Симметрирующее устройство для полуволнового вибратора Российский патент 2020 года по МПК H01P5/10 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для согласования электрически несимметричного коаксиального фидера с симметричным полуволновым вибратором в системах передачи/приема сигналов радиосвязи, в т.ч. сотовой и транкинговой связи, системах радиоподавления и др.

При возбуждении полуволнового вибратора при помощи симметричной двухпроводной линии из-за большой разницы между входным сопротивлением вибратора и волновым сопротивлением линии устанавливается режим с высоким коэффициентом стоячей волны (КСВ), который может достигать значений порядка 5-7.

Поэтому полуволновые вибраторы обычно возбуждаются посредством коаксиального фидера, который является несимметричной линией относительно точки с нулевым потенциалом. Поскольку токи на внутреннем и на внешнем проводнике (оплетке) коаксиального фидера имеют одинаковое направление, необходимо использовать симметрирующие устройства, которые позволяют запитать симметричную нагрузку посредством несимметричной линии.

Наиболее распространенным и близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является симметрирующее устройство типа U-колено [1, 2].

Данное симметрирующее устройство состоит из двух плеч, представляющих собой отрезки коаксиальных кабелей: один - длиной λ/4, другой - 3λ/4, где λ - длина волны. Внутренние проводники коаксиальных кабелей соединены друг с другом и внутренним проводником коаксиального фидера. Внешний проводник фидера соединен с внешними проводниками отрезков коаксиальных кабелей. С противоположной стороны этих отрезков коаксиальных кабелей, т.е. со стороны свободных концов, внутренние проводники соединены с плечами полуволнового вибратора, а внешние проводники соединены друг с другом перемычкой.

Данному симметрирующему устройству присущи следующие недостатки:

- его габариты весьма значительны - длина U-колена, образованного двумя отрезками коаксиальных кабелей, соизмерима с длиной волны в нем и в ультракоротковолновом диапазоне может достигать десятка метров, в дециметровом диапазоне - метра, т.е. симметрирующее устройство такого типа не отвечает требованию компактности;

- при вертикальном расположении антенны, когда используется вертикальная поляризация радиоволны, U-колено из отрезков коаксиальных кабелей, располагаясь вдоль одного из плеч полуволнового вибратора, будет вносить искажения в диаграмму направленности антенны.

Целью изобретения является создание компактного симметрирующего устройства для полуволнового вибратора, формирующего без искажений круговую диаграмму направленности в плоскости, ортогональной оси вибратора.

Поставленная цель достигается тем, что симметрирующее устройство для полуволнового вибратора выполнено из двух отрезков коаксиальных кабелей длиной λ/4 и 3λ/4, имеющих внешний проводник из медной цельнотянутой трубки, спирально намотанных на трубе из диэлектрического материала между плечами полуволнового вибратора и размещенных совместно с ним на этой трубе; внутренние проводники отрезков коаксиальных кабелей соединены с плечами полуволнового вибратора; внешние проводники с этих концов отрезков коаксиальных кабелей соединены между собой перемычкой; с другой стороны внутренние проводники отрезков коаксиальных кабелей соединены между собой и с внутренним проводником коаксиального фидера, проходящего через внутреннюю полость трубы и отверстие в стенке трубы, а внешние проводники отрезков коаксиальных кабелей соединены между собой и с внешним проводником коаксиального фидера.

Сущность изобретения поясняется рисунком. На Фиг. 1 приведен внешний вид симметрирующего устройства для полуволнового вибратора.

Симметрирующее устройство для полуволнового вибратора состоит из: отрезка коаксиального кабеля 1 длиной λ/4, имеющего внутренний проводник 3, изоляцию 4, внешний проводник 5, который представляет собой медную цельнотянутую трубку; отрезка коаксиального кабеля 2 длиной 3λ/4, имеющего внутренний проводник 6, изоляцию 7, внешний проводник 8, который представляет собой медную цельнотянутую трубку. Отрезок коаксиального кабеля 1 и отрезок коаксиального кабеля 2 намотаны на трубу 9 из диэлектрического материала, имеющую в стенке отверстие 10. На трубу 9 одеты плечо 15 и плечо 16 полуволнового вибратора.

Конец внутреннего проводника 3 отрезка коаксиального кабеля 1 соединен с плечом 15 полуволнового вибратора; конец внутреннего проводника 6 отрезка коаксиального кабеля 2 соединен с плечом 16 полуволнового вибратора; внешние проводники 5 и 8 отрезков коаксиальных кабелей 1 и 2 соединены между собой перемычкой 17.

