НЕСИММЕТРИЧНАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 1999 года по МПК H01Q19/30 

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств в области телевидения, радиовещания и радиосвязи в метровом и дециметровом диапазонах частот.

Известны двух- и четырехдиапазонные одновибраторные антенны с согласованной линией передачи [1], в которой излучающие элементы для увеличения широкополосности выполнены в виде несимметричного вибратора. Недостатком данной антенны является малая направленность.

Известна также антенна - волновой канал [2], построенная на базе симметричных вибраторов, содержащей ряд равноплечных вибраторов, расположенных в одной плоскости параллельно друг другу, соединенных линией питания последовательно. Недостатком такой антенны является малая широкополосность.

Целью изобретения является увеличение КНД и расширение диапазона рабочих частот. Для этого предлагается несимметричная вибраторная антенна, которая содержит линейную решетку вибраторов, расположенных параллельно один за другим, и линию питания. Одна из половин каждого вибратора в четверть длины электромагнитной волны одного диапазона частот подключена к одному из проводов линии питания и интервалом в четверть длины электромагнитной волны того же диапазона, а вторые половины вибраторов в четверть длины электромагнитной волны другого диапазона частот подключены к другому из проводов линии питания также с интервалом в четверть длины электромагнитной волны этого другого диапазона. Высокочастотное питание может подводиться только к одному из несимметричных вибраторов.

Линейные размеры половин вибраторов в зависимости от способа высокочастотного питания могут изменяться от одной половины к другой, либо оставаться постоянными в пределах левой и правой сторон вибраторов. Клеммы питания вибраторов могут подключаться к линии питания непосредственно или через сопротивления, причем некоторые из половин вибраторов, например с каждой стороны линии питания через один, могут подключаться перекрестно.

Изобретение поясняется чертежами, на которых:
фиг. 1 - схема несимметричной вибраторной антенны при последовательном питании вибраторов;
фиг. 2 - схема несимметричной вибраторной антенны при запитывании одного из вибраторов;
фиг. 3 - схема несимметричной вибраторной антенны, линейные размеры левых и правых неравных половин вибраторов которой и отрезки линии питания возрастают по геометрической прогрессии.

Несимметричная вибраторная антенна (фиг. 1) содержит линейную решетку вибраторов, расположенных параллельно один за другим, и двухпроводную линию питания 11. Одна из половин 3, 5, 7, 9 каждого вибратора в четверть длины электромагнитной волны одного диапазона частот f₁ подключена к проводу 1 линии питания и интервалом в четверть длины электромагнитной волны того же диапазона f₁, а вторые половины 4, 6, 8, 10 вибраторов в четверть длины электромагнитной волны другого диапазона частот f₂ подключены к проводу 2 линии питания также с интервалом в четверть длины электромагнитной волны этого другого диапазона f₂. Высокочастотное питание при этом подводится к клеммам 1 и 2 двухпроводной линии питания 11.

Высокочастотное питание может быть подведено к клеммам питания 12 и 13 (фиг. 2).

Несимметричная вибраторная антенна (фиг. 1) работает следующим образом.

При подключении генератора (не показан) к клеммам питания 1 и 2 двухпроводной линии питания 11 за счет длин отрезков от точки питания плеча 3 вибратора до точки питания плеча 5 и далее от точки питания 5 до точки питания 7 вдоль провода линии, питающегося от клеммы 1 для одного диапазона частот f₁, а также за счет длин отрезков от точки питания плеча 4 вибратора до точки питания плеча 6 и далее от точки питания плеча 6 до точки питания плеча 8 вдоль провода линии, питающегося от клеммы 2 для другого диапазона частот f₂, происходит последовательное отставание токов в последующих парах плеч вибраторов относительно токов в предыдущих парах плеч вибраторов. В результате последующая пара плеч вибраторов является директором относительно предыдущей и в направлении последующих пар плеч вибраторов формируется направленное излучение с высоким КНД, а также в силу несимметрии каждой из пар плеч вибраторов, настроенных каждая на свою частоту, происходит расширение частотного диапазона антенны.

