Широкодиапазонная вибраторная антенна Советский патент 1992 года по МПК H01Q9/26 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано, например, в качестве антенн метрового и дециметрового диапазонов для подвижных объектов.

Известны вибраторные антенны, содержащие несимметричный петлевой вибратор, выполненный в виде двух вертикальных проводников различной толщины, верхние концы которых соединены горизонтальным проводником, причем нижний конец первого вертикального проводника соединен с центральным проводником коаксиального фидера, а нижний конец второго вертикального проводника соединен с экраном (см.. например, Тарнецкий А.А., Осипов Д.Д. Антенны судовой радиосвязи.-Л.: Судпрогиз, 1960. - С. 38).

Такие антенны обладают малым диапазоном рабочих частот и.имеют большие габаритные размеры. Диаграмма направленности (ДН) таких антенн в азимутальной плоскости характеризуется высокой неравномерностью.

Наиболее близкой к предполагаемому изобретению по технической сущности является широкодиапазонная вибраторная антенна, содержащая два вертикальных параллельных проводника, причем нижний конец первого вертикального проводника соединен с проводящим экраном, два горизонтальных параллельных проводника, причем верхние концы вертикальных проводников соединены первым горизонтальным проводником, коаксиальный фидер, внешний проводник которого присоединен к экрану, при этом нижний конец второго вертикального проводника и центральный проводник коаксиального фидера соединены вторым горич

Ј

VJ

VI

СП

со

СЛ

зонтальным проводником (см., например, Комаров Б.Н. Широкодиапазонные УКВ антенны для подвижных объектов//Техн. средств связи. Сер. техн. радиосвязи. - 1989. - № 3. - с. 113-117, рис. 2).

Однако такая антенна обладает малым диапазоном рабочих частот. Так по данным (см. там же, стр. 117) такая антенна имеет большую величину КБВ ( 0,5) в диапазоне (0,2-0,42)1/Я . т.е. имеет малый диапазон рабочих частот. Кроме того, ДН такой антенны в азимутальной плоскости характеризуется большой наравномерностью. В частности в указанном сечении ДН имеются провалы в направлениях, перпендикулярных плоскости расположения вибратора.

Целью изобретения является уменьшение неравномерности диаграммы направленности ,в азимутальной плоскости и расширение диапазона рабочих частот.

Поставленная цель достигается тем, что в широкодиапазонную вибраторную антенну, содержащую два параллельных вертикальных проводника, установленных под проводящим экраном, первый горизонтальный проводник, соединяющий верхние концы вертикальных проводников, второй горизонтальный проводник, один конец которого присоединен ко второму вертикальному проводнику, коаксиальный фидер, внешний проводник которого присоединен к проводящему экрану, введен проводящий диск, присоединенный соосно к нижнему концу второго вертикального проводника, нижний конец первого вертикального проводника соединен с центральным проводником коаксиального фидера, другой конец второго горизонтального проводника присоединен к первому вертикальному проводнику, при этом длина L и диаметр dii первого вертикального проводника, расстояние d между первым и вторым вертикальными проводниками, поперечный размер S первого горизонтального проводника, диаметр b второго горизонтального проводника, диаметр Dg диска, высота h расположения над проводящим экраном второго горизонтального проводника, расстояние hi между нижним концом первого вертикального проводника и проводящим экраном, высота h2 установки проводящего диска над проводящим экраном, выбраны из соотношений

1 0,2А,-1е-(а76чаошУф)

d2 Le(221 f °-031w M. d L-e((t));

S b d2 Do-- 18d2;

h 0.83L; hi - 0.002Я ; ha 0,OU ; где А - максимальная длина волны рабочего диапазона.

Л/ф - волновое сопротивление коаксиального фидера.

Поставленная цель, а также дополнительное расширение рабочего диапазона

частот в область нижних частот достигается тем, что в широкодиапазонную вибраторную антенну, содержащую два параллельных вертикальных проводника, установленных над проводя щим экраном,

первый горизонтальный проводник, соединяющий верхние концы вертикальных проводников, второй горизонтальный проводник, один конец которого присоединен ко второму вертикальному проводнику,

коаксиальный фидер, внешний проводник которого присоединен к проводящему экрану, введен проводящий диск, присоединенный соосно к нижнему концу второго вертикального проводника, нижний конец

первого вертикального проводника соединен с центральным проводником коаксиального фидера, другой конец второго горизонтального проводника присоединен к первому вертикальному проводнику, ферритовый цилиндр, расположенный коэкси- ально на втором вертикальном проводнике между первым и вторым горизонтальными проводниками, при этом длина L и диаметр dt первого вертикального проводника, расстояние d между первым и вторым вертикальными проводниками, поперечный размер S первого горизонтального проводника, диаметр b второго горизонтального проводника, диаметр Од диска, высота

h расположения над проводящим экраном второго горизонтального проводника, расстояние hi между нижним концом первого вертикального проводника и проводящим экраном, высота ha установки проводящего

