КОЛЬЦЕВАЯ АНТЕННА Российский патент 2002 года по МПК H01Q11/10 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антеннам метрового и дециметрового диапазона частот, что может быть использовано в телевидении и для радиосвязи с объектами в любом азимутальном направлении.

Известны кольцевые антенны, предназначенные для получения направленного действия в горизонтальной плоскости. Они имеют равноамплитудное синфазное распределение тока по контуру антенны и могут иметь круговую, квадратную /1/, треугольную либо иную /например, "клеверный лист"/ форму /2/.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа кольцевая антенна квадратной формы /3/, содержащая фидер питания, делитель мощности на четыре, диапазон работы которого равен диапазону работы антенны, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя, подключаемые дополнительными кабелями питания ко входам каждого из симметричных вибраторов в элементе кольцевого тока излучателя.

Кольцевая антенна квадратной формы предназначена для формирования равномерной диаграммы направленности /ДН/ в азимутальной плоскости как на резонансной частоте вибратора, так и на частоте в ее окрестности в узкой полосе.

Недостатком известного устройства является очень быстрое нарастание неравномерности ДН в азимутальной плоскости /провалов в ДН, превышающих 3 дБ/, не позволяющее использовать такую кольцевую антенну в режиме более широкополосном, чем имеющийся.

Известная антенна не обладает требуемой широкополосностью, в первую очередь, по ДН. Другие электрические характеристики /например, согласование с фидером/ можно было бы расширить по диапазону известными методами. К примерам потребности в большей широкополосности, чем у известного устройства, можно отнести необходимость одновременной работы нескольких радиопередатчиков на одну кольцевую антенну /например, в многоканальном, особенно ДВЦ, телевидении/, работа широкополосных помехозащищенных радиосистем также на одну антенну и так далее.

Для устранения отмеченного недостатка кольцевая антенна, содержащая фидер питания, делитель мощности на четыре, диапазон частот работы которого равен диапазону работы антенны, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя, подключаемые дополнительными кабелями питания по входам каждого из симметричных вибраторов, расположенных по сторонам квадрата в элементе кольцевого тока излучателя, выполнена так, что в точках питания каждого из его симметричных вибраторов дополнительно к ним присоединяется собирательная линия с вибраторами /для образования активных зон/ логопериодической вибраторной антенны, расположенная в плоскости боковой поверхности условной четырехгранной усеченной пирамиды /обелиска/, причем нижнее квадратное основание этой пирамиды совпадает с известным квадратом, а верхнее квадратное основание пирамиды имеет сторону, незначительно превышающую длину самого короткого из вибраторов логопериодической вибраторной антенны, причем и сам прежний симметричный вибратор элемента кольцевого тока входит в состав логопериодической вибраторной антенны в качестве самого длинного вибратора.

Для частного узкополосного случая с требованиями улучшения по неравномерности ДН в азимутальной плоскости /например, высококачественный прием изображения и звука телесигнала в данном направлении/ каждая из ЛПА может находиться в одной плоскости с известной и быть направленной в сторону, противоположную квадрату.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается появлением в излучателе антенны, помимо основного, известного квадратного элемента кольцевого тока, составленного из симметричных вибраторов, pасположенных по сторонам квадрата, еще также и дополнительных новых квадратных элементов, кольцевого тока, геометрически подобных основному, но с размерами, логарифмически уменьшающимися по мере удаления этих дополнительных элементов от известного элемента вверх /либо вниз/ по вертикали.

Дополнительные элементы кольцевого тока теперь располагаются уже не в плоскости известного квадратного элемента /за исключением частного случая/, а в плоскостях, ему параллельных.

Расстояние между элементами кольцевого тока связаны взаимнооднозначным соответствием с расстояниями между вибраторами в ЛПА, а входящие в элементы кольцевого тока, сами симметричные вибраторы одновременно являются вибраторами ЛПА.

Связь между элементами излучателя, а фактически между их симметричными вибраторами и делителем мощности на четыре, теперь осуществляется уже не напрямую, как в известном устройстве, а через собирательные линии ЛПА, входы которых кабелями питания подключаются в заявляемом устройстве к входам делителя на четыре.

Взаимосвязь между симметричными вибраторами в заявляемом устройстве эквивалентна взаимосвязи вибраторов в антеннах ЛПА. Это означает, что возбуждение элементов кольцевого тока осуществляется последовательно путем образования физически активных зон ЛПА /4/.

Таким образом, заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями с остальными элементами устройства, что соответствует критерию изобретения "новизна".

