ОБТЕКАТЕЛЬ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ МНОГОЗАХОДНОГО АНТЕННОГО ЭЛЕМЕНТА И СПОСОБ РАЗМЕЩЕНИЯ В НЕМ МНОГОЗАХОДНОГО АНТЕННОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2000 года по МПК H01Q11/08 

Изобретение относится к обтекателям, в частности к обтекателям для размещения антенного элемента.

Антенные элементы многих антенн помещаются внутри обтекателя. Обтекатель крепится на приспособлении, несущем антенну. Обтекатель защищает относительно хрупкий приемопередающий элемент от повреждения в результате внешних воздействий, таких как вибрация или толчки, в процессе использования. Между обтекателем и плоскими проводящими частями антенны помещают прокладки из пенопласта. Дополнительные элементы типа пенопластовых прокладок усложняют сборку, повышают стоимость и увеличивают габариты конструкции обтекателя. Существует необходимость в обтекателе повышенной прочности, меньших размеров и более экономичного.

Типичным многозаходным антенным элементом, выполненным из провода, является антенный элемент в виде двух скрещенных рамок или спиральный антенный элемент, образованный четырьмя тонкими проводами. В антенном элементе в форме двух скрещенных рамок или спиральном антенном элементе, образованном четырьмя проводами, пара ветвей образует рамку и две рамки пересекаются под углом 90 градусов. Известные антенные элементы в форме двух скрещенных рамок или спиральные антенные элементы, образованные четырьмя проводами, имеют две скрещенные рамки разной длины для самофазировки антенного элемента. Общая конструкция антенного элемента в форме двух скрещенных рамок или спирального антенного элемента, образованного четырьмя тонкими проводами, известна специалистам.

Известно, что габариты антенных элементов уменьшают путем их сужения или укорочения. Создание антенн с уменьшенными таким образом размерами приводит к снижению коэффициента усиления антенны на несколько децибел и больше. В таком устройстве, как маломощный портативный спутниковый приемопередатчик для связи с негеосинхронными спутниками, важно иметь равномерную диаграмму усиления антенны с малыми потерями. Желателен также малый размер, особенно по диаметру, для улучшения характеристик портативности и удобства для пользователя. Настоящее изобретение обеспечивает уменьшение размеров антенны при сохранении требуемой характеристики усиления антенны, что было недостижимо до настоящего времени.

Кроме того, антенные элементы, содержащие несколько ветвей, трудно изготовить с достаточной точностью. В процессе изготовления, для спайки ветвей необходимо использовать специальные крепления, чтобы сформировать антенный элемент. Ветви должны иметь точные размеры, чтобы обеспечить идеальную характеристику усиления антенны с минимальными потерями. Желательно также разработать способ для повышения точности сборки многозаходных антенных элементов. Кроме того, необходимы способы, исключающие или уменьшающие количество специальных приспособлений при сборке многозаходных антенных элементов.

Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид предложенного обтекателя для размещения антенного элемента.

Фиг. 2 - вид предложенного обтекателя для размещения другого антенного элемента.

Фиг.3 - вид сбоку предложенного обтекателя для размещения антенного элемента.

Фиг. 4,5,6 и 7 - поперечные сечения вариантов предложенного обтекателя.

Фиг.8 - вид сбоку предложенного обтекателя для размещения антенного элемента.

Фиг.9,10 и 11 - поперечные сечения вариантов предложенного обтекателя.

Краткое описание предпочтительных вариантов
На фиг.1 изображен обтекатель 110 для многозаходного антенного элемента 205. Многозаходный антенный элемент 205 содержит ветви 210, 220, 230 и 240 и фидер 250. Ветви 210, 220, 230 и 240 представляют собой приемопередающие ветви, поскольку они могут либо передавать, либо принимать электромагнитную энергию, в зависимости от применения. Фидер 250 передает сигналы, соответствующие этой электромагнитной энергии, к приемопередающим ветвям и от них. Фидер 250 предпочтительно имеет коаксиальную конструкцию, чтобы исключить прямое излучение из него. Обтекатель 110 закрывает антенный элемент 205 снаружи, обеспечивая размещение внутри него хрупких структур приемопередающих ветвей 210, 220, 230 и 240. Для уменьшения общего диаметра поперечного сечения готовой конструкции антенны обтекатель 110 выполняют максимально малого размера.