диска над проводящим экраном, внутренний йф1 и внешний дф2 диаметры феррито- вого цилиндра выбраны из соотношений: L - О 2А di - L e- OJ6+0-017W Wd2 - (2:21H,031W4). d Le-{1,e6-0.,). S - b - d2; Dg - f h - 0.83L; hi 0.002A

h2 0,OU ; бф1 - d2; йф2 1.1 tl2. По сравнению с известным, предложенное техническое решение проявляет новое

техническое свойстяо, заключающееся во введении емкостного элемента в виде диска, соединенного с нижним концом второго вертикального проводника, соединении нижнего конца первого вертикального проводника с центральным проводником коаксиального фидера, соединении второго горизонтального проводника с первым и вторым вертикальными проводниками, а также выборе размеров элементов: длина L

и диаметр di первого вертикального проводника, диаметр d2 второго вертикального проводника, расстояние d между первым и вторым вертикальными проводниками, поперечный размер S первого горизонтально- го проводника и диаметр b второго горизонтального проводника, диаметр Dg диска, высота h расположения над экраном второго горизонтального проводника, высота h2 расположения диска над экраном, рас- стояние hi между нижним концом первого вертикального проводника и экраном выбраны из соотношений

L - О 2Л ch L e(a7640 017w |))

d2 ,е-(2:21-ю.озшф). d , L е-(1,&н,).

S b d2; Dg I8d2: h 0.83L; h2 - O.OU

hi - 0,0021 ,

причем введение перечисленных элементов, а также их форма, соотношение раз-

меров и взаимное расположение позволяют уменьшить неравномерность ДН в азимутальной плоскости и расширить диапазон рабочих частот.

Предложенное техническое решение проявляет также новое свойство, заключающееся во введении кроме перечисленных .элементов, сЬерритового цилиндра, расположенное ;,оосно со вторым вертикальным проводником и между первым и вторым го- ризонтальными проводниками, причем внутренний 1ф и внешний о фа диаметры ферритового цилиндра выбраны из соотношений

dcj,i дф2 Lld2.

Эти свойства предложенной широкодиапазонной вибраторной антенны являются новыми, поскольку в прототипе, в силу присущих ему недостатков, заключающихся в наличии гальванического контакта между нижним концом второго вертикального проводника и экраном, а также малом расстоянии между вторым горизонтальным проводником и экраном, невозможно расширить диапазон рабочих частот и умень- шить неравномерность ДН в азимутальной плоскости.

На чертеже представлена структурная схема широкодиапазонной вибраторной антенны.

Шпрокодиапазонная вибраторная антенна содержит первый вертикальный проводник 1, второй вертикальный проводник 2, первый горизонтальный проводник 3, второй горизонтальный проводник 4, коак- спальный фидер 5, емкостной элемент 6 в виде диска, зкоан 7, ферритовыи цилиндр 8.

Первый вертикальный проводник 1 и второй вео гикал ьнь и проподник 2 параллельны друг другу. Верхние концы первого вертикального проводника 1 и второго вертикального проводника 2 соединены первым горизонтальным проводником 3. Второй горизонтальный проводник 4 соединен с первым 1 и вторым 2 вертикальными проводниками и расположен параллельно первому горизонтальному проводнику 3. Центральный проводник коаксиального фидера 5 соединен с нижним концом первого вертикального проводника 1. Емкостной элемент б в виде диска соединен с нижним концом второго вертикального проводника 2. Внешний проводник коаксиального фидера 5 соединен с экраном 7. Ферритовыи цилиндр 8 расположен соосно со вторым вертикальным проводником 2 и между первым 3 и вторым 4 горизонтальными проводниками.

Для волнового сопротивления Л/ф коаксиального фидера 5, равного 50 Ом, конструкция предлагаемой широкодиапазонной вибраторной антенны характеризуется следующими размерами и соотношениями между ними: длина L первого вертикального проводника 1 равна L 0,2 Я ;.диаметр di первого вертикального проводника 1 равен di 0,04 i ; диаметр d2 второго вертикального проводника 2 равен da 0,046/1 ; расстояние d между первым 1 и вторым 2 вертикальными проводниками равно d 0,1 ЗА ; поперечный размер S первого горизонтального проводника 3 разна S 0.0046Я ; диаметр b второго горизонтального проводника 4 равен В 0.046Я ; диаметр Dq диска емкостного элемента 6 равен Dg 0.083Я ; высота h расположения над экраном второго горизонтального проводника 4 равна h 0,18л ; высота ha расположения диска емкостного элемента б равна П2 0,01/1 ; расстояние hi между нижним концо первого вертикального проводника 1 и экраном 7 равно hi 0,002л ; внутренний диаметр йф1 ферритового цилиндра равен 0.0046Я ; внешний диаметр dф2 ферритового цилиндра равен 0ф2 0.0051Я , где Я - наибольшая длина рабочей волны.

