АНТЕННА РЭВЭЛ Российский патент 2005 года по МПК H01Q19/04 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к средствам связи, а именно - к петлевым антеннам метрового и дециметрового диапазона приемопередающих устройств.

Известна как линейный вибратор антенна (фиг.4), состоящая из двух разделенных зазором проводников, в качестве которых могут быть использованы трубки.

Длина вибратора L [м] определяется по формуле:

L=0,5λ_cp(1-δ/100),

где λ_ср - средняя длина, м; коэффициент, укорочения, %, зависящий от отношения λ_cp/d (книга Капчинского Л.М. Конструирование и изготовление телевизионных антенн. М.: Радио и связь, 1995, стр.74, рис.44).

Отличие патентуемой антенны от линейного вибратора заключается в том, что патентуемая антенна не требует для обеспечения симметризации подключения дополнительных устройств, таких как U-колено, и имеет усиление на одном конструктивном элементе, кроме этого не требуются изоляторы для точек подвеса антенны, эти отличия определяют недостатки известного технического решения.

Известна петлевая антенна, содержащая активный вибратор, выполненный из полой металлической трубки в виде С-образной петли с разрезом, “вытянутой” в направлении, перпендикулярном плоскости разреза, с прямолинейными “вытянутыми” частями, вибратор и фидер (патент РФ №2089021, МКИ Н 01 Q 7/02, 1994).

Основным недостатком данного технического решения, затрудняющим получение требуемого технического результата, является то, что для достижения усиления сигнала требуется не один, а несколько элементов антенны.

Известна также петлевая антенна типа “волновой канал” (фиг.3, фиг.4), содержащая активный полуволновой вибратор (основной элемент антенны), выполненный из металлической трубки в виде С-образной петли с разрезом, “вытянутой” в направлении, перпендикулярном плоскости разреза, с прямолинейными “вытянутыми” частями, рефлектор и, по крайней мере, один директор, и фидер, при этом подключение фидера к активному полуволновому вибратору осуществляется с помощью симметрирующе-согласующего элемента в виде U-колена (книга Капчинского Л.М. “Конструирование и изготовление телевизионных антенн”. М.: Радио и связь, 1995, стр.62, рис.33).

Для приема горизонтально поляризованных волн плоскость, образуемую директорами антенны, располагают горизонтально (параллельно земле), вертикально-поляризованных волн - вертикально. Размеры S, d1, d2 активного вибратора выбираются, исходя из требуемого входного сопротивления антенны. Рабочая полоса частот антенны “волновой канал” составляет ±(10-15) % средней частоты. Коэффициент усиления возрастает при увеличении числа элементов.

Преимущество патентуемой антенны над антенной "волновой канал" заключается в том, что усиление достигается уже на одном элементе антенны. То есть три минимальных элемента антенны типа "волновой канал" - директор, активный вибратор и рефлектор совмещены в одном элементе. Патентуемая антенна также не требует для обеспечения симметризации подключения дополнительных устройств, таких как U-колено, которые являются наиболее ненадежным узлом при эксплуатации. Кроме того, у антенны типа “волновой канал” максимум излучения приходится на направление, перпендикулярное плоскости активного вибратора, а у патентуемой - в плоскости активного полуволнового вибратора (основного элемента) антенны. Это свойство антенны позволяет уменьшить размеры пространства, необходимого для ее размещения в точке передачи (приема).

Данное техническое решение принято за прототип.

Изобретение направлено на решение задачи - достижение усиления излучаемого сигнала и полного внутреннего согласования, начиная с модификаций антенны при одновременном упрощении конструкции, по крайней мере, до одного элемента.

При осуществлении изобретения может быть получен технический результат, заключающийся в меньших габаритах заявленного технического решения на одинаковых частотах в направлении вектора излучения при одинаковом усилении по сравнению с известными техническими решениями.