Антенный элемент 205, изображенный в примере на фиг. 1, является спиральным антенным элементом, образованным четырьмя тонкими проводами. Его четыре приемопередающие ветви 210, 220, 230 и 240 образуют две рамки. Каждая рамка образована парой приемопередающих ветвей. Две рамки скрещены между собой и скручены по спирали.

Обтекатель 110 на фиг.1 выполнен из сплошного куска материала. Альтернативно он может иметь отдельную торцевую крышку 120, прикрепленную к цилиндрической трубке 130.

Предлагаемый обтекатель 110 выполняют по меньшей мере с двумя канавками на внутренней поверхности цилиндрической трубки 130 для захода в них приемопередающих ветвей. За счет выполнения канавок на внутренней поверхности цилиндрической трубки 130 обеспечивается малый размер, особенно по диаметру, и удобство для пользователя. Канавки на внутренней поверхности цилиндрической трубки 130 также придают форму приемопередающим ветвям 210, 220, 230 и 240 антенного элемента 205. Таким образом сводится к минимуму необходимость использования специальных приспособлений для получения приемопередающих ветвей идеальной формы. Во время изготовления приемопередающие ветви антенного элемента могут введены в канавки обтекателя посредством прессовой посадки, скольжения или ввинчивания. Когда приемопередающие ветви помещают в канавки обтекателя, им придается форма в постоянном, заранее определенном месте. Следовательно, точность формовки самих антенных элементов во время изготовления приемопередающих ветвей менее критична, поскольку канавки в обтекателе 110 придают форму приемопередающим ветвям.

Канавки на внутренней поверхности обтекателя 110 также поддерживают хрупкие конструкции антенного элемента 205. Изобретение позволяет исключить перемещение приемопередающих ветвей 210, 220, 230 и 240, при сотрясениях обтекателя или его падении. Кроме того, нет необходимости в менее экономичных альтернативных решениях, таких как расположение прокладок из пенопласта между антенным элементом 205 и обтекателем 110.

Дополнительные элементы типа прокладок из пенопласта усложняют сборку, повышают стоимость и увеличивают размер всей конструкции обтекателя. Изобретение позволяет формировать и поддерживать приемопередающие ветви антенного элемента с одновременным повышением прочности, экономичности и уменьшением размера.

На фиг. 2 изображен предложенный обтекатель 310 для укрытия антенного элемента 405. Этот обтекатель 310 состоит из двух частей 320 и 330. Выполнение обтекателя 310 из двух частей 320 и 330 может облегчить сборку антенного элемента 405 внутри обтекателя. Канавки 340 и 350 выполнены на частях 320 и 330 обтекателя 310.

Канавки 340 и 350 в примере на фиг. 2 представляют собой прямолинейные канавки, соответствующие прямым ветвям 410, 420, 430 и 440 антенного элемента 405 в форме двух скрещенных рамок. Антенный элемент 405 в форме двух скрещенных рамок на фиг. 2 - это конфигурация антенного элемента, альтернативная конструкции четырехзаходной спирали по фиг.1 без спиральной скрутки.

На фиг.3 изображена одна сторона обтекателя 520 для альтернативного варианта, с расположенными под углом канавки 540. Канавки 540 выполнены под углом, а не прямо, как показано в примере на фиг. 2. Расположенные под углом канавки 540 зацепляются со спиральной круткой прямопередающих ветвей антенного элемента, образованного четырьмя проводами. При использовании антенного элемента в форме двух скрещенных рамок предпочтительно использовать не расположенные под углом, а прямые канавки на внутренней поверхности обтекателя.

На фиг. 4-7 представлены альтернативные варианты поперечных сечений полной конструкции обтекателя по линии А на фиг.3. Показаны разные варианты выполнения канавок в обтекателе для размещения в них приемопередающих ветвей антенного элемента.

