Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике и, в частности, ненаправленная широкополосная антенна (ШПА) предназначена для использования в качестве приемной и/или передающей ультракоротковолновой (УКВ) антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями.
Известна УКВ ШПА по патенту РФ №2084993, опубл. 20.07.1997 г. Антенна-аналог состоит из металлического конуса, установленного вертикально над противовесом в виде металлического диска и обращенного к нему вершиной, емкостных выступов, штырей, коаксиального фидера, подключенного центральным проводником к вершине конуса, а экранной оболочкой к противовесу. Кроме того, антенна снабжена шунтирующими штырями.
Недостатком аналога является относительно узкий диапазон рабочих частот и отсутствие излучения вдоль оси антенны.
Известна также ненаправленная ШПА по патенту Франции №2446090, опубл. 25.04.1975 г. Аналог состоит из биконического вибратора. К основанию каждого из конусов подключены логоспиральные проводники. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к вершине одного из конусов, а экранной оболочкой к вершине другого конуса. Недостатком данного аналога является относительно узкий диапазон рабочих частот.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по своей технической сущности к заявленной антенне является известная ШПА по патенту РФ №22007673, опубл. 27.06.2003 г. Антенна-прототип состоит из полого металлического конуса (ПМК) и расположенного над его вершиной параллельно плоскости основания проводника в форме однозаходной плоской спирали и коаксиального фидера, подключенного к ПМК.
Недостатком прототипа является относительно узкий диапазон рабочих частот, ограниченный в области низкочастотной части недопустимым ухудшением качества согласования (коэффициента бегущей волны - КБВ).
Целью изобретения является разработка ненаправленной в азимутальной плоскости широкополосной антенны, обеспечивающей расширение ее диапазона рабочих частот в область более низких частот без ухудшения качества согласования.
Поставленная цель достигается тем, что в известной ненаправленной ШПА, содержащей ПМК высотой Hк с углом при вершине α, спиральный проводник и коаксиальный фидер, подключенный к ПМК, ПМК установлен вертикально над проводящей поверхностью и обращен к ней вершиной. Спиральный проводник выполнен в форме конической спирали (КС) высотой Hc и с углом β при вершине. КС установлена в полости ПМК соосно с ним. Вершина КС подключена к внутренней поверхности ПМК у его вершины. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к вершине ПМК, а экранной оболочкой к проводящей поверхности.
Высота Hк ПМК выбрана из условия Hк≥0,16λmax, где λmax - наибольшая длина волны рабочего диапазона волн антенны. Высоты Hк и Hc равны, т.е. Hк=Hc. Углы при вершинах ПМК и КС выбраны в интервалах α=60°-90°; β=30°-40°.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленной антенне за счет внутренней поверхности ПМК и провода КС увеличивается путь протекания тока проводимости Inp, что эквивалентно использованию дополнительных проводов емкостной нагрузки, которые не нарушают общего профиля ПМК, и, в то же время обеспечивают его «удлинение», что указывает на возможность расширения диапазона рабочего диапазона антенны в область низких частот.
Заявленная антенна поясняется чертежами, на которых показаны:
на фиг.1 - общий вид антенны;
на фиг.2 - рисунок, поясняющий протекание высокочастотного тока в элементах антенны;
на фиг.3 - результаты измерений качества согласования - КБВ;
на фиг.4 - результаты измерений диаграмм направленности (ДН).
Заявленная ненаправленная ШПА, показанная на фиг.1, состоит из ПМК 1 высотой Hк и с углом при вершине α. ПМК 1 установлен вертикально над проводящей поверхностью 4 и обращен к ней вершиной, проводника в форме КС 2 с углом при вершине β и коаксиального фидера 3, подключенного центральным проводником к вершине ПМК 1 (точка «а»), а экранной оболочкой к проводящей поверхности 4 (точки «б»). Для предотвращения влияния гидрометеоров ШПА может быть помещена в радиопрозрачный обтекатель 5. КС 2 установлена в полость ПМК 1 соосно с ним и подключена вершиной к внутренней поверхности ПМК 1 у его вершины.
Высоту ПМК 1 выбирают с учетом требований по качеству согласования на наибольшей рабочей длине волны - λmax. К данному классу антенн предъявляются требования по коэффициенту бегущей волны (КБВ) не ниже 0,4, т.е. КБВ≥0,4. Диаметр провода КС 2 выбирают из конструктивных соображений в пределах 2-5 мм.
Заявленная ШПА работает следующим образом. При подаче по фидеру 3 возбуждающей ЭДС к точкам «а» и «б» высокочастотный (в.ч.) ток проводимости Inp протекает (см. фиг.2) от точки «а» по внешней поверхности ПМК 1, затем по его внутренней поверхности и далее по проводу КС 2 до его конца (точка «с» на фиг.1), а затем переходит в ток смещения Icм и далее в ток проводимости Iпр по проводящей поверхности 4, который замыкается на точки «б».
Таким образом, благодаря выбранной конструктивной схеме существенно увеличивается путь тока Inp, что эквивалентно включению в ШПА дополнительной емкостной нагрузки без изменения внешней конфигурации ПМК 1. В свою очередь это указывает на возможность «смещения» частотного диапазона антенны в область низких частот или, при равенстве низкочастотной границы диапазона, к снижению ее физических размеров (высоты) Hк.
Соотношения элементов конструкции ШПА, при которых достигается сформулированный технический результат, были определены экспериментально и составили: Hс=Hк; Hк≥0,16λmax; α=60°-90°; β=20°-40°; соотношение диаметра раскрыва Dк ПМК 1 и диаметра Dc наибольшего витка КС 2 выбрано в интервале Dc=(0,5-0,6)Dк.
