АНТЕННА УКВ Российский патент 1999 года по МПК H01Q9/00 H01Q9/18 

Заявляемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве антенны для приемопередающих средств связи в диапазоне от метровых до миллиметровых волн. Изобретение предназначено для установки на морских и речных судах, подвижных и стационарных объектах.

Изобретение может быть установлено на мачте любой геометрической высоты, так как не требует дополнительной металлизированной поверхности.

Известны конструкции антенн УКВ (Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ, ч. I. М. : Связь, 1977; Надененко С.И. Антенны. М.: Связьиздат, 1959, с. 365 - 425).

Недостатком известных конструкций антенн УКВ является то, что для увеличения радиуса действия приемопередающих средств связи необходимо увеличить высоту установки антенны, вследствие этого не только увеличивается угол от нуля градусов диаграммы направленности в вертикальной плоскости, но изменяется полоса согласования рабочих частот антенно-фидерного тракта с приемопередающим устройством, что требует дополнительной работы по настройке антенно-фидерного тракта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой конструкции антенны УКВ является конструкция известной под названием "волновой канал" (Надененко С.И. Антенны. М.: Связьиздат, с. 370 - 371), выбранная в качестве прототипа. Антенна содержит, расположенные по прямой симметрично относительно оси, вибратор, геометрическая середина которого электрически соединена с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, и проводящие элементы, выполненные в виде штырей, электрически соединенные с внешним цилиндрическим проводником коаксиального фидера.

Задачей изобретения является улучшение функциональных эксплуатационных характеристик конструкции приемопередающей антенны УКВ.

Решение задачи достигается тем, что в конструкции антенны, которая содержит расположенные по прямой симметрично относительно оси вибратор, геометрическая середина которого электрически соединена с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, и проводящие элементы, выполненные в виде штырей, электрически соединенные с внешним цилиндрическим проводником коаксиального фидера, согласно изобретению, вышеуказанный проводящий элемент выполнен в виде двух равных по диаметру 0,15 λ_в плоскостей, которые установлены параллельно друг другу и разделены диэлектрическим промежутком, равным 20 мм, при этом вышеуказанный вибратор геометрической длиной 0,3 λ_в установлен вертикально соответственно двум диаметральным плоскостям таким образом, что образованы два равных токоведущих плеча, а геометрическая середина, которая электрически соединена с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, расположена в диэлектрическом промежутке, заземленный внешний цилиндрический проводник коаксиального фидера электрически соединен к краю параллельных диаметральных плоскостей, а во внутренней полости диэлектрического промежутка первый и второй конец отрезка внешнего цилиндрического проводника коаксиального фидера гальванически разомкнуты, кроме того, дополнительно введена емкостная нагрузка для нижнего плеча вибратора, выполненная в виде двух взаимно перпендикулярных проводников геометрической длиной, равной диаметру плоскости, шириной, равной 20 мм, где λ_в - длина волны верхней рабочей частоты.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая конструкция антенны отличается геометрическими параметрами проводящего элемента, выбранными в соответствии в диапазоном рабочих частот, дополнительно введенной емкостной нагрузкой с выбранными геометрическими размерами, электрическими соединениями и электромагнитными связями элементов конструкции. Это позволяет сделать вывод, что заявляемая конструкция антенны соответствует критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с известными техническими решениями показывает известные металлические ускоряющие волноводные линзы (Надененко С.И. Антенны. М.: Связьиздат, 1959, с. 394), известна теория линейного симметричного вибратора (Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ, ч. I. М.: Связь, 1977, с. 96 - 102). Однако выбранные геометрические параметры и соотношения, выбранное расположение элементов конструкции относительно друг друга и электрические соединения обеспечивают заявляемой конструкции антенны проявление новых качеств: режим бегущей волны на рабочих частотах антенны обеспечен введением емкостной нагрузки, увеличение коэффициента усиления четвертьволнового вибратора обеспечивается двумя параллельными диаметральными плоскостями. Это позволяет сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан пример выполнения предлагаемой конструкции антенны.

На фиг. 2 представлено экспериментальное подтверждение электродинамических характеристик предложенной конструкции.

