СИММЕТРИЧНЫЙ ПОЛОСКОВЫЙ ВИБРАТОР Российский патент 2000 года по МПК H01Q1/38 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения, в частности в малогабаритных устройствах поиска и пеленгации наземных источников излучения.

Известен симметричный вибратор, содержащий две диэлектрические пластины, между которыми расположена питающая полосковая линия с симметрирующим устройством, и металлический экран, причем плечи симметричного полоскового вибратора выполнены в виде двух полосковых пластин, а металлический экран выполнен из двух Г-образных частей, каждая из которых состоит из двух пластин, расположенных определенным образом. При этом над плечами симметричного полоскового вибратора на общем торце диэлектрических пластин в плоскости, перпендикулярной поверхности диэлектрических пластин, расположена металлическая пластина определенных формы и размеров.

Такая сложная конструкция позволяет улучшить согласование вибратора с питающей полосковой линией, но не расширяет его рабочего диапазона частот.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является симметричный полосковый вибратор, выбранный в качестве прототипа, содержащий две диэлектрические пластины, между которыми расположена питающая полосковая линия, соединенная с входом симметрирующего устройства, состоящая из Y-разветвления и первых двух полосковых отрезков, выходы которого посредством двух вторых полосковых отрезков подключены к плечам симметричного полоскового вибратора, и металлический экран.

Оба полосковых вибратора обладают общим недостатком - узкополосностью. Это обусловлено прежде всего резонансным характером сопротивления симметричного полоскового вибратора и узкополосностью симметрирующего устройства.

Техническая задача заключается в расширении полосы рабочих частот.

Указанная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем две диэлектрические пластины, между которыми расположена питающая полосковая линия, соединенная с входом симметрирующего устройства, состоящего из Y-разветвлений и первых двух полосковых отрезков, выходы которого посредством двух вторых полосковых отрезков подключены к плечам симметричного полоскового вибратора, и металлический экран, согласно изобретению введены полосковые ленточные проводники шириной S = (0,018 - 0,02) λ_gmax, которые включены ортогонально каждому плечу симметричного полоскового вибратора, вдоль него на расстоянии d = (0,035 - 0,04) λ_gmax один от другого, при этом длина первого полоскового ленточного проводника l₁ выбрана равной (0,01 - 0,11) λ_gmax, а длина l_i, где i = 1, 2, 3, ..., n полосковых ленточных проводников, к концу плеча уменьшается с постоянным коэффициентом = 0,8 - 0,85, вторые полосковые отрезки выполнены равной длины, а к первым полосковым отрезкам подключены третьи полосковые отрезки в виде меандров, образованных связанными линиями, соединенными на одном конце, и длиной соответственно и , где λ_cp - средняя длина волны рабочего диапазона; ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрических пластин; i = 1, 2, 3, ..., n-1 - порядковый номер полоскового ленточного проводника с началом отсчета от точки питания; λ_gmax - максимальная длина волны рабочего диапазона.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый симметричный полосковый вибратор отличается наличием новых элементов - введены полосковые ленточные проводники шириной S = (0,018 - 0,02) λ_gmax, которые включены ортогонально каждому плечу симметричного полоскового вибратора, вдоль него на расстоянии d = (0,035 - 0,04) λ_gmax один от другого, при этом длина первого полоскового ленточного l₁ проводника выбрана равной (0,01 - 0,11) λ_gmax, а длина l_i, i = 1, 2, 3, ..., n полосковых ленточных проводников к концу плеча уменьшается с постоянным коэффициентом = 0,8 - 0,85, вторые полосковые отрезки выполнены равной длины, а к первым полосковым отрезкам подключены третьи полосковые отрезки в виде меандров, образованных двумя связанными линиями, соединенными на одном конце, и длиной соответственно и .Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ известных технических решений в известной области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенные элементы известны. Однако введение их в симметричный полосковый вибратор с указанными размерами и связями обеспечиваeт устройству такое новое свойство, как расширение полосы рабочих частот за счет снижения уровня пересечения резонансных кривых колебательных контуров.

Изобретение имеет изобретательский уровень, т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является промышленно применимым, т.к. оно может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

Сущность изобретения поясняется посредством чертежа и последующего описания.