При введении их в указанной связи с остальными элементами устройства - кольцевой антенны - излучатель антенны проявляет новые свойства, которые приводят к значительному расширению диапазонных свойств и, в первую очередь, по диаграммам направленности антенны в азимутальной плоскости, чего нельзя было достичь от известного устройства, диапазонные свойства которого по ДН жестко ограничены рамками диапазонных свойств симметричного вибратора. Все это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен общий вид кольцевой антенны. На фиг.2, 3 - соответственно ДН и коэффициент бегущей волны /КБВ/ заявляемого устройства в широком диапазоне частот.

Кольцевая антенна /фиг.1/ содержит фидер питания 1, делитель мощности на четыре 2, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя на четыре, подключаемые дополнительными кабелями питания 3 ко входам каждого из симметричных вибраторов 4, которые в заявляемой антенне служат также входами собирательных линий ЛПА, а сами симметричные вибраторы 4 с наибольшими по длине вибраторами ЛПА 5 вместе с остальными вводимыми вибраторами 6 образуют активные зоны возбуждения вибраторов и, соответственно, элементов кольцевого тока 7 в излучателе 8.

При этом ЛПА 5 располагаются в боковых поверхностях условной усеченной пирамиды 9 для того, чтобы расстояние между концами смежных симметричных вибраторов в элементе кольцевого тока оставалось одинаковым в длинах волн.

Антенна работает следующим образом. При подведении высокочастотной энергии от передатчика с помощью фидера питания 1 и делителя на четыре 2 подводимая мощность делится равномерно и синфазно между его выходами.

Дополнительными кабелями питания 3 поделенная на четыре мощность подводится ко входам четырех образованных ЛПА и возбуждает их.

По мере изменения частоты от нижних частот к верхним частотам рабочего диапазона синфазно в каждой ЛПА 5 происходит последовательное возбуждение активных зон /4/.

Возбуждение вибраторов приводит к последовательному возбуждению элементов кольцевого тока по законам ЛПА, в результате чего антенны кольцевого тока становятся уже не узкополосными, а широкополосными по ДН и по входному сопротивлению /по КБВ/.

Экспериментальные исследования изготовленной антенны подтвердили заявленную широкополосность антенны, что позволяет расширить рамки технического использования кольцевых антенн в широкополосном телевидении и радиосвязи.

Источники информации
1. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенны. М.: Сов.радио, 1961, с.219, 313, рис. Х.15, Х.16.

2. Мейнке Х., Гудлах Ф.В. Радиотехнический справочник. Т.1, пер. с немец. М.: Госэнергоиздат, 1961, рис.9-109б, 9-109в.

3. Мейнке Х., Гудлах Ф.В. Радиотехнический справочник. Т.1, пер. с немец. М.: Госэнергоиздат, 1961, рис.9-109а.

4. Сверхширокополосные антенны. Пер. с англ. под ред. А.С. Бененсона. М. : Мир, 1964, с.296-298.

Изобретение относится к антеннам метрового и дециметрового диапазона частот и используется в телевидении и для радиосвязи с объектами в любом азимутальном направлении. Техническим результатом является создание широкополосной, в первую очередь до ДН в азимутальной плоскости, кольцевой антенны с высокими электрическими характеристиками. Сущность изобретения заключается в следующем: кольцевая антенна из симметричных вибраторов, размещенных по сторонам квадрата, в точке питания каждого вибратора дополняется собирательной линией ЛПА с вибраторам для образования активных зон. ЛПА располагаются в плоскостях боковых поверхностей условной усеченной четырехгранной пирамиды (обелиска). 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Кольцевая антенна, содержащая фидер питания, делитель мощности на четыре, диапазон частот которого равен диапазону частот работы антенны, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя, подключаемые дополнительными кабелями питания ко входам каждого из симметричных вибраторов, расположенных по сторонам квадрата, отличающаяся тем, что к каждому из симметричных вибраторов, расположенных по сторонам упомянутого квадрата, в точках их питания присоединяется собирательная линия с симметричными вибраторами логопериодической вибраторной антенны, расположенная в плоскости боковой поверхности условной четырехгранной усеченной пирамиды, причем нижнее квадратное основание этой пирамиды совпадает с упомянутым квадратом, а верхнее квадратное основание пирамиды имеет сторону незначительно превышающую длину самого короткого из симметричных вибраторов логопериодической вибраторной антенны. 2. Кольцевая антенна, содержащая фидер питания, делитель мощности на четыре, диапазон частот которого равен диапазону частот работы антенны, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя, подключаемые дополнительными кабелями питания на входы каждого из симметричных вибраторов, расположенных по сторонам квадрата, отличающаяся тем, что к каждому из симметричных вибраторов, расположенных по сторонам упомянутого квадрата, в точках их питания присоединяется собирательная линия с симметричными вибраторами логопериодической вибраторной антенны, расположенная в плоскости квадрата и направленная в сторону противоположную квадрату.