В другом конструктивном варианте (фиг. 2) высокочастотное питание подводится к клеммам 12 и 13 плеч 16 и 17 двух неравных по длине половин второго вибратора, а неравные по длине половины 14 и 15 первого вибратора удлиняются на несколько процентов, а третий и последующие вибраторы 18, 19, 20, 21 укорочены на несколько процентов. При таком подключении на неравных по длине плечах 16 и 17 второго вибратора формируется поле излучения линейной поляризации, излучаемое во все стороны от каждого из плеч 16 и 17 этого вибратора. За счет этого на паре плеч 14 и 15 первого вибратора, а также на парах плеч 18 и 19, 20 и 21 наводятся собственные токи. Каждая из пар плеч 12 и 13, 16 и 17, 18 и 19 первого, третьего и последующих несимметричных вибраторов соответственно представляет собой в эквиваленте двухпроводную линию с изменяющимся расстоянием между проводами общей длиной около четверти длины электромагнитной волны, разомкнутую на конце. Размеры каждого из пары неравных плеч 14 и 15 первого вибратора на несколько процентов длиннее соответствующих линейных размеров каждого из пары неравных плеч 16 и 17 второго вибратора, поэтому входное сопротивление каждого из плеч первой пары вибраторов имеет индуктивный характер, ток в каждом из этих плеч опережает по фазе на 90^o ток в соответствующих плечах второй пары вибраторов и поэтому первый несимметричный вибратор играет роль рефлектора. Другие пары плеч 18 и 19, 20 и 21 и т.д. третьего, четвертого и последующих несимметричных вибраторов, наоборот, на несколько процентов короче активной пары плеч 16 и 17 второго вибратора, поэтому токи в каждом из плеч этих последующих пар неравных по длине плеч 18 и 19, 20 и 21 и т. д. отстают по фазе на 90^o относительно токов в соответствующих плечах предыдущей пары из-за емкостного характера входного сопротивления. В этом случае пары плеч 18 и 19, 20 и 21 и т. д. несимметричных вибраторов играют роль директоров. В результате излучения несимметричных вибраторов складываются в направлении расположения пар неравных по длине плеч 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, 20 и 21 и т.д. Ввиду высокой направленности данной системы антенна имеет повышенный КНД, а также расширенный частотный диапазон, поскольку каждая половина антенны настроена на свою частоту. Все пассивные вибраторы закреплены на продольной штанге 33, выполненной из металла или диэлектрика. В качестве активного вибратора можно использовать также и флейф-вибратор.

Линейные размеры левых 24, 26, 28, 30 и правых 25, 27, 29, 31 неравных плеч вибратора и отрезки двухпроводной линии питания 32 могут возрастать по геометрической прогрессии (фиг. 3). В этом случае активно возбуждается несимметричный вибратор, длина одного из плеч которого близка к четверти длины волны. Это существенно расширяет частотный диапазон антенны.

Возможен также вариант антенны (фиг. 1), в которой концы общей двухпроводной линии питания 11 замкнуты через активное сопротивление (не показано), равное ее волновому сопротивлению. Расстояние вдоль линии питания в местах подключения одних половин 3, 5, 7, 9 вибраторов к одному из проводов, питаемых от клеммы 1, линии питания 11 составляет 1/8 длины электромагнитной волны одного диапазона частот, а при подключении других половин 4, 6, 8, 10 к проводу, питаемому от клеммы 2, линии питания 11 - 1/8 длины электромагнитной волны другого диапазона частот, а сами половины 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 несимметричных вибраторов подключены к проводам линии питания 11 через сопротивления связи (не показано). В этом случае имеет место режим бегущей волны, сопровождаемый увеличением направленности и широкополосности.

Литература
1. Ротхаммель К. Антенны, -М.: Энергия, 1979, с. 57 и 58.

2. Айзенберг Г.3. и др. Антенны УКВ. т. 2, М.: Связь, 1977, с. 212-221.

Изобретение предназначено для использования в радиотехнических устройствах для телевидения, радиовещания и связи в метровом и дециметровом диапазонах частот. Цель изобретения - увеличение КНД и расширение диапазона рабочих частот. Для этого предлагается несимметричная вибраторная антенна, содержащая линейную решетку вибраторов, расположенных параллельно один за другим, и линию питания. Одна из половин каждого вибратора в четверть длины электромагнитной волны одного диапазона частот подключена к одному из проводов линии питания с интервалом в четверть длины электромагнитной волны того же диапазона, а вторые половины вибраторов в четверть длины электромагнитной волны другого диапазона частот подключены к другому из проводов линии питания также с интервалом в четверть длины электромагнитной волны этого другого диапазона. Либо высокочастотное питание подводится только к второму несимметричному вибратору. Также отрезки линии питания при последовательном ее подключении к половинам вибраторов и линейные размеры самих половин вибраторов могут изменяться. Либо через сопротивления. 3 ил.

Несимметричная вибраторная антенна, содержащая линейную решетку вибраторов, расположенных параллельно один за другим, и двухпроводную линию питания, отличающаяся тем, что одни из половин каждого вибратора в четверть длины электромагнитной волны одного диапазона частот подключены к одному из проводов двухпроводной линии питания с интервалом в четверть длины электромагнитной волны того же диапазона, а вторые половины вибраторов в четверть длины электромагнитной волны другого диапазона частот подключены к другому из проводов двухпроводной линии питания также с интервалом в четверть длины электромагнитной волны этого другого диапазона.