На фиг. 4 показано поперечное сечение обтекателя 605 с канавками 650, 660, 670 и 680, выполненными во внутренней поверхности обтекателя 605. В канавки 650, 660, 670 и 680 входят приемопередающие ветви 610, 620, 630 и 640. В варианте на фиг. 4 форма обтекателя представляет собой идеальный круг и канавки 650, 660, 670 и 680 утоплены в материале цилиндрической трубки обтекателя 605.

На фиг. 5 изображено поперечное сечение обтекателя 705. Здесь приемопередающие ветви 710, 720, 730 и 740 заходят в канавки, образованные парами выступов 750, 755, 760, 765, 770, 775, 780 и 785. Например, приемопередающая ветвь 740 лежит в канавке между парой выступов 750 и 755. При выполнении канавки между парами выступов на внутренней поверхности обтекателя 705 толщина между канавкой и наружной стороной обтекателя остается равной толщине всей цилиндрической трубки, образующей обтекатель. И наоборот, канавки, показанные на фиг. 4, выполнены как выемки в цилиндрической трубке обтекателя; следовательно, корпус обтекателя в варианте по фиг. 4 имеет уточнение под каждой канавкой.

Выступы 750, 755, 760, 765, 770, 775, 780 и 785 предпочтительно выполняются заодно целое с материалом цилиндрической трубки обтекателя 705. Выступы и обтекатель могут быть выполнены из одного материала. Часто предпочтительным материалом для обтекателя является твердый и легкий материал, например пластик. Выступы и цилиндрическая трубка обтекателя могут быть выполнены за одно целое путем прессования под давлением, чтобы повысить экономичность, уменьшить число деталей и получить конструкционно более прочный сплошной элемент.

На фиг. 6 изображено поперечное сечение обтекателя 805 с канавками, взаимодействующими с ветвями 810, 820, 830 и 840, лежащими между парами выступов 850, 855, 860, 865, 870, 875, 880 и 885. В варианте по фиг. 6 выступы 860, 865, 880 и 885 толще или больше выступов 850, 855, 870 и 875. При выполнении некоторых выступов толще других выступов приемопередающие ветви антенного элемента могут испытывать разную нагрузку со стороны диэлектрического материала выступов.

Утолщенные выступы могут быть использованы для настройки электромагнитных свойств приемопередающих ветвей антенного элемента. Материалы в непосредственной близости от приемопередающих ветви влияют на свойства приемопередачи такой ветви. Степень воздействия материала в непосредственной близости от приемопередающей ветви зависит от вида материала, степени его близости к приемопередающей ветви, положения по длине ветви и количества материала. За счет использования более массивных выступов 860 и 865 для приемопередающей ветви 820, чем выступы 850 и 855 для приемопередающей ветви 810, приемопередающая ветвь 820 приобретает характеристики приемопередачи, отличные от соответствующих характеристик приемопередающей ветви 810. Такие разные характеристики отдельных приемопередающих ветвей могут быть использованы, например, для уменьшения размера одной рамки спирального антенного элемента, образованного четырьмя проводами, или антенного элемента в форме двух скрещенных рамок. В типичных самофазирующихся спиральных антенных элементах, образованных четырьмя проводами, или антенных элементах в форме двух скрещенных рамок одна рамка больше другой. Когда одна рамка больше другой, возникает необходимость в выполнении обтекателя с овальным поперечным сечением вместо круглого поперечного сечения. В противном случае требуется круглое поперечное сечение слишком большого размера. За счет использования утолщенных выступов спиральный антенный элемент, образованный четырьмя проводами, или антенный элемент в форме двух скрещенных рамок может иметь две скрещенные рамки одинакового размера. Если одна из рамок одинакового размера имеет утолщенные выступы, она становится более индуктивной, чем другая. Следовательно, если обе рамки являются емкостными без применения утолщенных выступов, добавление утолщенных выступов для одной рамки делает эту рамку индуктивной. При соответствующей степени утолщения емкостные и индуктивные составляющие нейтрализуются и антенный элемент становится чисто резистивным. Таким образом достигается самофазировка антенного элемента на резонансной частоте. За счет обеспечения утолщенных выступов вблизи некоторых ветвей можно изменить форму антенного элемента, а, следовательно, и обтекателя, сохранив при этом заданные электромагнитные характеристики антенного элемента.

