СВЕРХШИРОКОПОЛОСНАЯ СИММЕТРИЧНАЯ ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА С Т-ОБРАЗНЫМИ ПЛЕЧАМИ, КОНСТРУКТИВНО ВЫПОЛНЕННАЯ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ КАРКАСЕ Российский патент 2017 года по МПК H01Q19/00 

В настоящее время одним из основных требований, предъявляемых к антеннам KB диапазона, является необходимость работы в очень широкой полосе частот со стабильными радиотехническими характеристиками.

Достаточно часто эти антенны выполнены в виде симметричных или несимметричных логопериодических вибраторных антенн (ЛПВА). Полоса рабочих частот таких антенн зависит от количества используемых в них вибраторов, определяемого по формуле

где - коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот;

τ - коэффициент частотной периодичности ЛПВА.

Конструктивно такие антенны выполняются, как правило, по леерной схеме, в которой концы всех проволочных вибраторов крепятся к одному лееру или нескольким леерам, подвешенным на двух или более опорах. Для требуемого натяжения антенного полотна применяется система из элементов натяжения и контргрузов. Для подвески лееров с вибраторами используются опоры-мачты с оттяжками.

Для запитки антенны используется симметрирующе-согласующее устройство, установленное перед началом антенны (со стороны малых вибраторов). При этом ВЧ кабель, идущий от передатчика ко входу антенны, оказывается в ее зоне излучения и в результате может влиять на ее ДН.

Из-за наличия оттяжек площадь, занимаемая антенной, оказывается достаточно большой и перед установкой антенны ее необходимо выровнять, а под опоры-мачты сделать фундамент. При этом, в случае антенны вертикальной поляризации, высота концевой опоры должна быть на ~10 м больше высоты (длины) последнего самого большого вибратора.

Стоимость таких антенн сильно зависит от их габаритов и, в первую очередь, - от высоты (особенно в KB диапазоне и при вертикальной поляризации). Для уменьшения габаритов симметричных ЛПВА вертикальной поляризации применяются укороченные Т-образные вибраторы. [Николаев В.А. Антенны и антенные системы для загоризонтных РЛС. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH&Co. KG, Germany. 2012].

Для устранения большей части недостатков леерной конструкции предлагается крепить антенное полотно к опорному сооружению в виде каркаса, представляющего собой жесткую объемную конструкцию (в виде пирамиды), выполненную из композитных диэлектрических материалов (например, из стеклопластиковых труб). Общий вид одного из возможных вариантов конструкции предлагаемой каркасной сверхширокополосной антенны показан на рисунке 1. При этом в зависимости от требований, предъявляемых к антенне, ось пирамиды может иметь наклон к поверхности земли.

Благодаря применению жесткого каркаса появляется возможность выполнить двухпроводный распределительный фидер антенны, служащий для запитки проволочных вибраторов, из труб. Внутри одной из труб помещен проводник, который образует в этой трубе коаксиальный фидер. С одной стороны (в начале антенны, где расположены малые вибраторы) этот проводник соединяется со второй трубой распределительного фидера, а с ее другой стороны (за большими вибраторами) установлен коаксиальный разъем, к которому подключается 75-омный запитывающий фидер. В результате точка запитки вынесена в конец антенны. При этом исключается необходимость в сверхширокополосном симметрирующе-согласующем устройстве, устанавливаемом в начале антенны (перед малыми вибраторами). Это позволяет исключить влияние ВЧ кабеля, запитывающего антенну, на ее внешние характеристики.

В качестве прототипа предлагаемой антенны можно использовать патент [патент №95390, заявка №2009131153 от 17.08.2009 г. "Сверхширокополосная логопериодическая антенна поверхностной волны." Николаев В.А.], в котором описана логопериодическая антенна с Т-образными вибраторами леерной конструкции. Как и любая другая леерная конструкция, она очень чувствительна к весу антенных элементов. По этой причине нельзя в ней выполнить распределительный фидер из труб и вынести точку запитки в конец антенны с тем, чтобы ВЧ кабель не влиял на ее внешние характеристики. Кроме того, она требует установки в начале антенны сверхширокополосного симметрирующе-согласующего устройства и опор для подвески лееров.

Достоинства предлагаемой (на жестком каркасе) ЛПВА с Т-образными вибраторами:

- отсутствие симметрирующе-согласующего устройства;

- высокая механическая прочность (в том числе жесткое крепление вибраторов и трубчатого распределительного фидера);

- коррозионная стойкость в условиях морского соляного тумана (в случае установки антенны у моря для возбуждения земной волны);

- отсутствие необходимости в оттяжках и дополнительных натяжных приспособлениях для лееров;

- отсутствие необходимости в фундаментах для леерных опор;

- для размещения не требуется специальная подготовка строительной площадки;

- меньше занимаемая площадь (в ~10 раз) и высота (на ~10 м - для KB диапазона);

- возможность размещения на любых типах почв, на крутом берегу и в зоне прилива (в случае антенн земной волны, располагаемых на берегу моря);

- возможность изменения конфигурации антенно-фидерного устройства (высота расположения) без значительной переработки конструкторской документации.

На рисунке 2 приведен один из возможных вариантов конструктивного исполнения аналогичной антенны.

Высоконадежная компактная и малогабаритная сверхширокополосная симметричная антенна KB диапазона вертикальной поляризации с проволочными вибраторами Т-образной формы, закрепленными на жестком диэлектрическом каркасе из композитных материалов, запитываемая от коаксиального фидера и не требующая симметрирующе-согласующего устройства. 2 ил.

Компактная малогабаритная сверхширокополосная антенна, выполненная в виде логопериодической структуры с симметричными проволочными вибраторами, плечи которых имеют Т-образную форму и закреплены на жесткой объемной конструкции - каркасе в виде пирамиды из композитного диэлектрического материала, имеющая коаксиальный вход, расположенный в конце антенны за большими вибраторами, отличающаяся тем, что не требует симметрирующе-согласующего устройства, а для подключения к антенне питающего коаксиального фидера используется соответствующий коаксиальный разъем, расположенный в конце антенны за большими вибраторами, благодаря чему исключается влияние коаксиального кабеля, запитывающего антенну, на ее внешние характеристики, а благодаря применению жесткого диэлектрического каркаса удается существенно уменьшить высоту антенны и занимаемую антенной площадь.