнительно увтановленная директорная структура наиболее удалена от отражателя и является продолжением основной директорией структуры.
Отличительными признаками предлагаемой антенны от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются следующие: дополнительная установка аналогичного активного вибратора и аналогичной директорией структуры; активные вибраторы и рефлектор выполнены одинаковой формы в виде зигзагообразного полотна; внутреннее пространство рефлектора заполнено расположенными горизонтально и параллельно друг другу проводниками; дополнительно установленная директорная структура наиболее удалена от отражателя и является продолжением основной директорией структуры
Благодаря наличию этих признаков возможно достижение указанного технического результата. Это обусловлено тем, что в отличие от прототипа дополнительно к прямому и обратному направлениям пробега электромагнитной волны вдоль директорной структуры добавляется еще один прямой пробег за счет дополнительно введенной директорной структуры с активным вибратором в прямом направлении, что при параллельном подключении обеспечивает, кроме повышения коэффициента усиления, еще и пространственный разнос. А это в целом ведет к повышению эффективности антенны, в т.ч. к повышению коэффициента защитного действия.
Предлагаемая антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг 1-4.
На фиг.1 показан общий вид антенны, на фиг.2 представлена диаграмма направленности антенны на рабочих частотах диапазона в горизонтальной плоскости, на фиг.3 - диаграмма направленности антенны на рабочих частотах диапазона в вертикальной плоскости, на фиг.4 - характеристики параметров предлагаемой антенны.
Предлагаемая антенна (фиг.1) является комбинированной и содержит отражатель 1 большой площади, директорные структуры 2, 3, активные вибраторы 4, 5 и рефлектор 6. Отражатель 1, активные вибраторы 4, 5, рефлектор 6 установлены вертикально и параллельно друг другу. Директорные структуры 2, 3 расположены перпендикулярно отражателю 1. Директорная структура 2 непосредственно соединена с отражателем 1, а директорная структура 3 наиболее удалена от отражателя 1 и является продолжением директорией структуры 2. Рефлектор 6 расположен между активными вибраторами 4, 5. Вибраторы 4, 5 и рефлектор 6 имеют одинаковую форму зигзагообразного полотна (фиг.1). Зигзагообразное полотно состоит из двух незамкнутых ромбообразных рамок 7 для активных вибраторов 4, 5 и рамок 8 для рефлектора 6. Рамки 7 и 8 лежат в одной плоскости и повернуты незамкнутыми концами друг к другу. Рамки 7 активных вибраторов 4. 5 имеют периметр, равный рабочей длине волны 
р, а рамки 8 рефлектора 6 имеют периметр, равный р+р/10. Рамки 7 активных вибраторов 4, 5 соединены друг с другом с образованием точек питания 9, реализуя Z-структуру. Каждый активный вибратор 4, 5 параллельно подключен к общим клеммам (на фиг.1 не показаны) питания антенны.
Внутреннее пространство рефлектора 6 заполнено расположенными горизонтально и параллельно друг другу проводниками 10. Проводники 10 расположены друг от друга на расстоянии, равном p/10, где p - рабочая длина волны.
Антенна работает следующим образом.
Принимаемая электромагнитная волна, распространяясь вдоль директорной структуры 3, наводит в проводниках активного вибратора 5 электродвижущую силу (ЭДС) и проникая далее за рефлектор 6, наводит ЭДС в активном вибраторе 4. Затем электромагнитная волна по директорной структуре 2 поступает сначала в прямом направлении к отражателю 1. После отражения от отражателя 1 большой площади электромагнитная волна пробегает в обратном направлении директорную структуру 2 и распространяется в свободном пространстве в виде увеличенного суммарного пучка.
Ввиду большой площади отражения электромагнитная волна будет соизмерима с падающей, а ее приход в двухзеркальной системе к активному, находящемуся ближе к отражателю 1 вибратору 4 и наведение в нем электродвижущей силы, будет отставать на время прямого и обратного хода относительно находящегося перед рефлектором 6 активного вибратора 5 и наведенной в нем электродвижущей силы, что обеспечивает пространственный разнос между активными вибраторами 4, 5 электрически в несколько раз больший, чем геометрически, уменьшая продольные размеры антенны. Фазирование включения активных элементов при коммутации дополнительно обеспечивает повышение коэффициента усиления и коэффициента защитного действия антенны, а дополнительная установка активного вибратора 5 с директорной структурой 3 относительно использования двух отдельных разнесенных антенн уменьшает затраты.
Результаты электронного моделирования подтверждают работу предлагаемой антенны, о чем свидетельствуют диаграммы направленности в горизонтальной плоскости (фиг.2) и в вертикальной плоскости (фиг.3), а также характеристика параметров антенны (фиг.4).
1. Двухзеркальная комбинированная Z-вибраторная антенна, содержащая установленный в вертикальной плоскости отражатель большой площади, расположенную перпендикулярно отражателю директорную структуру, активный вибратор и расположенный параллельно отражателю рефлектор, отличающаяся тем, что дополнительно содержит аналогичные активный вибратор и директорную структуру, при этом оба активных вибратора и рефлектор имеют одинаковую, представляющую зигзагообразное полотно форму и параллельны друг другу, рефлектор расположен между активными вибраторами, а внутреннее его пространство заполнено расположенными горизонтально и параллельно друг другу проводниками, дополнительно установленная директорная структура наиболее удалена от отражателя и является продолжением основной директорной структуры.
2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что зигзагообразное полотно состоит из двух незамкнутых ромбообразных рамок, лежащих в одной плоскости и повернутых друг к другу незамкнутыми концами, соединенными друг с другом.
3. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что соединенные незамкнутые концы рамок зигзагообразного полотна активных вибраторов образуют точки питания.
4. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что рамки зигзагообразного полотна активных вибраторов имеют периметр, равный рабочей длине волны p, а рамки зигзагообразного полотна рефлектора имеют периметр, равный p+p/10.
5. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что расположенные во внутреннем пространстве проводники находятся друг от друга на расстоянии, равном или меньше р/10.
