ШИРОКОПОЛОСНАЯ НАСТРАИВАЕМАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ АНТЕННА Российский патент 2009 года по МПК H01Q9/18 H04B1/72 

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 цепями настройки, выполненных на пассивных радиоэлементах и коммутируемых с помощью высокочастотных реле или полупроводниковых pin-диодов, например антенна АТ-51 фирмы Wulfsberg Electronics (см. http//www.wulfsberg.com/products).

Недостатком известных антенн является их малая стойкость к воздействию атмосферного электричества вследствие непосредственного воздействия статических электрических разрядов на элементы коммутации, значительное влияние проводников управления элементами коммутации на электрические характеристики антенны, а также существенное потребление мощности по цепям управления в случае использования в качестве элементов коммутации реле с одним устойчивым состоянием или полупроводниковых pin-диодов.

В известных конструкциях антенн применены схемы настройки, не допускающие прямое попадание разряда статического электричества на излучатель антенны, кроме того, они имеют сложную конструкцию и невысокую надежность, что затрудняет их практическое применение.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является широкополосная настраиваемая несимметричная антенна по патенту США №4656483, МПК H01Q 9/06, H01Q 1/28, опубл. 07.04.1987 г., содержащая емкостный излучающий элемент, выполненный в виде металлической прямоугольной пластины, расположенный на определенном расстоянии от заземляющей поверхности корпуса летательного аппарата. Антенна содержит согласующее устройство низкочастотного диапазона рабочих частот, включающее цепочку из последовательно соединенных катушек индуктивности, шунтируемых ключами, выполненными в виде полупроводниковых pin-диодов, причем коммутация катушек индуктивности производится только в VHF диапазоне частот, а в UHF диапазоне частот катушки образуют короткозамкнутый контур. Вход указанной цепочки через конденсатор и катушку индуктивности соединен с внутренним проводником коаксиального кабеля, а выход - с нижней кромкой пластины емкостного излучающего элемента.

Антенна содержит также согласующую катушку индуктивности, первый и второй согласующие конденсаторы низкочастотного диапазона рабочих частот, переключатель диапазонов рабочих частот антенны, коаксиальный кабель и объемный обтекатель, выполненный из диэлектрического материала.

Известная антенна, выбранная заявителем в качестве прототипа, обладает следующим недостатком: проводники управления полупроводниковыми pin-диодами находятся в активной зоне антенны (между плоскостью заземления и емкостным излучающим элементом) и оказывают большое влияние на электрические параметры антенны. Кроме того, разряды статического атмосферного электричества в такой антенне оказывают непосредственное воздействие на элементы коммутации и, как правило, выводят их из строя.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в исключении влияния атмосферного электричества на элементы настройки антенны при сохранении эффективности излучения в нижней части диапазона рабочих частот.

Указанный технический результат достигается тем, что в широкополосной настраиваемой несимметричной антенне, содержащей емкостный излучающий элемент, выполненный в виде металлической прямоугольной пластины, согласующее устройство, включающее цепочку из последовательно соединенных катушек индуктивности, шунтируемых каждая своим ключом, один из выводов которой соединен с емкостным излучающим элементом, дополнительную катушку индуктивности, первый и второй конденсаторы, переключатель диапазонов рабочих частот антенны, коаксиальный кабель и объемный обтекатель, согласно изобретению другой вывод цепочки из последовательно соединенных катушек индуктивности соединен с заземляющей поверхностью - основанием антенны, шунтирующие ключи и переключатель диапазонов рабочих частот выполнены в виде вакуумных высокочастотных реле, магнитная управляющая система которых экранирована заземляющей поверхностью, внутренний проводник коаксиального кабеля через цепочку из последовательно соединенных первого конденсатора и дополнительную катушку индуктивности соединен с емкостным излучающим элементом, через первый переключающий контакт переключателя диапазонов рабочих частот и второй конденсатор - с заземляющей поверхностью антенны, а через второй переключающий контакт переключателя - с емкостным излучающим элементом, причем объемный обтекатель выполнен металлическим, а в антенну дополнительно введен токоразрядный шлейф, соединенный с заземляющей поверхностью.

Указанная новая совокупность существенных признаков заявляемого технического решения позволяет исключить влияние атмосферного электричества на элементы настройки антенны за счет стекания статических электрических зарядов на металлический корпус летательного аппарата во всем диапазоне рабочих частот антенны.