На чертеже представлен общий вид полоскового симметричного вибратора, где:
1 - диэлектрическая пластина;
2 - питающая полосковая линия;
3 - металлический экран;
4 - разветвление;
5, 6 - вторые полосковые отрезки;
7 - плечи симметричного вибратора;
8 - линия передачи в виде меандра длиной λ_gmax/2;
9 - линия передачи в виде меандра длиной λ_gmax/4;
10 - ленточные проводники;
11 - первые полосковые отрезки;
d - шаг расположения ленточных проводников;
S - ширина ленточного проводника.

Конструктивно симметричный полосковый вибратор выполнен в виде двух диэлектрических пластин 1, между которыми расположены питающая полосковая линия 2 и экран 3. Питающая полосковая линия 2 соединена с входом симметрирующего устройства, содержащего разветвление 4 и два полосковых отрезка 5 и 6 равной длины, соединенных с плечами симметричного вибратора 7.

В полосковый отрезок 5 включена линия передачи в виде меандра 8 длиной λ_gcp/2, образованного двумя связанными линиями, соединенными на одном конце через первые полосковые отрезки 11, а в полосковый отрезок 6 - аналогичная линия передачи 9 длиной λ_gcp/4. Плечи симметричного вибратора 7 выполнены в виде полосковых пластин, ортогонально к которым включены с постоянным шагом d = (0,035 - 0,04) λ_gmax от начала плеча полосковые ленточные проводники 10 шириной S = (0,018 - 0,02) λ_gmax, образующие гребенчатую структуру с изменяющимися к концу плеча вибратора длинами полосковых ленточных проводников.

Устройство работает следующим образом.

При подведении энергии к питающей полосковой линии 2 на частоте, совпадающей с резонансной частотой симметричного полоскового вибратора 7, происходит возбуждение последнего. На резонансной частоте входное сопротивление симметричного полоскового вибратора является чисто активным (реактивное сопротивление равно нулю).

Изменение частоты относительно резонансной влево или вправо ведет к изменению активной составляющей и появлению значительной реактивной составляющей входного сопротивления, которая ведет к рассогласованию симметричного полоскового вибратора 7 с питающей полосковой линией 2 и как следствие к ограничению его рабочего диапазона. Частотная характеристика симметричного полоскового вибратора 7 носит явно выраженный резонансный характер и подобна резонансной кривой высокодобротного колебательного контура. При включении ортогонально к плечам полоскового симметричного вибратора 7 полосковых ленточных проводников 10 с постоянным шагом d и шириной S ленточных проводников, длина в которых уменьшается к концу плеча с постоянным коэффициентом, происходит существенное снижение добротности симметричного вибратора, входное сопротивление теряет резонансный характер, вследствие чего расширяется полоса рабочих частот. При этом по характеру зависимости входного сопротивления от частоты симметричный полосковый вибратор становится подобным системе с распределенными параметрами. Степень согласования такого вибратора с питающей полосковой линией зависит от характера и величины полных проводимостей, вносимых полосковыми ленточными проводниками, и закона их распределения вдоль плеча вибратора, т.е. от размеров ленточных проводников (l_i, S) и шага их расположения d, которые подбирались экспериментально применительно к 50 Oм-ной питающей линии. Такая конструкция плеч вибратора значительно расширяет полосу рабочих частот.

Однако его потенциально достижимая широкополосность реализуется неполностью. Это обусловлено ограничением, накладываемым узкополосным симметрирующим устройством, выполненным в виде Y-разветвления и двух отрезков полосковых линий, один из которых длиннее другого наполовину длины волны. В данном устройстве высокочастотная энергия в Y-разветвлении делится поровну и подается посредством равных отрезков 5, 6 к точкам питания плеч 7 симметричного вибратора. Поскольку к одному плечу вибратора энергия подается через полосковый отрезок 5 с включенной в него линией передачи, выполненной в виде меандра 8 длиной λ_gcp/2, образованного связанными линиями, замкнутыми на одном конце через первые полосковые отрезки 11, а к точке питания другого плеча вибратора - через полосковый отрезок 6 с включенной в него аналогичной линией передачи, но выполненной в виде меандра 9 длиной λ_gcp/4, то фаза напряжения на участке в меандром линией λ_gcp/2 изменяет свой знак на обратный по сравнению с фазой напряжения на участке с меандром длиной λ_gcp/4. Таким образом, к точкам питания полоскового вибратора подводится необходимое равноамплитудное противофазное напряжение. При этом фазовый сдвиг 180^o между линиями передачи, выполненными в виде меандров указанных размеров, образованных двумя связанными линиями, и являющимися аналогом фазосдвигающей цепи Шифмана, сохраняется, как известно, в широкой полосе частот.

