ШИРОКОПОЛОСНАЯ КВ АНТЕННА Российский патент 2010 года по МПК H01Q9/34 

Изобретение относится к антенной технике, а именно к вертикальным широкополосным приемопередающим антеннам, работающим в KB диапазоне, как в стационарных, так и в полевых условиях.

Известна коротковолновая вибраторная антенна с емкостной нагрузкой, авторское свидетельство SU №285837, МПК H01Q 9/18, 11.07.1969, выполненная в виде вертикального вибратора с емкостной нагрузкой, отличающаяся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона и уменьшения потерь, вокруг упомянутого излучателя по окружности размещены вертикальные штыри неравной высоты.

Недостатком данного изобретения является большая геометрическая высота - Н=0,2λ_МАКС и массивность антенны.

Известна слабонаправленная широкополосная антенна, авторское свидетельство SU №1823038 А1, МПК H01Q 9/34, 02.07.1990, содержащая вертикальную опору, основание которой закреплено на поверхности земли, ряд токопроводящих проводов, подключенных к собирательному кольцу, установленному на вертикальной опоре и изолированному от нее, и заземление, отличающаяся тем, что с целью уменьшения вертикального размера и расширения диапазона рабочих частот по согласованию, введен электрический канатик, четыре шунта, высота вертикальной опоры выбрана равной (0,015-0,02)λ_ДЛ, а токопроводящие провода образуют усеченную четырехгранную пирамиду, основание которой расположено горизонтально на высоте 0,097λ_ДЛ, где λ_ДЛ - наибольшая длина волны рабочего диапазона и представляет собой квадрат со стороной 0,0161λ_ДЛ, плоскость которого образована пересекающимися токопроводящими проводами, расположенными в виде сетки с равномерным шагом, каждая боковая грань усеченной четырехгранной пирамиды выполнена из пяти равномерно веерообразно расходящихся токопроводящих проводов, верхние концы которых закреплены на сторонах основания усеченной четырехгранной пирамиды, а нижние - на собирательном кольце, имеющем диаметр 0,007λ_ДЛ и расположенном на высоте 0,12λ_ДЛ, причем крайние токопроводящие провода являются ребрами усеченной четырехгранной пирамиды и выполнены в виде трубок длиной l=0,116λ_ДЛ и диаметром (0,00015-0,00025)λ_ДЛ, а диаметр остальных токопроводящих проводов составляет 0,00003λ_ДЛ, при этом нижние концы трубок закреплены на собирательном кольце с помощью шарниров, а верхние концы трубок содержат блоки, в которых расположены шунты, образованные вертикальными проводами, верхние концы которых имеют гальванический контакт с основанием усеченной четырехгранной пирамиды, а нижние концы которых закреплены на поверхности посредством анкеров, диэлектрический канатик закреплен на трубках посредством блоков, расположенных на расстоянии (0,15-0,25)l от верхнего конца трубки и 0,3l от ее нижнего конца, при этом диэлектрический канатик соединен с трубками попарно в плоскостях, проходящих через диагонали основания усеченной четырехгранной пирамиды, а трубки вместе с шунтами являются каркасом слабонаправленной широкополосной антенны.

Недостатками этого изобретения являются сложность конструкции антенны, высокий КСВ, большая площадь участка земли, необходимого для установки антенны.

Известен широкополосный вертикальный излучатель, патент RU №2289180, МПК H01Q 9/34, 31.01.2005, содержащий основание антенны, механически соединенное с мачтой антенны, систему противовесов, верхние и нижние собирательные кольца, причем нижнее собирательное кольцо является первой точкой питания антенны, а второй точкой питания антенны являются электрически объединенные концы противовесов, равномерно размещенных вокруг антенны, а также N излучателей, размещенных вдоль образующих линий двух сопряженных своими основаниями разновысотных прямых конусов, верхние и нижние концы N излучателей механически соединены с вершиной и основанием мачты, причем точки перегиба N излучателей геометрически размещены на окружности оснований двух разновысотных прямых конусов, мачта в вертикальном положении удерживается оттяжками, отличающийся тем, что мачта выполнена разъемной и телескопической, состоящей из М колен, каждое из которых выполнено из диэлектрических труб и снабжено фиксирующим замком, излучатели выполнены из отрезков коаксиального кабеля с высокочастотными коаксиальными разъемами на концах, при этом у каждого разъема на верхнем конце внутренний проводник и экран электрически соединены с верхним собирательным кольцом, на котором установлены приборные части коаксиальных разъемов, на нижнем конце экран электрически соединен с основным нижним собирательным кольцом, на котором также установлены приборные части коаксиальных разъемов, внутренние проводники разъемов соединены с дополнительным нижним собирательным кольцом, причем между дополнительным нижним собирательным кольцом и основанием включена катушка индуктивности, все оттяжки выполнены из высокопрочного малорастяжимого полимерного шнура, к основанию антенны подключена система радиальных противовесов из K>N проводников, расположенных равномерно по кругу радиусом, равным высоте антенны, необходимая геометрическая форма антенны обеспечивается с помощью диэлектрических распорок, количество которых равно числу излучателей N.

