ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УЛЬТРАКОРОТКОВОЛНОВЫЙ ВИБРАТОР Российский патент 2011 года по МПК H01Q9/00 

Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкодиапазонным ультракоротковолновым (УКВ) вибраторам, предназначенным для использования в качестве приемо-передающего излучателя совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями, в частности, устанавливаемыми на подвижных объектах.

Известны УКВ широкополосные вибраторы.

Диапазонный вибратор по пат. Англии №1441249, опубл. 30.06.76, МПК H01Q 1/36 выполнен в виде пластины треугольной формы, установленной вертикально над проводящей поверхностью обращенной к ней одной из вершин, к которой подключен центральный проводник коаксиального фидера.

Недостатком известного аналога являются его относительно большие размеры (высота).

Известна также широкополосная УКВ антенна по пат. РФ №2084993, опубл. 20.07.1997 г. МПК H01Q 9/18. Антенна состоит из конуса, противовеса и шунтов. Выбором размера и точек подключения шунтов достигается формирование фильтра, обеспечивающего повышение грозозащищенности антенны.

Наиболее близким к заявленному аналогом по своей технической сущности является УКВ вибратор, описанный в книге: Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. 3-е изд. - М.: Радио и связь, 1981, с.116, рис.8.7а.

Ближайший аналог в несимметричном исполнении состоит из треугольной металлической пластины, установленной перпендикулярно над проводящей поверхностью и обращенной к ней одной из вершин. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к вершине пластины, а экранной оболочкой - к проводящей поверхности.

УКВ вибратор-прототип обеспечивает широкополосное согласование за счет формирования самодополнительной структуры.

Недостатком прототипа является относительно большая высота, определяемая требуемым качеством согласования на минимальной частоте (максимальной длине волны - λ_max) рабочего диапазона вибратора.

Целью изобретения является разработка широкодиапазонного УКВ вибратора, обеспечивающего снижение высоты без изменения максимальной длины волны рабочего диапазона и без снижения качества согласования.

Поставленная цель достигается тем, что в известном УКВ вибраторе, содержащем металлическую платину (МП) высотой Н, установленную вертикально над проводящей поверхностью (ПП), и коаксиальный фидер, подключенный центральным проводником к металлической пластине, а внешней оболочкой к ПП, МП выполнена в виде ромба с углом α при острых вершинах, первая из которых обращена к ПП. Новым также является то, что к вершинам тупых углов ромбической пластины подключена емкостная нагрузка в виде изогнутых проводников. Проводники емкостной нагрузки (ПЕН) расположены в плоскости ромбической пластины (РП). Внешние концы ПЕН примыкают к второй острой вершине РП. Центральный проводник коаксиального фидера подключен к первой острой вершине РП.

Высота Н РП выбрана из - условия H≥0,18λ_max, а угол α при острых вершинах выбран в интервале 60°-80°.

При таком исполнении вибратора достигается снижение его электрической высоты и, следовательно, физических размеров (соотношения его физической высоты Н к длине рабочей волны λ) благодаря эквивалентному удлинению вибратора за счет емкостной нагрузки.

Заявленный УКВ вибратор поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - конструкция вибратора (первый вариант);

на фиг.2 - конструкция вибратора (второй вариант);

на фиг.3 - результаты измерения электрических параметров вибратора.

Заявленный вибратор, показанный на фиг.1, состоит из металлической РП 1 с углом при острых вершинах α и высотой (большой диагонально ромба) H и ПЕН 4. РП 1 установлена вертикально над ПП 2. Первая острая вершина РП 1 подключена (точка «а») к центральному проводнику коаксиального фидера 3, внешняя оболочка которого подключена (точки «б») к ПП 2.

Исполнение ПЕН 4 может быть различным. На фиг.1 ПЕН 4 подключены к тупым вершинам (точки «с») РП 1. От точек подключения «с» прямолинейные отрезки ПЕН 4 длиной ℓ₁ ориентированы как продолжение нижних кромок РП 1 до высоты H РП 1. Затем части ПЕН 4 длиной ℓ₂ изогнуты параллельно ГШ 2 и расположены в плоскости РП2. Концы ПЕН 4, примыкающие к вершине РП 2, расположены на удалении Δ друг от друга.