Изобретение характеризуется следующими общими и частными существенными признаками: антенна, содержащая активный полуволновой вибратор, выполненный в виде С-образной петли с разрезом, “вытянутой” в направлении, перпендикулярном плоскости разреза, у которой “вытянутые” части выполнены прямолинейными, рефлектор и, по крайней мере, один директор, и фидер, при этом подключение фидера к активному вибратору осуществляется с помощью симметрирующе-согласующего элемента, активный полуволновой вибратор, рефлектор, по крайней мере, один директор и симметрирующе-согласующий элемент выполнены в виде единой С-образной петли с разрезом из металлической трубки, при этом короткие стороны С-образной петли выполнены из двух соединенных между собой под углом прямолинейных участков, в стенке средней части трубки, противолежащей упомянутому разрезу, выполнено отверстие до полости в указанной трубке, внутрь которой вставлен высокочастотный кабель с оплеткой и центральной жилой с волновым сопротивлением ρ=40...100 Ом, доходящий своим концом до разреза в трубке, причем упомянутый кабель электрически присоединен оплеткой к трубке в части, прилегающей к разрезу, а его центральная жила - в противолежащей части разреза, при этом части единой С-образной петли с разрезом разделяются по следующим выполняемым ими функциям: половина С-образной петли с вставленным кабелем, имеющим коэффициент укорочения волны в диапазоне от 1,3 до 1,6, выполняет функцию согласующего трансформатора, другая незаполненная кабелем половина С-образного активного полуволнового вибратора антенны в виде полого резонатора длины λ/2 выполняет функцию короткозамкнутого согласующего отрезка, концевые части трубки активного полуволнового вибратора антенны, расположенные около разреза, выполняют функции четвертьволнового излучающего вибратора, причем обе половины трубки активного полуволнового вибратора антенны выполняют функции рефлектора, создающего усиление в направлении в плоскости активного полуволнового вибратора от отверстия под фидер в сторону разреза, концевые части трубки активного полуволнового вибратора антенны, расположенные около разреза, функционально являются директором для волны, излучаемой и отраженной от рефлектора в направлении в плоскости активного полуволнового вибратора от отверстия под фидер в сторону разреза, прямолинейные участки короткой стороны незаполненной половины трубки активного полуволнового вибратора антенны являются директорами для сужения диаграммы направленности антенны в продольной плоскости активного полуволнового вибратора в направлении наружу от упомянутого разреза, прямолинейные участки коротких сторон обоих половин трубки, сопряженные с концевыми частями металлической трубки, расположенные около разреза, являются средством для согласования директоров с волной, отраженной от рефлектора.

На фиг.1 представлен общий вид антенны; на фиг.2 - антенна типа “линейный вибратор”; на фиг.3 показана петлевая антенна типа "волновой канал"; на фиг.4 - вид А на фиг.3.

Антенна (фиг.1) состоит из активного полуволнового вибратора (основного элемента), 1-4 (для сохранения единообразия нумерации элементов изобретения и аналогов вследствие особенности конструкции изобретения указанные выше позиции показаны на одной выносной полке), выполненного из металлической трубки в виде С-образной петли с разрезом, “вытянутой” в направлении, перпендикулярном плоскости разреза, с прямолинейными “вытянутыми” частями, включающего в себя рефлектор и директор. Подключение фидера 5 к активному вибратору осуществляется с помощью симметрирующе-согласующего элемента 6. Короткие стороны С-образной петли выполнены из двух соединенных между собой под углом прямолинейных участков, при этом в стенке средней части трубки, противолежащей упомянутому разрезу, выполнено отверстие, внутрь которого вставлен высокочастотный кабель с оплеткой 7 и центральной жилой 8 с волновым сопротивлением ρ=40...100 Ом, доходящий до разреза в трубке. Упомянутый кабель электрически присоединен оплеткой 7 к трубке в прилежащей части разреза, а его центральная жила 8 присоединена к противолежащей части разреза. Активный полуволновой вибратор, рефлектор, директор и симметрирующе-согласующий элемент конструктивно являются частями единого основного элемента.