Противоположные концы внутренних проводников 3 и 6 отрезков коаксиальных кабелей 1 и 2 соединены между собой и с внутренним проводником 12 коаксиального фидера 11, проходящего через внутреннюю полость трубы 9 и отверстие 10.

С этой же стороны внешние проводники 5 и 8 отрезков коаксиальных кабелей 1 и 2 соединены между собой и с внешним проводником 14 коаксиального фидера 11.

Симметрирующее устройство работает следующим образом. Коаксиальный фидер 11 является несимметричной линией. Токи на внутреннем проводнике 12 и внешнем проводнике 14, которые разделены изолятором 13, имеют одинаковое направление.

Ветвь: внутренний проводник 12 коаксиального фидера 11 - внутренний проводник 6 отрезка коаксиального кабеля 2 - плечо 16 полуволнового вибратора, длиннее ветви: внутренний проводник 12 коаксиального фидера 11 - внутренний проводник 3 отрезка коаксиального кабеля 1 - плечо 15 полуволнового вибратора, на λ/2. За счет этого обеспечивается возбуждение плеч полуволнового вибратора токами, одинаковыми по величине и противоположными по фазе.

Таким образом, симметрирующее устройство позволяет запитать симметричную нагрузку, которой является полуволновый вибратор, посредством несимметричной коаксиальной фидерной линии.

К достоинствам предлагаемого симметрирующего устройства для полуволнового вибратора относятся:

- малые габариты и жесткость конструкции, обусловленные малым радиусом изгиба коаксиального кабеля с внешним проводником в виде медной цельнотянутой трубки и обеспечивающие возможность использования данного устройства в системах с линейной поляризацией волны произвольной ориентации, в том числе наклонной, вертикальной, горизонтальной;

- обеспечение формирования круговой диаграммы направленности антенны в плоскости ортогональной оси вибратора без внесения в нее искажений;

- возможность защиты антенны от неблагоприятных механических (песок, пыль и т.п.) и климатических (дождь, снег, роса, морская соль и т.п.) воздействий за счет компактности конструкции симметрирующего устройства и возможности его размещения совместно с полуволновым вибратором в герметичном кожухе.

В качестве коаксиальных кабелей с внешним проводником из медной цельнотянутой трубки для изготовления симметрирующего устройства могут быть использованы выпускаемые отечественной промышленностью кабели типов РК 50-2-25, РК 50-1,5-22, РК 50-3-29 и т.п., а также их зарубежные аналоги.

Источники информации.

1. Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. Ч.2. Антенны. - М.: Радио и связь, 1983. - 296 с. (с. 71).

2. Гошин Г.Г. Устройства СВЧ и антенны. Часть 2, Антенны. - г. Томск, 2003 г., 130 с. (с. 63).

Использование: для согласования электрически несимметричного коаксиального фидера с симметричным полуволновым вибратором в системах передачи/приема сигналов радиосвязи. Сущность изобретения заключается в том, что симметрирующее устройство для полуволнового вибратора выполнено из двух отрезков коаксиальных кабелей длиной λ/4 и 3λ/4 с внешними проводниками из медной цельнотянутой трубки, которые спирально намотаны на трубе из диэлектрического материала между плечами полуволнового вибратора и размещены совместно с ним на этой трубе, имеющей отверстие, через которое подведен коаксиальный фидер, соединенный с отрезками коаксиальных кабелей длиной λ/4 и 3λ/4. Технический результат: обеспечение возможности компактного симметрирующего устройства для полуволнового вибратора, формирующего без искажений круговую диаграмму направленности в плоскости, ортогональной вибратору. 1 ил.

Симметрирующее устройство для полуволнового вибратора, состоящее из двух плеч, представляющих собой отрезки коаксиальных кабелей длиной λ/4 и 3λ/4, где λ - длина волны, внутренние проводники которых соединены друг с другом и внутренним проводником коаксиального фидера, внешний проводник фидера соединен с внешними проводниками отрезков коаксиальных кабелей, с противоположной стороны этих отрезков коаксиальных кабелей, то есть со стороны свободных концов, внутренние проводники соединены с плечами полуволнового вибратора, а внешние проводники друг с другом перемычкой, отличающееся тем, что два отрезка коаксиальных кабелей длиной λ/4 и 3λ/4 с внешними проводниками из медной цельнотянутой трубки спирально намотаны на трубе из диэлектрического материала между плечами полуволнового вибратора и размещены совместно с ним на этой трубе, имеющей отверстие, через которое подведен коаксиальный фидер, соединенный с отрезками коаксиальных кабелей длиной λ/4 и 3λ/4.