ШУНТОВАЯ АНТЕННА Российский патент 1998 года по МПК H01Q9/00 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в радиосвязи и радиовещании, в частности в диапазоне НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ и УВЧ.

Известна Г-образная антенна, содержащая плоскую сеть горизонтальных проводов, одни концы которых соединены с соответствующим проводом снижения, а другие соединены между собой. Провода снижения в нижних точках через элементы настройки подключены к несимметричному генератору [1].

Недостатком данной антенны является недостаточно высокое значение сопротивления излучения ее при электрически коротких излучающих снижениях.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является петлевая Г-образная антенна, содержащая два параллельных вертикальных несимметричных излучателя, соединенных верхними концами с соответствующими горизонтальными параллельными между собой проводниками, другие концы которых соединены между собой. Длина излучателей и горизонтальных проводов равна 1/8 рабочей длины волны. При этом генератор подключен к нижнему концу одного из вертикальных излучателей [2].

Недостатком данной антенны является то, что из-за разности хода в направлении вертикальной оси антенны не происходит взаимной компенсации токов горизонтальных проводов и противофазных им токов зеркального отражения, поэтому в излучении всегда присутствует паразитная горизонтальная поляризация под высокими углами к горизонту. Это, в свою очередь, снижает коэффициент усиления антенны по основной поляризации. Кроме того, при укорочении вертикальных проводов для настройки антенны в резонанс приходится удлинять горизонтальные провода, что приводит к росту излучения паразитной поляризации вдоль оси антенны, а это, как правило, является нежелательным.

Целью изобретения является увеличение коэффициента усиления и полосы пропускания, а также уменьшение размеров горизонтальных проводов при сохранении длин вертикальных излучающих проводов.

Поставленная цель достигается тем, что в антенне, содержащей активный излучатель, выполненный в виде ряда параллельных равной длины вертикальных проводов, расположенных друг от друга на расстоянии, много меньшем длины рабочей волны, равной длины горизонтальных проводов, присоединенных одними концами к соответствующим вертикальным проводам, а другими концами - к соединительным горизонтальным проводам, и генератор, включенный в один из вертикальных проводов, отличающийся тем, что вертикальные провода расположены по ребрам правильной треугольной призмы, а равной длины горизонтальные провода выполнены радиально расходящимися от центра симметрии шунтовой антенны под углом 2π/3 друг к другу, при этом соединительные горизонтальные провода выполнены равной длины и формы и образуют в верхней и нижней частях правильной треугольной призмы идентичные фигуры, симметричные относительно центра симметрии шунтовой антенны, например круг, равносторонний треугольник, эпициклоиду, гипоциклоиду.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема антенны.

Антенна содержит вертикальные параллельные друг другу провода 1, расположенные по ребрам правильной треугольной призмы, горизонтальные радиально расходящиеся равной длины провода 2, присоединенные одними концами к соответствующим вертикальным проводам 1, а другими концами к равной длины и одинаковой формы соединительным горизонтальным проводам 3, генератор 4, включенный в середину одного из вертикальных проводов 1, и настроечные горизонтальные провода 5, подключенные в точках соединения проводов 2 и 3. При этом вертикальные провода 1 расположены на расстоянии, много меньшем длины рабочей волны, друг от друга.

Технический результат, получаемый при использовании данной антенны, обуславливается тем, что в предлагаемой антенне токи в горизонтальных проводах растекаются радиально в проводах 2 и по кольцу в противоположных направлениях в проводах 3 от точек соединения радиальных проводов и горизонтальных соединительных проводов. Это приводит к взаимной компенсации излучения вдоль вертикальной оси антенны, что также приводит к увеличению коэффициента усиления для основной вертикальной поляризации. Кроме того, у предлагаемой антенны при укорочении излучающих вертикальных проводов излучение вдоль оси практически не увеличивается. При этом геометрия горизонтальной части предлагаемой антенны позволяет добиться настройки антенны в резонанс при меньших радиальных размерах горизонтальных проводов и увеличить полосу пропускания антенны.

Данная антенна работает следующим образом.