Геометрические параметры антенны: L1 - длина прямолинейной части активного вибратора; L2 - расстояние от оси фидера до конца прямолинейной части активного вибратора; L3 - длина разреза в активном вибраторе; L4 - расстояние между осями прямолинейных частей трубки; d1 - диаметр подводящего кабеля; d2 - наружный диаметр металлической трубки; d3 - внутренний диаметр металлической трубки; α1 - угол между прямолинейными участками короткой стороны и “вытянутыми” частями вибратора; α2 - угол между прямолинейными участками короткой стороны.

Получение заданного технического результата при осуществлении изобретения достигается тем, что в заявленной антенне активный полуволновой вибратор, рефлектор, по крайней мере, один директор и симметрирующе-согласующий элемент выполнены в виде единой С-образной петли с разрезом из металлической трубки, при этом короткие стороны С-образной петли выполнены из двух соединенных между собой под углом прямолинейных участков, в стенке средней части трубки, противолежащей упомянутому разрезу, выполнено отверстие до полости в указанной трубке, внутрь которой вставлен высокочастотный кабель с оплеткой и центральной жилой с волновым сопротивлением ρ=40...100 Ом, доходящий своим концом до разреза в трубке, причем упомянутый кабель электрически присоединен оплеткой к трубке в части, прилегающей к разрезу, а его центральная жила - в противолежащей части разреза, при этом части единой С-образной петли с разрезом разделяются по следующим выполняемым ими функциям: половина С-образной петли с вставленным кабелем, имеющим коэффициент укорочения волны в диапазоне от 1,3 до 1,6, выполняет функцию согласующего трансформатора, другая незаполненная кабелем половина С-образного активного полуволнового вибратора антенны в виде полого резонатора длины λ/2 выполняет функцию короткозамкнутого согласующего отрезка, концевые части трубки активного полуволнового вибратора антенны, расположенные около разреза, выполняют функции четвертьволнового излучающего вибратора, причем обе половины трубки активного полуволнового вибратора антенны выполняют функции рефлектора, создающего усиление в направлении в плоскости активного полуволнового вибратора от отверстия под фидер в сторону разреза, концевые части трубки активного полуволнового вибратора антенны, расположенные около разреза, функционально являются директором для волны, излучаемой и отраженной от рефлектора в направлении в плоскости активного полуволнового вибратора от отверстия под фидер в сторону разреза, прямолинейные участки короткой стороны незаполненной половины трубки активного полуволнового вибратора антенны являются директорами для сужения диаграммы направленности антенны в продольной плоскости активного полуволнового вибратора в направлении наружу от упомянутого разреза, прямолинейные участки коротких сторон обоих половин трубки, сопряженные с концевыми частями металлической трубки, расположенные около разреза, являются средством для согласования директоров с волной, отраженной от рефлектора.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках не выявлено средство, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат. Т.е. заявленное решение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности существенных признаков не дает возможность получить новый технический эффект. Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть использовано промышленным способом в радиоэлектронике и других областях народного хозяйства, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо. В первичных материалах заявки описаны средства и методы осуществления изобретения в виде, указанном в формуле изобретения. Осуществление изобретения по любому из пунктов формулы изобретения показывает возможность реализация указанного назначения изобретения.

Следовательно, изобретение соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Части б, г, е, и активного полуволнового вибратора с вставленным кабелем, имеющим коэффициент укорочения волны в диапазоне от 1,3 до 1,6, кроме основной функции излучения (приема) выполняют функцию согласующего трансформатора.

Части а, в, д, ж активного полуволнового вибратора антенны, фактически являющиеся полым резонатором длины λ/2, кроме основной функции излучения (приема) играют роль короткозамкнутого согласующего элемента.

Части ж, и трубки активного полуволнового вибратора антенны кроме основной функции излучения (приема) играют роль четвертьволнового излучающего вибратора.

Части а, б трубки активного полуволнового вибратора антенны играют роль рефлектора, создающего усиление в направлении Б.

