ШИРОКОПОЛОСНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 2008 года по МПК H01Q9/18 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритных вибраторных антеннах для ведения радиосвязи и навигации как отдельная антенна, предназначенная для установки на борту летательного аппарата.

Известны конструкции антенн с включенными в разрыв токоведущего вибратора или имеющими с ним гальванический контакт активными сопротивлениями (патенты РФ №№2042991, 2046470, 2127477 и др.).

Недостатком известных антенн является их значительная геометрическая высота и малый КПД.

В известных конструкциях антенн их электрическая длина ограничена максимальной геометрической длиной токоведущего вибратора, кроме того, они имеют сложную конструкцию и низкую надежность, что затрудняет их практическое применение.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является несимметричная вибраторная антенна по патенту РФ №2168819, МПК H01Q 9/18, опубл. 30.08.1999, содержащая вертикальный вибратор, присоединенный к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, N прямолинейных проводников противовеса, присоединенных под углом к внешнему проводнику коаксиального кабеля, и N симметрично расположенных между ними прямолинейных проводников, присоединенных к вертикальному вибратору. В разрыв между основанием вертикального вибратора и точкой соединения с ним проводников включено согласующее устройство, выполненное из дискретных электронных элементов.

Указанная выше несимметричная вибраторная антенна обладает недостатком: высота вертикального вибратора составляет 0,125 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, что на частоте 30 МГц составляет 1,25 м. Применение такой антенны на борту летательного аппарата в большинстве случаев невозможно.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении габаритной высоты антенны при сохранении достаточной эффективности излучения.

Указанный технический результат достигается тем, что в широкополосной несимметричной вибраторной антенне, содержащей вертикальный вибратор, присоединенный к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, согласующее устройство, включающее первую и вторую индуктивности, катушку индуктивности, первый и второй резисторы, а также излучатель с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, согласно изобретению, вертикальный вибратор выполнен в виде прямоугольной пластины высотой 0,038 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, конструктивная емкость основания пластины выполняет функцию упомянутого излучателя, первая индуктивность, катушка индуктивности и второй резистор согласующего устройства образуют последовательно соединенную цепь, при этом свободный вывод первой индуктивности соединен с точкой соединения вертикального вибратора и внутреннего проводника коаксиального кабеля, свободный вывод второго резистора соединен с наружным проводником коаксиального кабеля, а последовательная цепь, состоящая из второй индуктивности и первого резистора, включена между внутренним проводником коаксиального кабеля и точкой соединения первой индуктивности и катушки индуктивности, причем первая и вторая индуктивности выполнены в виде индуктивных шлейфов, образованных конфигурированием прямоугольной пластины вертикального вибратора, а катушка индуктивности выполнена печатной.

Охарактеризованное указанными выше существенными признаками изобретение на дату подачи заявки не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".

Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".

Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с совокупностью отличительных признаков заявляемого изобретения, обеспечивающей достижение заявляемого технического результата, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена упрощенная конструктивная схема предлагаемой широкополосной несимметричной вибраторной антенны; на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема антенны.

Широкополосная несимметричная вибраторная антенна содержит вертикальный вибратор 1, выполненный в виде прямоугольной пластины из фольгированного стеклотекстолита, присоединенный к внутреннему проводнику 2 коаксиального кабеля, согласующее устройство, включающее первую 3 и вторую 4 индуктивности, выполненные в виде шлейфов, образованных конфигурированием прямоугольной пластины вертикального вибратора 1, печатную катушку 5 индуктивности, первый 6 и второй 7 резисторы.

Прямоугольная пластина вибратора 1 имеет высоту 0,038 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, при этом конструктивная емкость основания 8 пластины выполняет функцию излучателя с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.

Индуктивность 3, катушка 5 индуктивности и резистор 7 согласующего устройства образуют последовательно соединенную цепь. Свободный вывод индуктивности 3 соединен с точкой соединения вертикального вибратора 1 и внутреннего проводника 2 коаксиального кабеля, а свободный вывод резистора 7 соединен с заземленным наружным проводником коаксиального кабеля.

Последовательная цепь, состоящая из индуктивности 4 и резистора 6, включена между внутренним проводником 2 коаксиального кабеля и точкой соединения индуктивности 3 и печатной катушки 5 индуктивности.