На фиг.2 ПЕН 4, также как и в варианте на фиг.1, подключены к тупым вершинам и их отрезки длиной ℓ₁ ориентированы как продолжение нижних кромок РП 1 до высоты Н РП 1. Затем каждый из ПЕН 4 последовательно изогнут в плоскости РП 1 с интервалом d. При этом верхние изгибы выполнены на уровне высоты РП 1, а нижние изгибы на уровне t от соответствующей верхней кромки РП 1.

Заявленный широкополосный УКВ вибратор работает следующим образом.

При выбранной форме ПЕН 4 и РП 1 обеспечивается сохранение треугольной самодополнительной структуры вибратора. При возбуждении вибратора ток проводимости I_пр (от точки «а») протекает по кромкам РП 1 и по ПЕН 4, а затем, переходя в ток смещения I_см, и вновь в ток проводимости через ПП 2, замыкается на точку «б».

При этом значительно увеличивается путь прохождения тока проводимости по ПЕН 4. Однако общая высота вибратора Р остается неизменной. ПЕН 4 в данном случае, выполняет роль «удлинения» вибратора. Причем, чем длиннее ПЕН 4 (в данном примере длиннее на фиг.2), тем больше эффект «удлинения» и, следовательно, без увеличения физической высоты H диапазон рабочих частот будет смещаться в область более низких частот.

В ходе исследования опытного образцы были установлены следующие соотношения размеров вибратора: H≥0,12λ_max; α=60°-80°; Δ=(0,03÷0,04)H; d=(0,04÷0,06)H; t=(0,8÷1,0)d.

Результаты измерений качества согласования (коэффициента бегущей волны - КБВ), приведены на фиг.3.

Измерения проведены при следующих условиях H=150 мм; α=70°; Δ=4,5 мм; d=7,5 мм; диаметр ПЕН 4 p=2 мм; t=6 мм. Волновое сопротивление фидера ρ=75 Ом. Проводники емкостной нагрузки 4 имели диаметр 2 мм.

При измерениях вибратор-прототип был выполнен из сплошной треугольной металлической пластины высотой Н=150 мм и углом при вершине α=70°.

Результаты измерений, приведенные на фиг.3, дают основания для следующих выводов.

При равенстве высот Н заявленный вибратор (в варианте на фиг.1) уровень КБВ=0,4 обеспечивает при H/λ_max=0,195; (в варианте на фиг.2) при H/λ_max=0,18. Вибратор-прототип при H/λ_max=0,22. При одинаковых требованиях по согласованию (КБВ≥0,4) это указывает на снижение высоты Н заявленного вибратора на 22% (фиг.2) и на 12% (фиг.1).

Полученные результаты подтверждают возможность снижения высоты широкодиапазонного вибратора при сохранении качества согласования, т.е. достижения указанного технического результата.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в качестве приемо-передающей антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями. Техническим результатом при использовании ультракоротковолнового вибратора является уменьшение его высоты без снижения качества согласования. Ультракоротковолновый вибратор состоит из вертикальной установленной над проводящей поверхностью (ПП) (2) металлической пластины (МП) (1) в форме ромба, высотой Н, выбранной из условия Н≥0,18λ_max, где λ_max - наибольшая длина волны рабочего диапазона волн, и углом α=60°÷80° при его острых вершинах. Одна из острых вершин подключена к центральному проводнику коаксиального фидера (3), экранная оболочка которого подключена к ПП (2). К тупым углам МП (1) подключены проводники (4) емкостной нагрузки (ПЕН), которые изогнуты и расположены в плоскости МП 1. Внешние концы ПЕН 4 примыкают к вершине МП 1. 3 ил.

Широкополосный ультракоротковолновый вибратор, содержащий металлическую пластину высотой Н, установленную вертикально над проводящей поверхностью и коаксиальный фидер, подключенный центральным проводником к металлической пластине, а внешней оболочкой к проводящей поверхности, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена в виде ромба с углом α=60°-80° при острых вершинах, а к вершинам тупых углов металлической пластины подключена емкостная нагрузка в виде изогнутых проводников, расположенных в плоскости металлической пластины, причем внешние концы изогнутых проводников примыкают к острой вершине металлической пластины, вторая острая вершина которой подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, причем высота Н металлической пластины выбрана из условия H≥0,18λ_max, где λ_max - наибольшая длина волны рабочего диапазона волн.