Части ж, и трубки активного полуволнового вибратора антенны кроме основной функции излучения (приема) также выполняют функцию директора для волны, излучаемой в направлении Б, отраженной от рефлектора, выполненного в виде частей а, б трубки 1.

Части в, г трубки активного полуволнового вибратора антенны кроме основной функции излучения (приема) играют роль директоров для сужения диаграммы направленности антенны в направлении В.

Части д, е трубки активного полуволнового вибратора антенны пространственно согласуют директоры ж, и с волной, отраженной от рефлектора а, б.

Для приема горизонтально поляризованных волн плоскость, образуемую основным элементом и директорами, располагают горизонтально (параллельно земле), вертикально поляризованных волн - вертикально.

Использование данного изобретения позволит осуществить основное преимущество заявленной антенны по сравнению с известными техническими решениями - достижение одинаковых технических показателей при меньшем количестве элементов и значительно меньших габариты на одинаковых частотах в направлении вектора излучения при одинаковом усилении.

Изобретение относится к антеннам метрового и дециметрового диапазона. Технический результат заключается в сокращении габаритов при одинаковом усилении. Сущность изобретения заключается в том, что все элементы антенны выполнены в виде единой С-образной петли с разрезом из металлической трубки. С-образная петля вытянута в направлении, перпендикулярном плоскости разреза, короткие стороны петли выполнены из двух соединенных между собой под углом прямолинейных участков. В стенке средней части трубки, противолежащей разрезу, выполнено отверстие. Внутрь трубки вставлен высокочастотный кабель, подключенный к частям трубки соответствующим образом. Отдельные части С-образной петли выполняют различные функции. 4 ил.

Антенна, содержащая активный полуволновой вибратор, выполненный в виде С-образной петли с разрезом, вытянутой в направлении, перпендикулярном плоскости разреза, у которой вытянутые части выполнены прямолинейными, рефлектор, по крайней мере, один директор и фидер, при этом подключение фидера к активному полуволновому вибратору осуществляется с помощью симметрирующе-согласующего элемента, отличающаяся тем, что активный полуволновой вибратор, рефлектор, по крайней мере, один директор и симметрирующе-согласующий элемент выполнены в виде С-образной петли с разрезом из металлической трубки, при этом короткие стороны С-образной петли выполнены из двух соединенных между собой под углом прямолинейных участков, в стенке средней части трубки, противолежащей упомянутому разрезу, выполнено отверстие до полости в указанной трубке, внутрь которой вставлен высокочастотный кабель с оплеткой и центральной жилой с волновым сопротивлением ρ=40-100 Ом, доходящий своим концом до разреза в трубке, причем упомянутый кабель электрически присоединен оплеткой к трубке в части, прилегающей к разрезу, а центральной жилой - в противолежащей части разреза, при этом части С-образной петли с разрезом разделяются по следующим выполняемым ими функциям: половина С-образной петли с вставленным кабелем, имеющим коэффициент укорочения волны в диапазоне 1,3-1,6, выполняет функцию согласующего трансформатора, другая незаполненная кабелем половина С-образной петли в виде полого резонатора, длиной λ/2 выполняет функцию короткозамкнутого согласующего отрезка, концевые части С-образной петли, расположенные около разреза, выполняют функции четвертьволнового излучающего вибратора, причем обе половины С-образной петли выполняют функции рефлектора, создающего усиление в плоскости активного полуволнового вибратора в направлении от отверстия под фидер в сторону разреза, концевые части трубки активного полуволнового вибратора антенны, расположенные около разреза функционально являются директором для волны, излучаемой и отраженной от рефлектора в плоскости активного полуволнового вибратора в направлении от отверстия под фидер в сторону разреза, прямолинейные участки короткой стороны незаполненной половины С-образной петли являются директорами для сужения диаграммы направленности антенны в плоскости активного полуволнового вибратора в направлении наружу от упомянутого разреза, прямолинейные участки коротких сторон обоих половин С-образной петли, сопряженные с концевыми частями, расположенными около разреза, являются средством для согласования директоров с волной, отраженной от рефлектора.