АНТЕННА Российский патент 1998 года по МПК H01Q3/44 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть применено, в частности, для радиовещания на УКВ.

Для радиовещания обычно требуются диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, близкие к круговым. Известны антенные решетки, содержащие по несколько панельных излучателей (каждая панель - один или два вибратора и рефлектор), в каждом этаже антенны, например, по четыре - по одной панели с каждой стороны опоры квадратного сечения (Трусканов Д.М. Развитие отечественной техники телевизионных передающих антенн. Антенны, выпуск 2. - М.: Связь, 1967). Эти антенные решетки обеспечивают близкую к круговой диаграмму направленности, но сложны, поскольку содержат много излучателей.

Известны антенны, содержащие по одному вертикальному вибратору в этаже, у которых все вибраторы расположены коллинеарно (соосно) друг над другом (патент США N 5339089 от 16.08.94). Однако у такой антенны круговая диаграмма направленности получается только при расположении антенны на верхушке опоры. Кроме того, механическая прочность такой антенны ограничена из-за отсутствия металлических опорных конструкций. Этим ограничивается высота антенны, а следовательно, коэффициент усиления ее, особенно при относительно длинных волнах.

Известна антенна, содержащая по одному вертикальному вибратору в этаже и металлическую стойку опоры, параллельную вибраторам, но не соосную с ними (прилагаемый проспект фирмы Mamie Rundfunktechnik). Эта антенна наиболее близка к предлагаемой. Из-за влияния металлической стойки опоры ее диаграмма направленности в горизонтальной плоскости существенно отличается от круговой, поскольку интенсивность излучения в направлениях, близким к стойке, снижается, что видно на рисунке прилагаемого проспекта.

Предлагаемым изобретением решается задача обеспечения близкой к круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Для достижения этого технического результата в антенну, содержащую по крайней мере один вертикальный вибратор и по крайней мере одну металлическую стойку опоры, параллельную вибратору, но не соосную с ним, дополнительно введена по крайней мере одна пара вертикальных металлических элементов длиной менее половины волны, расположенных симметрично относительно стойки опоры, причем оси элементов лежат в плоскости, проходящей через ось стойки опоры и перпендикулярной направлению от оси вибратора к оси стойки опоры.

Признаки, отличающие предлагаемую антенну от наиболее близкой к ней, известной по проспекту фирмы Mamie Rundfunktechnik, - наличие дополнительно введенных пар вертикальных металлических элементов длиной менее половины волны, расположенных описанным выше образом относительно стойки опоры, - обеспечивают достижение близкой к круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. В прототипе диаграмма направленности отличается от круговой потому, что ее искажает ток, наведенный вибраторами в стойке опоры. Токи, наведенные вибратором в дополнительно введенных элементах, создают электромагнитное поле, компенсирующее поле, образованное током в стойке опоры. Компенсация получается наиболее полной при расположении элементов симметрично относительно опоры в плоскости, проходящей через ось стойки опоры и перпендикулярной направлению от оси вибратора к оси стойки опоры.

На фиг. 1 показана предлагаемая антенна, содержащая один вертикальный вибратор, одну металлическую стойку опоры и одну пару дополнительных элементов (даны три прямоугольных проекции); на фиг. 2 - предлагаемая антенна, содержащая четыре вертикальных вибратора, одну металлическую стойку опоры и четыре пары дополнительных элементов, вид сбоку; на фиг. 3 - предлагаемая антенна, содержащая четыре металлические стойки опоры, вид сверху; на фиг. 4 - различные формы поперечного сечения дополнительных элементов; на фиг. 5 показаны диаграммы направленности в горизонтальной плоскости предлагаемой антенны (кривая 1) и антенны без дополнительных элементов (кривая 2).

Антенна (фиг. 1) содержит один вертикальный вибратор 1, металлическую стойку 2 опоры, параллельную вибратору, но не соосную с ним, и одну пару дополнительных вертикальных металлических элементов 3 длиной менее половины волны, расположенных симметрично относительно стойки опоры таким образом, что оси элементов лежат в плоскости, проходящей через ось стойки опоры и перпендикулярной направлению от оси вибратора к оси стойки опоры. Дополнительные элементы прикреплены к стойке опоры за середину.