Вертикальный вибратор 1 заключен в выполненный из диэлектрического материала обтекатель 9, закрепленный на наружной поверхности фюзеляжа летательного аппарата.

Широкополосная несимметричная вибраторная антенна работает следующим образом.

При подаче высокочастотного сигнала через коаксиальный разъем в диапазоне длин волн, которому соответствует геометрическая длина вертикального вибратора 1 от 0,038 λ до 0,1 λ, наиболее эффективно возбуждаются токи в контуре, образованном вертикальным вибратором 1, индуктивным шлейфом 3, катушкой индуктивности 5 и резистором 7. Незначительная часть высокочастотного сигнала в указанном диапазоне длин волн проходит через индуктивный шлейф 4 и резистор 6, поскольку сопротивление последнего превышает величину индуктивного сопротивления шлейфа 3. При этом, благодаря последовательному включению между плоскостью вертикального вибратора 1 и заземленным основанием 8 согласующего устройства, включающего индуктивный шлейф 3, катушку 5 индуктивности и резистор 7, в нижней части диапазона частот электрическая длина вертикального вибратора 1 превосходит его геометрическую длину, и, как следствие, повышается его эффективность по сравнению с несогласованным вибратором.

С ростом частоты высокочастотного сигнала в диапазоне длин волн, которому соответствует геометрическая длина вертикального вибратора 1 от 0,1 λ, до 0,25 λ, наиболее эффективно возбуждаются токи в контуре, образованном вертикальным вибратором 1, индуктивным шлейфом 4, резистором 6, катушкой индуктивности 5 и резистором 7, поскольку величина индуктивного сопротивления шлейфа 3 превосходит величину суммарного сопротивления цепочки, состоящей из элементов 4 и 6. При этом, благодаря последовательному включению между плоскостью вертикального вибратора 1 и заземленным основанием 8 согласующего устройства, включающего индуктивный шлейф 4, резистор 6, катушку 5 индуктивности и резистор 7, в указанной части диапазона частот электрическая длина вертикального вибратора 1 также превосходит его геометрическую длину, что повышает его эффективность по сравнению с низкочастотным участком диапазона рабочих частот.

При дальнейшем увеличении частоты высокочастотного сигнала в диапазоне длин волн, которому соответствует геометрическая длина вертикального вибратора 1 от 0,25 λ до 0,5 λ, наиболее эффективно возбуждаются токи в плоскости, образованной вертикальным вибратором 1, поскольку его входное сопротивление становится близким к волновому сопротивлению питающего фидера, обе последовательные цепочки согласующего устройства исключаются из работы, поскольку их суммарное сопротивление становится намного выше входного сопротивления вертикального вибратора 1.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритных вибраторных антеннах. Техническим результатом является уменьшение габаритной высоты антенны при сохранении эффективности излучения. Сущность изобретения состоит в том, что антенна содержит вертикальный вибратор (ВВ) в виде прямоугольной пластины высотой 0,038 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот. Конструктивная емкость основания пластины выполняет функцию излучателя с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости. Согласующее устройство включает две последовательно соединенные цепочки, каждая из которых включает печатную катушку индуктивности, резистор и индуктивности, образованные конфигурированием пластины ВВ. Благодаря указанному выполнению ВВ и согласующего устройства электрическая длина ВВ превосходит его геометрическую длину. 2 ил.

Широкополосная несимметричная вибраторная антенна, содержащая вертикальный вибратор, присоединенный к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, согласующее устройство, включающее первую и вторую индуктивности, катушку индуктивности, первый и второй резисторы, а также излучатель с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что вертикальный вибратор выполнен в виде прямоугольной пластины высотой 0,038 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, конструктивная емкость основания пластины выполняет функцию упомянутого излучателя, первая индуктивность, катушка индуктивности и второй резистор согласующего устройства образуют последовательно соединенную цепь, при этом свободный вывод первой индуктивности соединен с точкой соединения вертикального вибратора и внутреннего проводника коаксиального кабеля, свободный вывод второго резистора соединен с наружным проводником коаксиального кабеля, а последовательная цепь, состоящая из второй индуктивности и первого резистора, включена между внутренним проводником коаксиального кабеля и точкой соединения первой индуктивности и катушки индуктивности, причем первая и вторая индуктивности выполнены в виде индуктивных шлейфов, образованных конфигурированием прямоугольной пластины вертикального вибратора, а катушка индуктивности выполнена печатной.