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 графическими материалами, где на фиг.1 изображена упрощенная конструктивная схема предлагаемой широкополосной настраиваемой несимметричной антенны; на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема антенны.

На чертежах обозначены:

1 - излучающий емкостный элемент;

2а-2е - катушки индуктивности;

3а-3е - шунтирующие ключи;

4 - заземляющая поверхность;

5 - внутренний проводник коаксиального кабеля;

6 - первый конденсатор;

7 - дополнительная катушка индуктивности;

8 - переключатель диапазонов рабочих частот;

9 - второй конденсатор;

10 - токоразрядный шлейф;

11 - объемный обтекатель.

Широкополосная настраиваемая несимметричная антенна содержит емкостный излучающий элемент 1, выполненный в виде металлической прямоугольной пластины. Антенна содержит также согласующее устройство, включающее цепочку из последовательно соединенных катушек индуктивности 2а-2е, шунтируемых ключами 3а-3е с нормально разомкнутыми контактами, один из выводов (вход) которой соединен с нижней кромкой пластины емкостного излучающего элемента 1, а другой вывод (выход) цепочки - с заземляющей поверхностью 4 - основанием антенны.

Внутренний проводник 5 коаксиального кабеля через цепочку из последовательно соединенных первого конденсатора 6 и дополнительную катушку индуктивности 7 соединен с емкостным излучающим элементом 1.

Внутренний проводник 5 коаксиального кабеля через первый переключающий контакт (С-А) переключателя 8 диапазонов рабочих частот и второй конденсатор соединен с заземляющей поверхностью 4 антенны, а через второй переключающий контакт (С-В) переключателя 8 - непосредственно с емкостным излучающим элементом 1.

Шунтирующие ключи 3а-3е и переключатель 8 диапазонов рабочих частот антенны выполнены в виде вакуумных высокочастотных реле, магнитная управляющая система которых экранирована заземляющей поверхностью 4.

Антенна содержит также металлический и токоразрядный шлейф 10, соединенный с заземляющей поверхностью 4 и объемный обтекатель 11, выполненный металлическим.

Широкополосная настраиваемая несимметричная антенна работает следующим образом.

При подаче высокочастотного сигнала через внутренний проводник 5 коаксиального кабеля в диапазоне длин волн, которому соответствует геометрическая длина емкостного излучающего элемента 1 от 0,038 λ до 0,25 λ (где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот), переключатель 8 устанавливается в положение, соответствующее замкнутому состоянию контактов А-С. При этом шунтирующие ключи 3а-3е катушек индуктивности 2а-2е устанавливаются в положения, обеспечивающие компенсацию реактивной компоненты входного сопротивления антенны, в зависимости от выбранной рабочей частоты. Элементы 6, 7 и 9 в данном диапазоне настройки служат для согласования входного сопротивления настроенной антенны с волновым сопротивлением коаксиального кабеля. Таким образом, в настроенной антенне излучающий емкостный элемент, в отличие от прототипа, оказывается связанным с заземляющей поверхностью (основанием антенны) по постоянному току через малое сопротивление катушек индуктивности 2а-2е и (или) замкнутые контакты шунтирующих ключей 3а-3е, что обеспечивает стекание статических электрических зарядов на металлический корпус летательного аппарата.

С ростом частоты высокочастотного сигнала в диапазоне длин волн, которому соответствует геометрическая длина емкостного излучающего элемента от 0,25 λ до 0,5 λ, шунтирующие ключи 3а-3d устанавливаются в положение, соответствующее замкнутому состоянию контактов. При этом настройка в указанном диапазоне рабочих частот, обеспечивающая компенсацию реактивной компоненты входного сопротивления антенны, осуществляется шунтирующим ключом 3е в зависимости от выбранной рабочей частоты. Элементы 6, 7 и 9 в данном диапазоне настройки исключаются из электрической схемы путем установки переключателя 8 в положение, соответствующее замкнутому состоянию контактов В-С, при котором излучающий емкостный элемент 1 подключается непосредственно к внутреннему проводнику 5 коаксиального кабеля. Таким образом, в настроенной антенне излучающий емкостный элемент вновь оказывается связанным с заземляющей поверхностью по постоянному току через малое сопротивление катушки индуктивности 2е или замкнутые контакты шунтирующих ключей 3а-3е, что обеспечивает стекание статических электрических зарядов на металлический корпус летательного аппарата.