На фиг. 7 изображено поперечное сечение другого варианта обтекателя 905 с канавками 950, 960, 970 и 980 для размещения приемопередающих ветвей 910, 920, 930 и 940. Обтекатель по фиг. 7 имеет овальную внутреннюю и наружную поверхность для размещения спирального антенного элемента, образованного четырьмя проводами, или антенного элемента в форме двух скрещенных рамок, имеющего одну рамку большего размера, чем другая. Овальная форма по фиг.7 может также содержать канавки, выполненные между парами выступов, вместо канавок, выполненных в цилиндрической трубке обтекателя. Такой вариант может использоваться, например, для спирального антенного элемента, образованного четырьмя проводами, или антенного элемента в форме двух скрещенных рамок без применения утолщенных выступов варианта по фиг. 6.

На фиг. 8 показана одна сторона следующего варианта обтекателя 1020. Расположенные под углом канавки 1040 и 1045 выполнены на внутренней стороне обтекателя 1020. На фиг. 8 канавки 1045 в средней части выполнены разными. При этом канавка 1045 увеличена вблизи середины длины цилиндрической трубки обтекателя. Нет необходимости располагать канавки, образованные утолщенными выступами, вдоль всей приемопередающей ветви. Вместо этого утолщенные выступы можно расположить только вдоль части длины цилиндрической трубки, например, в средней части. Следовательно, помимо того, что показано на фиг. 8, канавки в середине могут содержать утолщенные выступы, как в примере на фиг. 6. Например, поперечное сечение В на фиг. 8 может соответствовать поперечному сечению на фиг. 5, а поперечное сечение С на фиг. 8 может соответствовать поперечному сечению на фиг. 6. Альтернативно поперечное сечение В может соответствовать фиг. 4, а поперечное сечение С - либо фиг. 9, либо фиг. 10.

На фиг. 9 изображено поперечное сечение обтекателя 1105, имеющего канавки 1150 и 1170, взаимодействующие с приемопередающими ветвями 1110 и 1130, и полые части 1160 и 1180, окружающие приемопередающие ветви 1120 и 1140. Эти полые части 1160 и 1180 имеют больший размер. Они предпочтительно выполняются только в средней части цилиндрической трубки обтекателя 1105, для обеспечения опоры приемопередающих ветвей 1120 и 1140. В полых частях 1160 и 1180 приемопередающие ветви 1120 и 1140 взаимодействуют с меньшим количеством материала, вследствие чего их электромагнитные характеристики изменяются. Поскольку вид материала и его близость и количество влияют на электромагнитные характеристики ветви, удаление материала за счет образования полых частей позволяет регулировать электромагнитные характеристики, так же как и добавление материала при выполнении утолщенного выступа в альтернативных вариантах. Кроме того, чем ближе материал к средней части длины ветви, тем сильнее воздействие на электромагнитные характеристики ветви антенного спирального элемента, образованного четырьмя проводами.

На фиг. 10 изображено поперечное сечение обтекателя 1205. В этом варианте в канавки 1250 и 1270 заходят приемопередающие ветви 1210 и 1230. Полые части 1260 и 1280 окружают приемопередающие ветви 1220 и 1240. Однако в отличие от варианта на фиг. 9 в этом варианте имеются выпуклости 1265 и 1285, окружающие полые части 1260 и 1280. Выпуклости 1265 и 1285 обеспечивают дополнительную конструкционную прочность цилиндрической трубки обтекателя 1205. В варианте по фиг. 9 цилиндрическая трубка 1105 обтекателя тоньше по наружному краю полых частей. Выполнение выпуклостей, как на фиг. 10, помогает обеспечить более равномерную толщину по всей цилиндрической трубке обтекателя 1205.

Предлагаемые выступы или полые части могут изменяться в средней части, на конце или могут проходить по всем канавкам вдоль цилиндрической трубки предложенного обтекателя. Предпочтительно размещать полую часть в середине, чтобы концы ветви все же удерживались в канавке. Но выступы можно размещать в любом месте вдоль цилиндрической трубки и они все равно будут обеспечивать опору ветви.