Длина вертикальных проводов 1 выбирается, исходя из требуемого значения активной составляющей входного сопротивления антенны. Длина радиальных проводов 2 и соединительных проводов 3 выбирается таким образом, чтобы при настройке антенны в резонанс по вертикальным проводам 1 протекали синфазные и равные токи с пучностью в середине этих проводов. При этом обеспечивается настройка антенны в последовательный резонанс и максимально возможное при данной длине вертикальных проводов сопротивление излучения антенны.

Для осуществления точной настройки антенны при фиксированной длине радиальных горизонтальных проводов 2 и горизонтальных соединительных проводов 3 служат настроечные и горизонтальные провода 5.

Кроме того, с целью уменьшения уровня обратного излучения, увеличения коэффициента усиления, а также уменьшения длин вертикальных проводов антенна дополнительно содержит идентичный по конструкции активному излучателю пассивный излучатель, при этом расстояние между ними лежит в пределах 0,17 - 0,30 L_o, где L_o - рабочая длина волны.

На фиг. 2 представлена принципиальная схема такой антенны.

Антенна содержит идентичные по конструкции активный излучатель и рефлектор (пассивный излучатель), расположенные на расстоянии 0,17 - 0,30 L_o друг от друга.

В предлагаемой антенне пространственная связь между активным и пассивным излучателями определяется не только связью между вертикальными проводами, но и связью между горизонтальными проводами. Путем соответствующего подбора длин вертикальных и горизонтальных проводов активного излучателя и рефлектора можно добиться необходимого амплитудно-фазового соотношения между токами излучателей.

Данная конструкция антенны работает следующим образом.

Токи в вертикальных, радиальных и соединительных горизонтальных проводах активного излучателя, взаимодействуя с аналогичной системой проводов рефлектора, наводят в них токи. При этом части радиальных и соединительных горизонтальных проводов активного излучателя и рефлектора находятся ближе друг к другу по сравнению с вертикальными проводами, а следовательно, и сильнее взаимодействуют между собой. Это приводит к тому, что амплитуда тока, наводимого в рефлекторе, равна амплитуде тока в активном излучателе, а сдвиг фаз удовлетворяет соотношению ϕ = 2πd/L_o , где d - расстояние между активным и пассивным излучателями, а L_o - длина рабочей волны.

Настройка активного излучателя в резонанс и рефлектора по минимальному уровню излучения в обратном направлении осуществляется путем подбора длин вертикальных, радиальных и соединительных горизонтальных проводов, а также выбором расстояния между активным излучателем и рефлектором. Длины настроечных проводов выбираются из условия точной настройки активного излучателя и рефлектора антенны.

Вместе с тем при использовании антенны (вышеописанной) в условиях с повышенными механическими, например ветровыми, нагрузками на антенну вертикальные провода рефлектора могут быть заменены одним вертикальным проводом большего диаметра. Возможность такой эквивалентной замены обуславливается тем, что токи в вертикальных проводах рефлектора равны и синфазны, при этом радиальные провода сходятся в одну точку на вертикальном проводе.

Принципиальная схема такой конструкции антенны представлена на фиг. 3.

Принцип работы такой антенны аналогичен антенне, представленной на фиг. 2.

Пример реализации антенны по фиг. 1.

Для получения входного активного сопротивления антенны, равного 150 Ом, подобраны: длина вертикальных проводов 1, равная 0,144 L_o, длина радиальных проводов 0,067 L_o. При этом коэффициент усиления антенны равен коэффициенту усиления короткого симметричного излучателя.

Пример реализации антенны по фиг. 2.

Для получения входного активного сопротивления антенны, равного 15 Ом, подобраны: радиус описанной окружности вокруг основания призмы равен 0,016 L_o, длина вертикальных проводов активного излучателя равна 0,057 L_o, длина вертикальных проводов рефлектора 0,076 L_o, длина радиальных проводов активного излучателя 0,080 L_o, длина радиальных проводов рефлектора 0,75 L_o, расстояние между активным излучателем и рефлектором 0,208 L_o, L_o - рабочая длина волны. При этом уровень обратного излучения по отношению к излучению в главном направлении - не менее 26 дБ, а коэффициент усиления равен 5,2 дБ.

