ДВУХДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА Советский патент 1999 года по МПК H01Q9/34 

Изобретение относится к антенной технике. Двухдиапазонная антенна может использоваться в качестве приемопередающей антенны полевых КВ-радиостанций малой и средней мощности, а также в качестве УКВ-облучателя рефлекторных антенн, работающих в двух диапазонах.

Известна антенна, содержащая два симметричных проволочных плеча [I]. Антенна без каких-либо дополнительных коммутаций автоматически переходит в работе из одного поддиапазона в другой, что существенно повышает ее мобильность. Это достигается последовательным включением в каждое проволочное плечо заградительных фильтров, причем резонансная частота фильтра выбирается такой, что при работе в высокочастотном поддиапазоне его сопротивление становится большим и "отсекает" отрезок провода. При этом происходит автоматическое "укорачивание" плеч антенны. При работе в низкочастотном поддиапазоне сопротивление фильтра мало и индуктивность контура выполняет функцию удлинительной катушки. Происходит автоматическое "удлинение" плеча как за счет катушки, так и за счет последовательно подключенного периферийного отрезка провода.

Недостатком известной антенны является то, что наличие в цепи высокочастотных токов индуктивного элемента снижает коэффициент полезного действия антенны за счет потерь в этих индуктивных элементах.

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия.

Для этого в предлагаемой двухдиапазонной антенне, содержащей два симметричных проволочных плеча, в каждое из проволочных плеч симметрично относительно его продольной оси включены дополнительные отрезки проводников, при этом длина проволочных плеч от внешнего конца до точки включения дополнительных отрезков проводников составляет 0,5n•λ_cp, длина участка проволочного плеча от оси симметрии двухдиапазонной антенны до точки включения дополнительных отрезков проводников составляет 0,25λ_cp, а длина каждого из дополнительных отрезков проводников составляет 0,5λ_cp, где λ_cp- средняя длина волны высокочастотного поддиапазона; n = 1, 2, 3...

Каждое проволочное плечо может быть выполнено в виде двух расходящихся от центра антенны проводников, а дополнительные отрезки проводников подключены к каждому из проводников проволочных плеч, параллельно продольной оси двухдиапазонной антенны.

На фиг. 1 изображена антенна, общий вид; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие принцип работы антенны; на фиг. 3 - вариант выполнения двухдиапазонной антенны; на фиг. 4 и 5 показаны варианты конструктивного исполнения предложенной антенны при развертывании ее на двух и одной мачте для работы с полевой КВ-радиостанцией средней мощности.

Двухдиапазонная антенна содержит два симметричных проволочных плеча 1, в каждом из которых симметрично относительно его продольной оси включены дополнительные отрезки проводников 2. Длина проволочных плеч 1 от внешнего конца до точки включения дополнительных отрезков проводников 2l₁= 0,5n•λ_cp, длина проволочного плеча 1 от оси симметрии двухдиапазонной антенны до точки включения дополнительных отрезков проводников l₂= 0,25λ_cp, а длина каждого из дополнительных отрезков проводников l₃= 0,5λ_cp.
Двухдиапазонная антенна работает следующим образом. Известно, что распределение амплитуд тока вдоль тонкого проволочного плеча антенны в нулевом приближении описывается гармонической формулой
I(x) = I_msin K (l - [x]), (I)
где I_m - амплитуда тока в пучности;
x - текущая координата вдоль оси проволочного плеча;
K = 2n/λ, λ - длина рабочей волны;
l - длина проволочного плеча.

В соответствии с формулой (I) эпюры тока вдоль проволочного плеча при работе в низкочастотном поддиапазоне имеют вид, показанный на фиг. 2,а. Из эпюр следует, что вдоль всей длины плеча отсутствуют противофазные участки тока и функция распределения тока слабо отличается от синусоидальной. Это объясняется тем, что в низкочастотном поддиапазоне дополнительные отрезки проводников 2 имеют малые электрические размеры l₃≪ λ. Таким образом, их включение практически не сказывается на функции распределения тока, а следовательно, не приводит к искажению диаграммы направленности и других электрических параметров двухдиапазонной антенны.