Недостатками известного изобретения являются высокий КСВ, достигающий величины 10.0 на частотах 2-2,5 МГц, большая площадь участка, необходимого для установки антенны из-за радиально расположенных противовесов, равных высоте антенны.

Широкополосный вертикальный излучатель по патенту RU №2289180 взят за прототип.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение габаритов, массы антенны, при достижении высоких электрических параметров и надежности конструкции, уменьшение КСВ до 2,0-3,5 на низких частотах KB диапазона, уменьшение площади, занимаемой антенной, достижение возможности установки антенны на крышах зданий.

Технический результат достигается тем, что широкополосная KB антенна, содержащая мачту, растяжки мачты, устройство крепления противовесов, нижнее и верхнее собирательные кольца, причем нижнее собирательное кольцо является первой точкой питания антенны, а второй точкой питания антенны являются электрически соединенные концы противовесов на устройстве крепления противовесов, излучатели, электрически соединенные с нижним собирательным кольцом, направленные вверх и удаляющиеся от мачты до точек перегиба, приближающиеся друг к другу после точек перегиба и электрически соединенные с верхним собирательным кольцом, отличается тем, что содержит проводник, электрически соединенный с излучателями в точках их перегиба, устройство крепления проводника с мачтой, устройство крепления вертикального излучателя, установленного на вершине мачты, вертикальный излучатель имеет электрическое соединение с верхним собирательным кольцом, причем длина излучателей от нижнего собирательного кольца до проводника больше чем в два раза длины излучателей от проводника до верхнего собирательного кольца, а концы противовесов, удаленные от мачты антенны, электрически соединены между собой проводом.

На чертежах изображено:

На фиг.1 - широкополосная KB антенна;

На фиг.2 - проводник антенны, имеющий конфигурацию многоугольника, соединенный с устройством крепления радиально расположенными трубками (вид сверху);

На фиг.3 - проводник антенны, имеющий конфигурацию круга, соединенный с устройством крепления трубчатыми устройствами, каждое из которых имеет конфигурацию лепестка (вид сверху);

На фиг.4 - график КСВ широкополосной KB антенны;

На фиг.5 - фотография широкополосной KB антенны, изготовленной согласно изобретению.

На фиг.1 широкополосная KB антенна содержит мачту 1, растяжки 2 мачты 1, устройство 3 крепления противовесов 4, нижнее собирательное кольцо 5, излучатели 6, проводник 7, устройство 8 крепления проводника 7, верхнее собирательное кольцо 9, устройство 10 крепления вертикального излучателя 11.

На фиг.1 указано:

h1 - высота широкополосной KB антенны от нижнего собирательного кольца 5 до проводника 7;

h2 - высота широкополосной KB антенны от проводника 7 до верхнего собирательного кольца 9;

h3 - высота неподвижной части вертикального излучателя 11;

h4 - высота подвижной части вертикального излучателя 11;

L1 - длина неподвижной части противовеса 4;

L2 - длина подвижной части противовеса 4.

На фиг.2 широкополосная KB антенна содержит мачту 1, проводник 7, устройство 8 крепления проводника 7, радиально расположенные трубки 12, соединяющие проводник 7 с устройством 8 крепления проводника 7.

На фиг.3 широкополосная KB антенна содержит мачту 1, проводник 7, устройство 8 крепления проводника 7, трубчатые устройства 13, соединяющие проводник 7 с устройством 8 крепления проводника 7.

Вертикальная широкополосная KB антенна размещена на мачте 1 из изоляционного материала, которая удерживается растяжками 2. В нижней части мачты 1 установлено устройство 3 крепления противовесов 4 и нижнее собирательное кольцо 5. В верхней части мачты 1 установлено устройство 8 крепления проводника 7, выполненного из алюминиевой трубки и имеющего замкнутый периметр, являющегося емкостной нагрузкой и одновременно формообразующим элементом антенны, а также верхнее собирательное кольцо 9, устройство 10 крепления с вертикальным излучателем 11.

Излучатели 6 выполнены из антенного изолированного канатика и электрически соединены с нижним собирательным кольцом 5, проводником 7, верхним собирательным кольцом 9, вертикальным излучателем 11 и равномерно расположены по окружности на одинаковом расстоянии от мачты 1.

В разных вариантах конструкции широкополосной KB антенны проводник 7 может иметь конфигурацию круга или многоугольника и может быть соединен с устройством 8 крепления трубчатыми устройствами 13, каждое из которых имеет конфигурацию лепестка, радиально расположенными трубками 12 или трубками с изогнутой конфигурацией. Вертикальный излучатель 11 и противовесы 4 могут иметь телескопические конструкции, позволяющие удлинять или укорачивать их длину для подстройки КСВ по минимальному значению, в зависимости от высоты установки антенны и характера окружающих предметов. В некоторых вариантах конструкции данной антенны противовесы 4 поддерживаются полимерными шнурами, закрепленными на мачте 1.