Число витков и шаг КС 2 выбирают, исходя из конструктивных соображений и из условия, что общая длина провода КС 2 составляет (1,5-2,0)Hк.
Оптимальными конструктивными параметрами заявленной ШПА являются средние значения указанных выше интервалов этих параметров.
Экспериментальная проверка возможности достижения указанного технического результата была выполнена путем сравнительных измерений качества согласования КБВ и ДН заявленной ШПА при следующих условиях:
Для заявленной ШПА: λmax=1 м, волновое сопротивление фидера ρф=50 Ом; Hc=Hк=160 мм; α=70°; β=25°; диаметр проводника КС 2 выбран равным 2 мм.
Для прототипа:
λmax=1 м; ρф=50 Ом; Hк=160 мм; α=70°.
Результаты измерений, приведенные на фиг.3 (КБВ) и фиг.4 (ДН), дают основание для следующих выводов.
При равных физических высотах заявленной ШПА и прототипа у заявленной антенны уровень КБВ≥0,4 обеспечивается, начиная с электрического размера Hк/λ=0,16, у прототипа с Hк/λ=0,25. Т.е. при равных требованиях по КБВ заявленная антенна обладает на 17% меньшими электрическими размерами, чем у прототипа.
Это указывает на расширение рабочего диапазона в сторону низких частот. Приведенные на фиг.4 результаты измерений ДН ШПА подтверждают возможность неискаженного формирования диаграммы, аналогичной, как и для несимметричного конического вибратора.
Полученные результаты измерений подтверждают возможность достижения указанного технического результата при использовании заявленной антенны.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА УЛЬТРАКОРОТКОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА | 2017 |
|
RU2646534C1 |
КОНИЧЕСКАЯ УЛЬТРАКОРОТКОВОЛНОВАЯ АНТЕННА | 2013 |
|
RU2535177C1 |
ДИАПАЗОННЫЙ УЛЬТРАКОРОТКОВОЛНОВЫЙ ВИБРАТОР | 2013 |
|
RU2538909C1 |
УЛЬТРАКОРОТКОВОЛНОВЫЙ ВИБРАТОР ДЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ | 2009 |
|
RU2400878C1 |
КОНИЧЕСКИЙ НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР | 2010 |
|
RU2448395C1 |
ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УЛЬТРАКОРОТКОВОЛНОВЫЙ ВИБРАТОР | 2009 |
|
RU2410805C1 |
Составной конический несимметричный вибратор | 2014 |
|
RU2634085C2 |
ДИАПАЗОННЫЙ СИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР | 2009 |
|
RU2407117C1 |
КОМПАКТНЫЙ ШИРОКОДИАПАЗОННЫЙ КОНИЧЕСКИЙ НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР | 2013 |
|
RU2533867C1 |
АЭРОСТАТНАЯ УЛЬТРАКОРОТКОВОЛНОВАЯ АНТЕННА | 2006 |
|
RU2321110C1 |
Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с широкополосными радиостанциями. Технический результат - расширение рабочего диапазона путем обеспечения функционирования антенны в диапазоне низких частот. Ненаправленная широкополосная антенна (ШПА) состоит из полого металлического конуса (ПМК) 1 высотой Hк и с углом α при вершине, конической спирали (КС) 2 с углом при вершине β и высотой Hc=Hк. ПМК 1 установлен вертикально над проводящей поверхностью 4 и обращен к ней вершиной. КС 2 установлена в полости ПМК 1 соосно с ним и подключена вершиной к внутренней полости ПМК 1 у его вершины. Коаксиальный фидер 3 подключен центральным проводником к вершине ПМК 1, а экранной оболочкой к проводящей поверхности 4. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Ненаправленная широкополосная антенна, содержащая полый металлический конус (ПМК) высотой Hк и с углом при вершине α, спиральный проводник и коаксиальный фидер, подключенный к ПМК, отличающаяся тем, что ПМК установлен вертикально над проводящей поверхностью и обращен к ней вершиной, спиральный проводник выполнен в форме конической спирали высотой Hc с углом β при вершине и установлен в полости ПМК соосно с ним, вершина конической спирали подключена к внутренней поверхности ПМК у его вершины, а коаксиальный фидер подключен центральным проводником к вершине ПМК, а экранной оболочкой к проводящей поверхности.
2. Ненаправленная широкополосная антенна по п.1, отличающаяся тем, что высота Hк ПМК выбрана из условия Hк≥0,6λmax, где λmax - максимальная длина волны рабочего диапазона волн антенны.
3. Ненаправленная широкополосная антенна по п.1, отличающаяся тем, что углы α и β выбраны в интервалах α=60°-90°; β=30°-40°.
СЛАБОНАПРАВЛЕННАЯ ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА | 2001 |
|
RU2207673C2 |
Способ получения низкокислотной или нейтральной лигнинной муки | 1949 |
|
SU93182A1 |
ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА | 1993 |
|
RU2084993C1 |
ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА ДЛЯ СТАЦИОНАРНЫХ И ПОДВИЖНЫХ СРЕДСТВ СВЯЗИ | 2007 |
|
RU2356138C2 |
КОНИЧЕСКИЙ НЕСИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР | 2010 |
|
RU2448395C1 |
US 4907011 A1, 06.03.1990 | |||
Перекатываемый затвор для водоемов | 1922 |
|
SU2001A1 |
Авторы
Даты
2014-12-10—Публикация
2013-07-05—Подача