Так как токи в отрезках l₃, противолежащих от оси симметрии предложенной антенны, противофазны и равны по амплитудам, то их влияние на суммарное поле излучения взаимно компенсируется. В высокочастотном поддиапазоне в случае выполнения условий l₁= n•λ_cp/2; 2l₃= λ_cp/2 и l₂= λ_cp/4 распределение тока имеет вид, показанный на фиг. 2,б. Такое распределение тока объясняется следующим. Из граничных условий на конце проволочного плеча ток всегда должен быть равен нулю, т.е.
С другой стороны, в соответствии с формулой (I) в окрестности точки подключения отрезков проводников 2 "p" на отрезке l₁ амплитуда тока
На отрезках l₃ в окрестности точки "p"
Из приведенных соотношений следует, что при выполнении условий l₁= n•λ_cp/2, l₂= λ_cp/4 и l₃= λ_cp/4 амплитуды токов в окрестности точек "p" и "p' " равны

Далее в соответствии с законом Кирхгофа в точке "p" (например, в верхнем плече) должно выполняться условие

из которого следует, что одновременное удовлетворение условий возможно только при

т. е. при отсутствии тока по всей длине участка проводника l₁. Таким образом, происходит "отсечка" участков проводников l₁ в обоих плечах и эквивалентная схема предложенной антенны в высокочастотном поддиапазоне приобретает вид, показанный на фиг. 2,в, т.е. отрезки проводников 2 в этом случае выполняют функции оконечных удлинительных емкостных нагрузок.

Большей эффективностью двухдиапазонная антенна обладает, если ее проволочные плечи будут выполнены в виде двух расходящихся от центра антенны проводников (см. фиг. 3). В данном варианте дополнительные отрезки проводников размещаются параллельно продольной оси двухдиапазонной антенны. При этом в отличие от антенны, изображенной на фиг. 1, отрезки проводников 2 помимо функции "отсечки" части плеча в высокочастотном поддиапазоне участвуют в излучении, так как токи отрезков в каждом из плеч синфазны между собой. Это дополнительно повышает эффективность антенны. Кроме того, выполнение плеч из расходящихся проводников снижает эквивалентное волновое сопротивление предложенной антенны, следовательно, повышает диапазонность антенны по согласованию.

Плечи 1 антенны укреплены через изоляторы на мачте. Дополнительные проводники 2 укрепляются при помощи диэлектрических фалов 3. Например, антенна, показанная на фиг. 4, для работы в двух поддиапазонах 3 - 7 МГц и 20 - 30 МГц имеет следующие размеры: l₁ = 12 м, l₂ = 3 м, l₃ = 3 м, h = 15 м, выполнена из антенного канатика диаметром 4 мм.

Результаты экспериментальных исследований показали выигрыш по коэффициенту полезного действия предложенной антенны по сравнению с известной антенной в низкочастотной части рабочего поддиапазона при идентичности диаграмм направленности.

1. Двухдиапазонная антенна, содержащая два симметричных проволочных плеча, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия, в каждое из проволочных плеч, симметрично относительно его продольной оси, включены дополнительные отрезки проводников, при этом длина проволочных плеч от внешнего конца до точки включения дополнительных отрезков проводников составляет 0,5n•λ_cp, длина участка проволочного плеча от оси симметрии двухдиапазонной антенны до точки включения дополнительных отрезков проводников составляет 0,25λ_cp, а длина каждого из дополнительных отрезков проводников составляет 0,5λ_cp, где λ_cp - средняя длина волны высокочастотного поддиапазона; n = 1, 2, 3...

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что каждое проволочное плечо выполнено в виде двух расходящихся от центра антенны проводников, а дополнительные отрезки проводников подключены к каждому из проводников проволочных плеч параллельно продольной оси двухдиапазонной антенны.

1. Двухдиапазонная антенна, содержащая два симметричных проволочных плеча, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия, в каждое из проволочных плеч, симметрично относительно его продольной оси, включены дополнительные отрезки проводников, при этом длина проволочных плеч от внешнего конца до точки включения дополнительных отрезков проводников составляет 0,5n•λ_cp, длина участка проволочного плеча от оси симметрии двухдиапазонной антенны до точки включения дополнительных отрезков проводников составляет 0,25λ_cp, а длина каждого из дополнительных отрезков проводников составляет 0,5λ_cp, где λ_cp - средняя длина волны высокочастотного поддиапазона; n = 1, 2, 3... 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что каждое проволочное плечо выполнено в виде двух расходящихся от центра антенны проводников, а дополнительные отрезки проводников подключены к каждому из проводников проволочных плеч параллельно продольной оси двухдиапазонной антенны.