Антенна, показанная на фиг. 2, содержит четыре вертикальных вибратора 1, расположенных на общей вертикальной оси друг над другом, одну вертикальную металлическую стойку 2 опоры и четыре пары дополнительных вертикальных металлических элементов 3 длиной менее половины волны, расположенных относительно опоры так же, как на фиг. 1. В данном исполнении антенна содержит четыре вибратора и четыре пары дополнительных элементов, однако, антенна может содержать любое число вибраторов и пар дополнительных элементов.

Антенна, показанная на фиг. 3 (приведен вид сверху) содержит четыре вертикальные металлические стойки 2 опоры. Вертикальные вибраторы 1 закреплены на одной из стоек опоры, дополнительные вертикальные металлические элементы - на всех четырех стойках. Число вибраторов и число пар дополнительных элементов может быть любым. Все пары дополнительных элементов расположены симметрично относительно соответствующей стойки опоры, причем оси элементов лежат в плоскости, проходящей через ось стойки опоры и перпендикулярной направлению от оси вибратора к оси стойки опоры, что обозначено у верхней (по чертежу) стойки опоры.

На фиг. 4 показаны различные формы поперечного сечения дополнительных элементов 3. Элементы круглого сечения предпочтительны для тонких стоек 2 опор, элементы в виде пластин - для большинства стоек промежуточной толщины, элементы с поперечным сечением в виде полуколец - для толстых стоек. Периметр поперечного сечения дополнительного элемента приблизительно равен периметру поперечного сечения стойки опоры.

Антенна работает следующим образом. Вертикальные вибраторы 1 наводят токи в вертикальных стойках 2 опоры и в дополнительных вертикальных элементах 3, причем токи в стойках опоры и соответствующих им дополнительных элементах приблизительно противофазны, так что электромагнитные поля, создаваемые теми и другими, компенсируют друг друга. В результате диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости получается приблизительно такой, какой она была бы у вибраторов, расположенных в свободном пространстве, т.е. близкой к круговой. На фиг. 5 изображены расчетные диаграммы направленности: кривая 1 - предлагаемой антенны, кривая 2 - для такой же антенны, но без дополнительных элементов.

Точная длина дополнительных элементов, в зависимости от толщины стойки опоры и выбранного расстояния до нее, должна быть подобрана экспериментально или с помощью точных численных расчетов. Расстояние от элемента до стойки много меньше длины волны, при малом расстоянии диаграмма направленности ближе к круговой, но в более узком частотном диапазоне.

Антенна в вариантах с одной и четырьмя стойками опоры проверена экспериментально.

Использование: в радиотехнике, в частности для радиовещания на УКВ. Сущность изобретения: антенна состоит из одного или нескольких вертикальных вибраторов, расположенных друг над другом соосно, и из одной или нескольких металлических стоек опоры, параллельных вибраторам, но не соосных с ними. У стоек опоры расположены одна или несколько пар вертикальных металлических элементов длиной менее половины волны, симметрично относительно стойки опоры, причем оси элементов лежат в плоскости, проходящей через ось стойки опоры и перпендикулярной направлению от оси вибратора к оси стойки опоры. Техническим результатом является получение диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости, близкой к круговой, несмотря на наличие вертикальных металлических стоек опоры. 5 ил.

Антенна, содержащая по крайней мере один вертикальный вибратор и по крайней мере одну металлическую стойку опоры, параллельную вибратору, но не соосную с ним, и по крайней мере одну пару вертикальных металлических элементов, расположенных симметрично относительно стойки опоры и прикрепленных к ней, при этом вертикальный вибратор также закреплен на стойке опоры, отличающаяся тем, что вертикальные металлические элементы выполнены длиной менее половины длины волны, а их оси лежат в плоскости, проходящей через ось стойки опоры и перпендикулярной направлению от оси вибратора к оси стойки опоры.