ТУРНИКЕТНАЯ ВИБРАТОРНАЯ ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ АНТЕННА ПОПЕРЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H01Q11/00 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании передающих и приемных антенн радиосвязи, радиовещания, телевидения, систем охранной сигнализации, телеметрии, радиолокации.

Прототипом предлагаемой антенны является турникетная логопериодическая антенна поперечного излучения, предложенная В.Б.Белянским, А.И.Маненковым и К.Н.Худяковым (Вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения. Патент РФ №2383088), показанная на фиг.1, 2. Существенными элементами конструкции антенны-прототипа являются два полотна симметричных вибраторов и распределительный фидер, обеспечивающий поступление энергии к вибраторам (передающий режим работы антенны) или поступление энергии от вибраторов в питающий кабель (приемный режим работы антенны). Полотна вибраторов антенны-прототипа подключены к распределительному фидеру перпендикулярно друг другу, при этом вибраторы второго полотна подключены к распределительному фидеру между точками подключения вибраторов первого полотна, а размеры вибраторов одного из полотен отличаются на величину от размеров вибраторов другого. Расстояние между вибраторами в полотнах выбрано таким, чтобы в активной области антенны сдвиг фаз между соседними вибраторами одного полотна был 180° - это обеспечивает режим поперечного излучения, а между соседними вибраторами разных полотен был сдвиг фаз 90° - это приводит к образованию круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Рассматриваемая антенна имеет ряд недостатков. Во-первых, КСВ антенны в рабочем диапазоне находится в пределах 1,4-1,8. Однако в соответствии с существующими ГОСТ КСВ передающих телевизионных антенн в зависимости от длины фидера L должно находиться в пределах:

КСВ≤1,8 при L<30 м,

КСВ≤1,4 при L<50 м,

КСВ≤1,2 при L<80 м.

Во-вторых, антенна имеет относительно низкий коэффициент усиления (не более 6 дБ) - это ограничивает использование антенны в качестве приемной.

Задачей предлагаемого изобретения является создание такой антенны, которая может использоваться для наземного телевизионного вещания при возможности работы в широком диапазоне частот при низких значениях КСВ.

Техническим результатом изобретения является улучшение КСВ антенны до величин 1,2-1,3 в рабочем диапазоне частот, при увеличении коэффициента усиления до 9-10 дБ и сохранении широкополосности антенны.

Такой результат достигается в том случае, если использовать решетку из двух турникетных логопериодических антенн поперечного излучения. Обе антенны расположены в одной плоскости и ориентированы вершинами структур навстречу друг другу (фиг.3). Принципиальным требованием к этой антенной решетке является масштабный сдвиг одной из антенн на , где τ - геометрический коэффициент логопериодической антенны. Распределительный фидер такой решетки выполнен из перекрещенной четырехуголковой линии с возможностью регулирования его волнового сопротивления.

Перечень графического материала

Фиг.1 - Вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения.

Фиг.2 - Вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения (макет).

Фиг.3 - Предлагаемая решетка вибраторных логопериодических антенн поперечного излучения.

Фиг.4 - Поперечное сечение четырехуголкового перекрещенного фидера.

Фиг.5 - Схема крепления вибраторов и регулировочных винтов.

Так как все параметры логопериодической антенны обладают логарифмической периодичностью, нечетные гармонические составляющие 1-й и 2-й антенн в решетках будут противофазны, т.е. если одна антенна будет иметь зависимость коэффициента отражения по входу вида

,

то коэффициент отражения в точках аа антенной решетки (фиг.3) будет равен

P_p=P₀+P₂(lgω+φ₂)+P₄(lgω+φ₄)+…

Если Р₀≈0, a P₁=Р₂=Р₃=P₄ (практически худший случай сложения составляющих коэффициента отражения), то для антенны-аналога при Р_р=0,115 КСВ=1,58, а у предлагаемой решетки (при Р₀=P₁=Р₃=0) Р_р=0,09 и КСВ=1,19.

Из вышеизложенного следует, что для достижения низкого значения КСВ необходимо снижать не только нечетные гармоники коэффициента отражения, но и постоянную составляющую коэффициента отражения. Для реализации этого эффекта должна быть предусмотрена возможность регулировки волнового сопротивления распределительного фидера. На фиг.3 представлен эскиз предлагаемой антенны. На этом эскизе предлагаемый распределительный фидер 5 условно показан в виде двухпроводной линии. К нему крепятся и от него запитаны вибраторы первого верхнего полотна 1, второго верхнего полотна 2, вибраторы первого нижнего полотна 3 и вибраторы второго нижнего полотна 4. При практической реализации антенны распределительный фидер 5 выполняется в виде перекрещенной четырехуголковой линии. Такой фидер предложен В.Б.Белянским, А.Б.Прошиным и К.Н.Худяковым (Белянский В.Б., Прошин А.Б., Худяков К.Н. «Особенности электрических и конструктивных характеристик турникетных логопериодических антенн поперечного излучения» Труды МТУСИ, 2008, Т2. - с.35-38) и изображен на фиг.4, 5. Этот фидер состоит из четырех уголков с размером полки а, между которыми проложен упругий диэлектрик (каучук, пенополиуретан, пенополиэтилен и т.п.). Регулировка волнового сопротивления осуществляется затяжкой или ослаблением винтов, соединяющих уголки, т.е. изменением зазора b между уголками. Очевидно, что возможен случай, когда регулировка выполняется так, чтобы волновое сопротивление распределительного фидера менялось вдоль решетки по определенному закону.

В некоторых случаях, которые зависят от особенностей конструкции и точности сборки, на практике достаточно сложно получить КСВ<1,2. В этом случае величину КСВ можно уменьшить, используя любое типовое согласующее устройство или уменьшив волновое сопротивление вибраторов антенной системы. Указанное согласующее устройство можно выполнять регулируемым дистанционно или автоматическим, чтобы уменьшить время перехода с частоты на частоту.

Турникетная вибраторная логопериодическая антенна поперечного излучения относится к антенной технике и может быть использована при создании передающих и приемных антенн радиосвязи, радиовещания, телевидения, систем охранной сигнализации и телеметрии. Техническим результатом изобретения служит повышение степени согласования антенны поперечного излучения по входу. Антенна выполнена в виде решетки двух встречно включенных турникетных вибраторных логопериодических антенн поперечного излучения, объединенных общим распределительным фидером, при этом одна из антенн выполнена с масштабным сдвигом . Фидер выполнен в виде четырехуголковой перекрещенной линии с заполнением из упругого диэлектрика и стянут в перекрестном порядке винтами, затяжка или ослабление которых позволяет регулировать его сопротивление. Такое исполнение антенны позволяет снизить значение КСВ до величины 1,2. 5 ил.

Вибраторная турникетная логопериодическая антенна поперечного излучения, состоящая из двух полотен вибраторов, сдвинутых в пространстве и по фазе питания на 180°, отличающаяся тем, что антенна выполнена в виде антенной решетки из двух турникетных логопериодических антенн поперечного излучения, причем имеющих общий распределительный фидер, а одна из антенн выполнена с масштабным сдвигом , при этом сам распределительный фидер выполнен в виде четырехуголковой перекрещенной линии с заполнением из упругого диэлектрика, что позволяет регулировать величину сопротивления линии при помощи винтов, скрепляющих в перекрещенном порядке уголки линии между собой.