На фиг. 11 изображен следующий альтернативный вариант изобретения, содержащий как выступы 1350, 1355, 1370 и 1375, так и полые части 1360 и 1380. Комбинация выступов и полых частей может использоваться для изменения электромагнитных характеристик приемопередающих ветвей.

Предпочтительно, чтобы канавки или пары выступов касались ветвей для механической поддержки антенного элемента. Тем не менее части канавок на некоторых выступах могут проходить рядом с антенным элементом, не касаясь приемопередающих ветвей. Размещение утолщенных выступов рядом с ветвями без соприкосновения с ними также изменяет электромагнитные характеристики, но не обеспечивает механической опоры.

Несмотря на то, что изобретение было описано и проиллюстрировано в приведенном выше описании и на чертежах, следует понимать, что это сделано только для примера и что специалисты могут внести многочисленные изменения и модификации, не выходя за рамки сущности и объема изобретения. Хотя на чертежах изображен только один антенный элемент, антенна может быть реализована в виде системы антенных элементов. Данное изобретение не ограничено портативными электронными радиоприборами, такими как радиотелефоны и пейджеры, а может быть использовано и в других устройствах, таких как наземные станции, стационарные кабины спутниковой телефонной связи, а также авиационные и морские радиостанции. Кроме того, принципы изобретения применимы как для спутниковой, так и наземной связи.

Обтекатель, выполненный из цилиндрической трубки, закрытой на одном конце и открытой на другом конце, укрывает многозаходный антенный элемент. Обтекатель выполняют с по меньшей мере двумя канавками на внутренней поверхности цилиндрической трубки для зацепления с ветвями многозаходного антенного элемента. Изобретение относится к обтекателям антенного элемента. Техническим результатом является уменьшение размеров антенны при сохранении требуемой характеристики усиления антенны. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Обтекатель для размещения многозаходного антенного элемента, отличающийся тем, что содержит цилиндрическую трубку, закрытую на одном конце и открытую на другом конце, и снабжен по меньшей мере двумя канавками на внутренней поверхности цилиндрической трубки для зацепления с приемопередающими ветвями многозаходного антенного элемента. 2. Обтекатель по п.1, отличающийся тем, что канавки выполнены утопленными во внутренней поверхности цилиндрической трубки. 3. Обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что канавки размещены между выступами, образованными на внутренней поверхности цилиндрической трубки, причем каждая канавка образована парой выступов. 4. Обтекатель по п.3, отличающийся тем, что одна пара выступов выполнена более массивной, чем другая пара выступов, для изменения электромагнитных характеристик связанной с нею приемопередающей ветви. 5. Обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что канавки характеризуются определенным размером и проходят по длине цилиндрической трубки, причем по меньшей мере одна из канавок имеет размер, изменяющийся по длине цилиндрической трубки. 6. Обтекатель по п.5, отличающийся тем, что канавки выполнены в форме выемок, утопленных во внутренней поверхности цилиндрической трубки. 7. Обтекатель по п. 5, отличающийся тем, что по меньшей мере одна канавка, размер которой изменяется по длине цилиндрической трубки, имеет больший размер вблизи середины длины цилиндрической трубки. 8. Обтекатель по п. 1, отличающийся тем, что канавки имеют постоянный размер и проходят по длине цилиндрической трубки. 9. Способ размещения многозаходного антенного элемента в обтекателе, отличающийся тем, что включает следующие этапы: a) обеспечение обтекателя, содержащего цилиндрическую трубку, закрытую на одном конце и открытую на другом конце, и снабженного по меньшей мере двумя канавками на внутренней поверхности цилиндрической трубки для зацепления с приемопередающими ветвями многозаходного антенного элемента, и b) размещение многозаходного антенного элемента между канавками внутри цилиндрической трубки. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что этап размещения (b) включает в себя подэтап (b1) ввинчивания ветвей многозаходного антенного элемента в канавки цилиндрической трубки по ее длине.