Результаты макетирования и экспериментального исследования предложенного симметричного полоскового вибратора и симметричного полоскового вибратора, описанного в прототипе, показали, что предложенное техническое решение позволяет расширить полосу рабочих частот симметричного полоскового вибратора до 30%. При этом наиболее оптимальными размерами полосковых ленточных проводников являются следующие: l₁ = (0,1 - 0,11) λ_gmax, а S = (0,018 - 0,02) λ_gmax. При уменьшении шага ленточных проводников d < (0,035 - 0,04) связь между колебательными контурами, образованными ленточными полосковыми проводниками, увеличивается, что приводит к рассогласованию симметричного полоскового вибратора с питающей полосковой линией, а увеличение шага d приводит к ослаблению связи между этими колебательными контурами, что снижает уровни пересечения их резонансных кривых и приводит к рассогласованию входного сопротивления вибратора с питающей линией на частотах рабочего диапазона, соответствующих точкам пересечения этих резонансных кривых.

Выбранный закон изменения длины (l) полосковых ленточных проводников обеспечивает плавность изменения входного сопротивления симметричного полоскового вибратора в частотном диапазоне.

Симметричный полосковый вибратор содержит две диэлектрические пластины, между которыми расположена питающая полосковая линия, соединенная с входом симметрирующего устройства, состоящего из Y-разветвления и первых двух полосковых отрезков, выходы которого посредством двух вторых полосковых отрезков подключены к плечам симметричного полоскового вибратора, и металлический экран. Вибратор содержит также полосковые ленточные проводники шириной S= (0,018-0,02) λgmax, которые включены ортогонально каждому плечу симметричного полоскового вибратора, вдоль него на расстоянии d=(0,035-0,04) λgmax один от другого, при этом длина первого полоскового ленточного проводника выбрана равной (0,1-0,11) λgmax, а длина l_i, i=1,2,3..., n полосковых ленточных проводников к концу плеча уменьшается с постоянным коэффициентом τ= l_i/l_i+1=0,8-0,85, вторые полосковые отрезки выполнены равной длины, а к первым полосковым отрезкам подключены третьи полосковые отрезки в виде меандров, образованных связанными линиями, соединенными на одном. Технический результат заключается в расширении полосы рабочих частот. 1 ил.

Симметричный полосковый вибратор, содержащий две диэлектрические пластины, между которыми расположена питающая полосковая линия, соединенная со входом симметрирующего устройства, состоящего из Y-разветвления и первых двух полосковых отрезков, выходы которого посредством двух вторых полосковых отрезков подключены к плечам симметричного полоскового вибратора, и металлический экран, отличающийся тем, что введены полосковые ленточные проводники шириной S = (0,018 - 0,02) λg_max, которые включены ортогонально каждому плечу симметричного полоскового вибратора, вдоль него на расстоянии d = (0,035 - 0,04) λg_max один от другого, при этом длина первого полоскового ленточного проводника выбрана равной (0,1 - 0,11) λg_max, а длина l_i, i = 1,2,3. . . , n полосковых ленточных проводников к концу плеча уменьшается с постоянным коэффициентом τ = l_i/l_i+1 = 0,8 - 0,85, вторые полосковые отрезки выполнены равной длины, а к первым полосковым отрезкам подключены третьи полосковые отрезки в виде меандров, образованных связанных связанными линиями, соединенными на одном конце, и длиной соответственно и где λ_cp - средняя длина волны рабочего диапазона; ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрических пластин; i = 1,2,3,...n-1 - порядковый номер полоскового ленточного проводника с началом отсчета от точки питания; λg_max - максимальная длина волны рабочего диапазона.