ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 1994 года по МПК H01Q7/00 

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может быть использовано в стационарном и подвижном вариантах для радиосвязи и радиовещания в ДВ, СВ, КВ и УКВ-диапазонах волн.

Известны одинаковые рамочные антенны, а также спиральные антенны и квазиспиральные антенны, которые настраиваются в резонанс с помощью конденсатора на рабочую волну λ_o.

По совокупности достигаемого электрического результата ближе других к предлагаемой подходит антенна (прототип), схематично показанная на фиг. 1. Она имеет предельно высокие электрические характеристики при заданных соотношениях h/λ_o, где h - высота антенны (или высота опоры, на которой размещены проводники антенны). Антенна-прототип имеет одну опору. Антенна-прототип - антенна резонансная.

Говоря о предельно высоких электрических характеристиках антенны-прототипа, имеют ввиду ее сопротивление излучения, которое оценивается как
R_{Σпротот}≃ 160 (1) и условие h << λ_o (2).

Такое же сопротивление излучения имеет гипотетический вибратор высотой h на длине волны λ_oпри условии, что на нем имеет место равномерное распределение тока I (фиг. 2).

Реальный несимметричный вибратор, не имеющий емкостной нагрузки на конце, (на вершине), имеет неравномерное распределение тока I (фиг. 3), а его сопротивление излучения оценивается как
R_Σ= 40 (3). Сопоставляют (1) и (3)
R_{Σпротот}≈ 4R (4). Последнее дает прототипу весомое преимущество по КПД и после пропускания (при прочих равных условиях) перед известными несимметричными вибраторами.

Знаком ≈ на фиг. 1,2,3 и в дальнейшем обозначена ЭДС возбуждения антенны.

Однако антенна-прототип сравнительно громоздка (ее проводники в пространстве занимают много места в масштабе ее высоты h);
она сравнительно медленно (механическим путем за счет изменения длины проводников) перестраивается на другую длину волныλ₁.

Уменьшение поперечных размеров антенны и длины ее проводников, упрощение органов настройки и сокращение времени на сам процесс настройки является актуальной практической задачей.

Цель изобретения - уменьшение поперечных размеров антенны и длины ее проводников, упрощение и убыстрение процесса перестройки с одной рабочей волны на другую при прочих равных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что петлеобразно изогнутый проводник концами замкнут на экран-противовес: одним - непосредственно (или через индуктивность, например катушку индуктивности, а другим - через переменную емкость, например через переменный конденсатор, и поднят в промежуточной между концами точке на высоту h, в которой соединен с проводником возбуждения, подключенным у экрана - противовеса к клемме питания антенны.

По сравнению с прототипом предложенное устройство содержит следующие отличительные признаки.

Замыкание петлеобразного проводника на экран - противовес: одним концом непосредственно или через индуктивность, вторым концом - через переменную емкость.

Подъем его в промежуточный между концами точке на высоту h и соединение в этой точке с проводником возбуждения, подключением у экрана противовеса к клемме питания антенны.

Следовательно такое решение удовлетворяет критерию "новизна".

Поиск по патентной и научно-технической литературе показал, что неизвестно использование в известных технических решениях отличительных от прототипа признаков с получением положительного эффекта - сокращения поперечных размеров антенны и длины ее проводников, упрощения и ускорения процесса перестройки с одной волны на другую при прочих равных условиях и, следовательно, соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1а, б показана схема антенны-прототипа; на фиг. 2 - схема гипотетической штыревой антенны с равномерным распределением тока; на фиг. 3 - схема ненагруженной штыревой антенны с неравномерным распределением тока; на фиг. 4а, б, в - схематично показаны варианты выполнения предлагаемой антенны с несимметричным питанием; на фиг. 5а, б, в - то же, с симметричным питанием; на фиг. 6 - распределение тока на проводнике возбуждения антенны и направления токов на ее петлеобразном проводнике.

Как видно из фиг. 4а, б, в возможны различные варианты выполнения этих антенн при одной и той же высоте h. (Варианты с различными коэффициентами включения проводника возбуждения 1 в петлеобразный проводник 2).

На фиг. 5 для примера показаны очевидные варианты тех же антенн, выполненных симметрично.

На фиг. 6 схематично изображена предлагаемая антенна в один из условных моментов времени, когда ее петлеобразный проводник с помощью переменного конденсатора настроен в резонанс. Резонансное состояние и условие h <<λ_oпозволяют считать, что ток в петлеобразном проводнике имеет одинаковые величину и направление (встречное на левой и правой стороне петли). Тем самым обуславливается факт практически незначительного излучения, порождаемого петлеобразным проводником.

В то же время резонансное состояние петлеобразного проводника обуславливает в точке К (верхней точке, расположенной на высоте h от экрана противовеса) некоторое входное активное сопротивление, равное характеристическому сопротивлению R_х этого проводника (как резонансного контура). В результате на проводнике возбуждения антенны одним концом, включенным на клемму ее питания, а другим - нагруженного на активное сопротивление, устанавливается распределение тока, близкое к равномерному, достижение которого реализует высокие электрические характеристики, присущие прототипу, с одновременной реализацией целей изобретения.

Для увеличения мощности, подводимой к антенне от передатчика, число одинаковых контуров может быть увеличено до 2-4-х, которые при этом расставляются равномерно вокруг оси проводника возбуждения.

Для увеличения полосы пропускания антенны увеличивают число контуров, делая их не одинаковыми, каждый из которых настраивают на различные резонансные частоты. (56) Авторское свидетельство СССР N 1663659, кл. Н 01 Q 7/00, 1989.

Использование: в антенной технике для радиосвязи и радиовещания в ДВ, СВ, КВ и УКВ-диапазонах волн. Сущность изобретения: антенна содержит петлеобразный проводник и экран-противовес. Концы петлеобразного проводника соединены с экраном-противовесом - один конец непосредственно или через индуктивность, а другой - через конденсатор переменной емкости. Одна точка петлеобразного проводника, расположенная на высоте h много меньше, соединена проводником возбуждения с клеткой питания. 1 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА, содержащая петлеобразный проводник и экран-противовес, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения размеров антенны и длины проводников, упрощения и ускорения перестройки по диапазону, петлеобразный проводник одним концом непосредственно или через введенную индуктивность соединен с экраном-противовесом, который посредством введенного конденсатора переменной емкости соединен с другим концом петлеобразного проводника, одна из точек которого, расположенная на высоте n << λ от экрана-противовеса, где λ - длина волны, соединена посредством проводника возбуждения с клеммой питания, расположенной у экрана-противовеса. 2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью увеличения полосы пропускания, введены n петлеобразных проводников, образующих с экраном-противовесом n контуров, где n = 1 - 4 - целое число, резонансные частоты которых различны.