Антенна (фиг. 1) содержит токоведущий металлический вибратор 1, выполненный из латунной трубки геометрической длиной 500 мм (0,3 λ_в), внешним поперечным диаметром 10 мм; диэлектрический каркас 2, являющийся несущей конструкцией антенны, диаметром 300 мм (0,15 λ_в), поперечным сечением 20 мм; проводящие диаметральные плоскости 3, выполненные из латунной фольги поперечным сечением 2,0 мм диаметром 300 (0,15 λ_в), установленные на внешних плоскостях диэлектрического каркаса 2; высокочастотный разъем 4 волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению коаксиального фидера, внешний цилиндрический проводящий корпус которого механически и электрически соединяет проводящие диаметральные плоскости 3 с внешним цилиндрическим проводником коаксиального фидера; отрезок коаксиального фидера 5, геометрической длиной 150 мм, выполненный на основе коаксиального радиочастотного кабеля марки РК 50-7-21, установленный во внутренней полости диэлектрического каркаса 2, центральный токоведущий проводник которого электрически соединяет геометрическую середину вибратора 1 с центральным токоведущим проводником высокочастотного разъема 4 и центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, внешний цилиндрический проводник отрезка коаксиального фидера 5 гальванически разомкнут первым и вторым концом; емкостную нагрузку 6, установленную в вершине нижнего плеча вибратора 1 параллельно проводящей диаметральной плоскости 3, выполненную из латунной фольги поперечным сечением 2,0 мм в виде двух равных по геометрическим размерам: длиной 300 мм (0,15 λ_в), шириной 20 мм, взаимно перпендикулярных проводников.

На фиг. 1 не указан металлический фланец для крепления антенны, например к металлической мачте.

Антенна работает следующим образом, например в передающем режиме; входное напряжение генератора подводится по коаксиальному фидеру к высокочастотному разъему 4 и распространяется по коаксиальной линии отрезка коаксиального фидера 5 к геометрической середине излучающего вибратора 1 (фиг. 1). Бегущая электромагнитная волна типа ТЕМ распространяется в геометрически равные излучающие плечи вибратора 1, образуя соответственно два тока смещения, текущие соответственно на две проводящие диаметральные плоскости 3. Токи проводимости текут по площади двух проводящих диаметральных плоскостей 3 к проводящему корпусу высокочастотного разъема 4, в котором суммируются и далее через внешний цилиндрический проводник коаксиального фидера текут к "заземленному" зажиму генератора.

Полученные результаты измерений электродинамических характеристик позволяют сделать вывод, что поставленная задача изобретения достигнута (см. фиг. 2).

Антенна содержит расположенные по прямой симметрично относительно оси вибратор, геометрическая середина которого электрически соединена с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, и проводящие элементы в виде штырей, электрически соединенные с внешним цилиндрическим проводником коаксиального фидера, и выполнен в виде двух равных по диаметру плоскостей, которые установлены параллельно друг другу и разделены диэлектрическим промежутком. Вибратор установлен вертикально соответственно двум диаметральным плоскостям так, что образованы два равных токоведущих плеча, а геометрическая середина расположена в диэлектрическом промежутке. Заземленный внешний цилиндрический проводник коаксиального фидера электрически подсоединен к краю параллельных диаметральных плоскостей, во внутренней полости диэлектрического промежутка первый и второй концы отрезка внешнего цилиндрического проводника коаксиального фидера гальванически разомкнуты. Емкостная нагрузка для нижнего плеча вибратора выполнена в виде двух взаимно перпендикулярных проводников геометрической длиной, равной диаметру плоскости, шириной 20 мм. Технический результат заключается в улучшении функциональных эксплуатационных характеристик конструкции. 2 ил.

Антенна, содержащая расположенные по прямой симметрично относительно оси вибратор, геометрическая середина которого электрически соединена с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, и проводящие элементы, выполненные в виде штырей, электрически соединенные с внешним цилиндрическим проводником коаксиального фидера, отличающаяся тем, что указанный проводящий элемент выполнен в виде двух равных по диаметру 0,15 λ_в плоскостей, которые установлены параллельно друг другу и разделены диэлектрическим промежутком, равным 20 мм, при этом указанный вибратор геометрической длиной 0,3 λ_в установлен вертикально соответственно двум диаметральным плоскостям так, что образованы два равных токоведущих плеча, а геометрическая середина, которая электрически соединена с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, расположена в диэлектрическом промежутке, заземленный внешний цилиндрический проводник коаксиального фидера электрически подсоединен к краю параллельных диаметральных плоскостей, а во внутренней полости диэлектрического промежутка первый и второй концы отрезка внешнего цилиндрического проводника коаксиального фидера гальванически разомкнуты, кроме того, дополнительно введена емкостная нагрузка для нижнего плеча вибратора, выполненная в виде двух взаимно перпендикулярных проводников геометрической длиной, равной диаметру плоскости, шириной 20 мм, где λ_в - длина волны верхней рабочей частоты.