Пример реализации антенны по фиг. 3.

Для получения предыдущих показателей: входного активного сопротивления антенны, равного 150 Ом, уровня обратного излучения по отношению к излучению в главном направлении не менее 26 дБ и коэффициента усиления, равного 5,2 дБ, были подобраны: радиус описанной окружности вокруг основания призмы равен 0,016 L_o, длина вертикальных проводов активного излучателя 0,057 L_o, длина вертикальных проводов рефлектора 0,076 L_o, длина радиальных проводов активного излучателя 0,80 L_o, длина радиальных проводов рефлектора 0,069 L_o, расстояние между активным излучателем и рефлектором 0,208 L_o, где L_o - рабочая длина волны.

При этом в последнем случае диаметр одного вертикального провода выбирается из соотношения:

где
r и R соответственно радиус вертикальных проводов (фиг. 2) и радиус описанной окружности вокруг основания призмы.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в радиосвязи и радиовещании в диапазоне НЧ, СЧ, ВЧ, ОВЧ и УВЧ. Сущность изобретения состоит в том, что в антенне, содержащей активный излучатель, выполненный в виде ряда параллельных равной длины вертикальных проводов, расположенных друг от друга на расстоянии, много меньшем длины рабочей волны, равной длины горизонтальных проводов, присоединенных одними концами к соответствующим вертикальным проводам, а вторыми концами - к соединительному горизонтальному проводу, и генератор, включенный в один из вертикальных проводов, вертикальные провода расположены по ребрам правильной треугольной призмы, а равной длины горизонтальные провода выполнены радиально расходящимися от центра симметрии антенны под углом 2π/3 друг к другу, при этом соединительные горизонтальные провода равной длины и формы образуют в верхней и нижней частях призмы идентичные фигуры, симметричные относительно центра симметрии антенны: круг, равносторонний треугольник, эпициклоиду, гипоциклоиду. Кроме того, антенна дополнительно может содержать настроечные горизонтальные провода, подключенные в точках соединения горизонтальных и соединительных горизонтальных проводов; идентичный по форме активному излучателю пассивный излучатель, расположенный от активного излучателя на расстоянии, равном 0,17-0,30 L_o, где L_o - рабочая длина волны или пассивный излучатель, горизонтальные провода которого соединены в центре симметрии сверху и снизу в точках, соединенных одним проводом, диаметр которого выбирается из соотношения , где r и R соответственно радиус вертикальных проводов и радиус окружности, описанной вокруг основания призмы. Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления и полосы пропускания, в уменьшении размеров горизонтальных проводов при сохранении длин вертикальных излучающих проводов. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Шунтовая антенна, содержащая активный излучатель, выполненный в виде ряда параллельных равной длины вертикальных проводов, расположенных друг от друга на расстоянии, много меньшем длины рабочей волны, равной длине горизонтальных проводов, присоединенных одними концами к соответствующим вертикальным проводам, а вторыми концами - к соединительным горизонтальным проводам, и генератор, включенный в один из вертикальных проводов, отличающаяся тем, что вертикальные провода расположены по ребрам правильной треугольной призмы, а равной длины горизонтальные провода выполнены радиально расходящимися от центра симметрии шунтовой антенны под углом 2π/3 друг к другу, при этом соединительные горизонтальные провода выполнены равной длины и формы и образуют в верхней и нижней частях правильной треугольной призмы идентичные фигуры, симметричные относительно центра симметрии шунтовой антенны. 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит настроечные горизонтальные провода, подключенные в точках соединения горизонтальных и соединительных горизонтальных проводов. 3. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена идентичным по форме активному излучателю пассивным излучателем-рефлектором, расположенным от активного излучателя на расстоянии 0,17 - 0,30 L₀, где L₀ - рабочая длина волны. 4. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит пассивный излучатель-рефлектор, горизонтальные провода которого соединены в центре симметрии шунтовой антенны сверху и снизу в точки, соединенные одним вертикальным проводом, диаметр которого выбирается из соотношения

где r и R - соответственно радиус вертикальных проводов и радиус окружности, описанной вокруг основания правильной треугольной призмы.