Антенна

 

Использование: в антенной технике для установки на подвижных и стационарных объектах. Сущность изобретения: в антенне, содержащей токоведущий вибратор с последовательно включенной реактивной нагрузкой, проводник, намотанный в виде спирали на внешней изоляционной поверхности вибратора, коаксиально которому установлено проводящее кольцо, спираль подключена нижним кольцом к верхней кромке проводящего кольца, ее длина выбрана с учетом приведенного соотношения, а реактивная нагрузка выполнена индуктивной. 5 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для обеспечения работы приемопередающих устройств радиосвязи на известных рабочих частотах, например, дуплексной радиосвязи, разнесенных по диапазону: СВ-КВ, СВ-УКВ, КВ-УКВ, предназначено для установки на подвижных и стационарных объектах.

Известна конструкция антенны с индуктивно-емкостной нагрузкой, в которой индуктивная нагрузка, включенная в разрыв токоведущего вибратора на одной частоте оказывает удлиняющее действие, а на более высоких частотах запирающее [1] Известна также конструкция антенны, содержащая два проводника разной электрической длины, выполненных в виде спирали, намотанных, например, на диэлектрическом каркасе, и развязывающее устройство [2] [3] Недостатком известных конструкций антенн является то, что при исходной геометрической длине (высоте) токоведущего вибратора без индуктивной нагрузки в пределах 0,25 _раб. включение индуктивной нагрузки позволяет увеличить электрическую длину до 0,5 _раб. и не более.

Наиболее близким по технической сущности к предложенной конструкции является выбранная в качестве прототипа антенна с емкостной нагрузкой, содержащая проводящую трубу и коаксиально установленный фидер с проводником [4] Недостатком известной конструкции является: невозможность реализовать условия создания режима последовательного резонанса одновременно, например, на двух разнесенных рабочих частотах при одной точке возбуждения, а также ограниченный частотный диапазон.

Это приводит к установке дополнительных антенно-фидерных устройств, коммутаторов, что связано не только с техническими трудностями в условиях пространственных ограничений, но и дополнительными материальными затратами.

Кроме того, например, в диапазонах длинных и средних волн l_a<< _раб, КПД антенно-фидерного тракта, эффективность антенны зависят от геометрических размеров антенны, от действующей высоты, т.е. наиболее целесообразной формой кривой распределения излучающего тока вдоль геометрически короткой антенны l_a<< _раб могла быть такая, при которой излучающий ток возрастал бы с увеличением высоты вибратора соответственно длине волны рабочих частот, разнесенных по диапазону. Указанное условие не обеспечивается в известных конструкциях антенн.

Цель изобретения уменьшение габаритов и улучшение эксплуатационных характеристик антенны.

Это достигается тем, что конструкция антенны, содержащая вибратор с последовательно включенной реактивной нагрузкой, заармированный в изолирующий материал, например, стеклопластик, подключенный к центральному проводу коаксиального фидера, состоит из коллинеарно расположенных спирального проводника эквивалентного удлинения пути тока нижней рабочей частоты, и двух гальванически разомкнутых проводящих колец, нижнее кольцо подключено к внешнему проводу коаксиального фидера и плоскому экрану, верхняя кромка верхнего кольца подключена к нижнему концу спирального проводника, за счет этого дополнительная внешняя пассивная нагрузка обеспечивает возрастание излучающего тока на длинной рабочей волне и равномерное распределение на короткой рабочей волне, соизмеримой с электрической длиной токоведущего вибратора.

На фиг. 1 показан пример выполнения предложенной антенны; на фиг. 2 зависимость КСВ (КБВ) от частоты, измеренная в основании антенны при волновом сопротивлении нагрузки 75 Ом; ( а конструкция антенны без элемента 3, б-предложенная конструкция); на фиг. 3-5 зависимость активной (R) и реактивной (jx) составляющих от частоты f, измеренная в основании антенны при волновом сопротивлении нагрузки 75 Ом (на фиг. 3 и 4 конструкция антенны без элемента 3; на фиг. 5 предложенная конструкция).

Антенна содержит токоведущий вибратор 1, выполненный из латунной трубки внешним диаметром 10 мм, последовательно включенную катушку индуктивности 2, выполненную из медной проволоки с эмалевым покрытием диаметром поперечного сечения 1,0 мм, намотанной шагом 2,0 мм на диэлектрическом каркасе из фторопласта. Параметры катушки индуктивности 2 выбраны так, чтобы первый последовательный резонанс поступил на частоте (f) в пределах 150 МГц, при этом выбранная катушка индуктивности имеет минимальное затухание на нижних рабочих частотах.

Оптимальное место включения катушки индуктивности, обеспечивающее максимально возможное значение КПД, выбрано 0,4l_a 0,5 _к.

Антенна содержит проводник 3 эквивалентного удлинения пути тока, выполненный из медного провода с эмалевым покрытием диаметром поперечного сечения 1,0 мм, установленный в виде спирали на изоляционном покрытии (на фиг. 1 не указан) вибратора 1, геометрическая длина проводника 3 выбрана в пределах l₃ 0,25 _н-l_a f 38 м 2,5 м 35 м (f 2182 МГц).

Шаг намотки спирали выбран исходя из соотношения геометрической длины проводника 3 и выступающей части вибратора 1 и составляет 2 мм.

Проводник 3 имеет гальванический контакт с проводящим кольцом 4, выполненным из латуни в виде цилиндра, выбранными геометрическими размерами: внутренним диаметром 47 мм из расчета волнового сопротивления в пределах 75 Ом, длина с целью компенсации входного реактивного сопротивления антенны за счет емкостной проводимости.

Кольцо 4 образует емкостной разрыв с равным по выбранным геометрическим размерам кольцом 5, выполненным из легированной стали марки 12Х18Н10Т в виде цилиндра с опорным фланцем, является несущей опорой конструкции антенны.

На фиг. 1 не указан диэлектрический заполнитель между вибратором 1 и элементами 4, 5. При этом необходимо отметить, что геометрические размеры колец 4, 5 емкостного разрыва между ними выбраны без проводника 3; необходим гальванический контакт (проводника 3 с кольцом 4, установленного на выбранном расстоянии от "заземленного" кольца 5.

Работа антенны основана на отделении неизлучающих токов от излучающих при условии, что расстояние между проводниками (токоведущим вибратором 1 и дополнительным устройством 3, 4, 5) мало по сравнению с длиной рабочей волны.

Экспериментальные исследования показали, что первый последовательный резонанс токоведущего вибратора 1, соответствующий электрической длине, переносится на частоту, четверть длины волны которой соизмерима с геометрической длиной проводника 3, практически не изменяя входные сопротивления в полосе частот последовательного резонанса (при другом варианте анализа работы трудно объяснить номиналы активной составляющей в полосе частот: 1,6-3,5 МГц).

Формула изобретения

АНТЕННА, содержащая токоведущий вибратор с последовательно включенной реактивной нагрузкой, подключенный к центральному проводнику коаксиального фидера, внешний проводник которого соединен с горизонтальным экраном, несущую опору в виде проводящей трубы, проводник в виде спирали, намотанной на внешней изоляционной поверхности вибратора, и проводящее кольцо, установленное коаксиально вибратору, отличающаяся тем, что спираль подключена нижним концом к верхней кромке проводящего кольца и выполнена длиной, равной разности 0,25 длины волны нижней рабочей частоты и геометрической длины вибратора, а реактивная нагрузка выполнена индуктивной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5