При дальнейшем увеличении частоты высокочастотного сигнала в диапазоне длин волн, которому соответствует геометрическая длина емкостного излучающего элемента 1 (Ra, Са) более 0,5 λ, все шунтирующие ключи 3а-3е устанавливаются в положение, соответствующее замкнутому состоянию контактов, а переключатель 8 - в состояние с замкнутыми контактами В-С. Настройка в указанном диапазоне не осуществляется, а работоспособность антенны обеспечивается широкополосными свойствами емкостного излучающего элемента. Элементы 6, 7 и 9 в данном диапазоне настройки исключаются из электрической схемы, а излучающий емкостный элемент 1 подключается непосредственно к внутреннему проводнику 5 коаксиального кабеля через замкнутые контакты В-С переключателя 8. Таким образом, в настроенной антенне излучающий емкостный элемент 1 вновь оказывается связанным с заземляющей поверхностью по постоянному току через малое сопротивление катушки индуктивности 2е или замкнутые контакты шунтирующего ключа 3е, что обеспечивает стекание статических электрических зарядов на металлический корпус летательного аппарата.

При непосредственном разряде заряда атмосферного электричества на антенну электрический потенциал вызывает пробой искрового промежутка между наружным металлическим объемным обтекателем 11 и токоразрядным шлейфом 10, в результате чего электрический разряд стекает на корпус летательного аппарата, не вызывая разрушения антенны. Оставшийся наведенный электрический потенциал на емкостном излучателе стекает на корпус летательного аппарата через электрическую схему антенны, как было указано выше.

Изобретение может быть использовано в малогабаритных вибраторных антеннах для ведения радиосвязи и навигации. Широкополосная настраиваемая несимметричная антенна содержит емкостный излучающий элемент в виде прямоугольной пластины, согласующее устройство, включающее цепочку из последовательно соединенных катушек индуктивности, шунтируемых каждая своим ключом, и переключатель диапазонов рабочих частот. Один из выводов цепочки соединен с нижней кромкой емкостного излучающего элемента, а другой - с заземляющей поверхностью - основанием антенны. Ключи выполнены в виде вакуумных высокочастотных реле, магнитная управляющая система которых экранирована заземляющей поверхностью. Внутренний проводник коаксиального кабеля через последовательную цепочку из первого конденсатора и дополнительную катушку индуктивности соединен с емкостным излучающим элементом и, кроме того, через первый переключающий контакт переключателя и второй конденсатор соединен с заземляющей поверхностью антенны, а через второй переключающий контакт переключателя - с емкостным излучающим элементом. Объемный обтекатель выполнен металлическим, а в антенну дополнительно введен токоразрядный шлейф, соединенный с ее основанием. Технический результат - исключение влияния атмосферного электричества на элементы настройки антенны при сохранении эффективности излучения в нижней части диапазона рабочих частот. 2 ил.

Широкополосная настраиваемая несимметричная антенна, содержащая емкостный излучающий элемент, выполненный в виде металлической прямоугольной пластины, согласующее устройство, включающее цепочку из последовательно соединенных катушек индуктивности, шунтируемых каждая своим ключом, один из выводов которой соединен с емкостным излучающим элементом, дополнительную катушку индуктивности, первый и второй конденсаторы, переключатель диапазонов рабочих частот антенны, коаксиальный кабель и объемный обтекатель, отличающаяся тем, что другой вывод цепочки из последовательно соединенных катушек индуктивности соединен с заземляющей поверхностью - основанием антенны, шунтирующие ключи и переключатель диапазонов рабочих частот выполнены в виде вакуумных высокочастотных реле, магнитная управляющая система которых экранирована заземляющей поверхностью, внутренний проводник коаксиального кабеля через цепочку из последовательно соединенных первого конденсатора и дополнительную катушку индуктивности соединен с емкостным излучающим элементом через первый переключающий контакт переключателя диапазонов рабочих частот и второй конденсатор - с заземляющей поверхностью антенны, а через второй переключающий контакт переключателя - с емкостным излучающим элементом, причем объемный обтекатель выполнен металлическим, а в антенну дополнительно введен токоразрядный шлейф, соединенный с заземляющей поверхностью.