Концы противовесов 4, удаленные от мачты 1, электрически соединяют между собой проводом, что позволяет уменьшить длину противовесов 4, соответственно уменьшить занимаемую ими площадь и делает их работу более эффективной.

Такое конструктивное решение позволяет уменьшить габариты антенны, расширить полосу пропускания при достаточно высокой эффективности на низкочастотном участке KB диапазона по сравнению с другими вертикальными антеннами, близкими по размерам.

Установленные антенны, изготовленные в соответствии с заявленным изобретением, показали, что они практически не требуют площади для развертывания и крепления противовесов, занимают малую площадь при установке на крышах зданий и имеют полосу пропускания от 2 до 30 МГц при КСВ менее 2,0 и только в нескольких точках до 3,0-3,5, имеют низкие углы излучения вертикальной плоскости на низкочастотной части KB диапазона.

Такая конструкция, при отсутствии сосредоточенных индуктивностей и наличии условно толстого вибратора с емкостной нагрузкой, позволяет снижать потери в антенне.

При высоте антенны около 9 метров на низкочастотном участке KB диапазона (3-7 МГц) коэффициент усиления всего на 2-3 децибела ниже, чем в полноразмерной антенне λ/4 20 метров высотой. С повышением частоты коэффициент усиления растет.

Вертикальная широкополосная KB антенна предназначена для работы как в стационарных, так и в полевых условиях. Малая масса и небольшая площадь, необходимая для размещения антенны, позволяет устанавливать ее на крышах небольших зданий и сооружениях в лесных массивах. Высота установки антенны не критична, уже при установке антенны на высоте 3 метров от поверхности земли она работает достаточно эффективно.

На фиг.5 - фотография широкополосной KB антенны, изготовленной согласно изобретению, показывает, что антенна установлена и отлично работает в таких условиях, в которых другие широкополосные KB антенны практически невозможно установить.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к вертикальным широкополосным приемопередающим антеннам, работающим в KB диапазоне, как в стационарных, так и в полевых условиях. Широкополосная KB антенна содержит мачту, растяжки мачты, устройство крепления противовесов, нижнее и верхнее собирательные кольца, причем нижнее собирательное кольцо является первой точкой питания антенны, а второй точкой питания антенны являются электрически соединенные концы противовесов, на устройстве крепления противовесов, излучатели, электрически соединенные с нижним собирательным кольцом, направленные вверх и удаляющиеся от мачты до точек перегиба, приближающиеся друг к другу после точек перегиба и электрически соединенные с верхним собирательным кольцом, при этом антенна также содержит проводник, электрически соединенный с излучателями в точках их перегиба, а также устройство крепления проводника с мачтой, вертикальный излучатель, установленный на вершине мачты с электрическим соединением с верхним собирательным кольцом, причем длина излучателей от нижнего собирательного кольца до проводника больше чем в два раза длины излучателей от проводника до верхнего собирательного кольца. Уменьшение габаритов, надежность конструкции и снижение потерь на низких частотах KB диапазона является техническим результатом изобретения. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Широкополосная KB антенна, содержащая мачту, растяжки мачты, устройство крепления противовесов, нижнее и верхнее собирательные кольца, причем нижнее собирательное кольцо является первой точкой питания антенны, а второй точкой питания антенны являются электрически соединенные концы противовесов на устройстве крепления противовесов, излучатели, электрически соединенные с нижним собирательным кольцом, направленные вверх и удаляющиеся от мачты до точек перегиба, приближающиеся друг к другу после точек перегиба и электрически соединенные с верхним собирательным кольцом, отличающаяся тем, что содержит проводник, электрически соединенный с излучателями в точках их перегиба, устройство крепления проводника с мачтой, устройство крепления вертикального излучателя, установленного на вершине мачты, причем вертикальный излучатель имеет электрическое соединение с верхним собирательным кольцом, а длина излучателей от нижнего собирательного кольца до проводника больше чем в два раза длины излучателей от проводника до верхнего собирательного кольца.

2. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что вертикальный излучатель имеет телескопическую конструкцию.

3. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что противовесы имеют телескопическую конструкцию.

4. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что проводник выполнен из алюминиевой трубки.

5. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что проводник имеет конфигурацию круга.

6. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что проводник имеет конфигурацию многоугольника.

7. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что проводник имеет замкнутый периметр.

8. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что проводник соединен с устройством крепления радиально расположенными трубками.

9. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что проводник соединен с устройством крепления трубками с изогнутой конфигурацией.

10. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что проводник соединен с устройством крепления трубчатыми устройствами, каждое из которых имеет конфигурацию лепестка.

11. Широкополосная KB антенна по п.1, отличающаяся тем, что концы противовесов, удаленные от мачты антенны, электрически соединены между собой проводом.