Широкодиапазонная вибраторная антенна в режиме, например, излучения работает следующим образом ТЕМ-волна, распространяясь по коаксиальному фидеру 5, возбуждает высокочастотные колебания тока ка поверхности первого 1 и второго 2 вертикальных проводников и первэ.о 3 и второго 4 горизонтальных проводников, а также токи смещения между емкостным элементом 6 и экр&ном 7. При этом происходит излучение электромагнит),ой энергии. Диаграмма напоовлснност)/ излучения имеет минимум в направлении оси OZ, перпзндику- лярной экрану 7, а вектор Е содержит только одну составляющую по полярной координате © . Емкостной элемент 7 в виде диска представляет собой реактивную нагрузку емкостного характера, включенную параллельно со входом антенны. Введение емкостного элемента 7 позволяет уменьшить емкостную реактивную составляющую входного сопротивления антенны, и тем самым обеспечить расширение диапазона рабочих частот антенны. Второй горизонтальный проводник 4, участки первого 1 и второго 2 вертикальных проводников, расположенные ниже второго горизонтального проводника А, и присоединенный последовательно емкостной элемент 7 образуют шунт, включенный параллельно со входом антенны. Введение шунта, образованного перечисленными элементами антенны, обеспечивает, во- первых, компенсацию реактивной составляющей входного сопротивления антенны, что расширяет диапазон рабочих частот, во-вторых, такую суперпозицию излучения проводников антенны и шунта, благодаря которой существенно уменьшается неравномерность диаграммы направленности в азимутальной плоскости.

Дополнительное расширение диапазона рабочих частот в область нижних частот обеспечивается в широходиапазнной вибраторной антенне, в которую дополнительно введен ферритовый цилиндр 8, расположенный соосно с вторым вертикальным проводником и между первым 3 и вторым 4 горизонтальными проводниками, причем внутренний и внешний ,2 диаметры ферритового цилиндра 8 выбраны из соотношений:

d2; 1,1 da .

Введение ферритового цилиндра В в широкодиапазонную вибраторную антенну приводит к появленич) дополнительного реактивного сопротивления индуктивного характера, включенного последовательно со входом антенны, что обеспечивает дополнительную компенсацию емкостной реактивной составляющей входного сопротивления антенны в область нижних частот, что приводит к расширению диапазона рабочих частот в область нижних частот.

Формула изобретения

1. Широкодмапазонная вибраторная антенна, содержащая два параллельных вертикальных проводника, установленные над проводящим экраном, первый горизонтальный проводник, соединяющий верхние концы вертикальных проводников, второй

горизонтальный проводник, один конец которого присоединен к второму вертикальному проводнику, коаксиальный фидер, внешний проводник которого присоединен к проводящему экрану,отличающаяся тем,что,с

целью уменьшения неравномерности диаграммы направленности в азимутальной плоскости и расширения рабочего диапазона частот, в нее введет проводящий диск, присоединенный соосно к нижнему концу второго

вертикального проводника, нижний конец первого вертикального проводника соединен с центральным проводником коаксиального фидера, другой конец второго горизонтального проводника присоединен к первому

вертикальному проводнику, при этом длина L и диаметр di первого вертикального проводника, диаметр dz второго вертикального проводника, расстояние d между первым и вторым вертикальными проводниками, поперечный размер S первого горизонтального проводника, диам.етр Ь второго горизонтального проводника, диаметр Dg диска, высота h расположения над проводящим экраном второго горизонтального проводника, расстояние hi между нижним концом первого вертикального проводника и проводящим экраном, высота ha установки проводящего диска над проводящим экраном выбраны из соотношений

L 0,2 A ;di L«e- 0-76+0 017W4

с,2 1,е-(2,21Ю.ОЗШф}. d L.e-(1.8W1.30W4).

S b d2, Dg 18d2;

h 0.83L; h- 0,0 U ; hi 0,002A , где А - максимальная длина волны рабочего диапазона;

Мф - волновое сопротивление коаксиального фидера.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что. с целью расширения рабочего диапазона в область нижних частот, введен ферритовый цилиндр, расположенный коак- смалько на втором вертикальном проводнике между первым и вторым горизонтальными проводниками, причем внутренний бф1 и внешний dф2 диаметры ферритового цилиндра выбраны из соотношений

0ф1 d2 Зф2 Ј 1,1d2.

Использование: антенны метрового и дециметрового диапазонов для подвижных объектов. Сущность изобретения: широкодиапазонная вибраторная антенна выполнена в виде двух параллельных вертикальных проводников, установленных над проводящим экраном. К нижнему концу одного проводника присоединен проводящий диск, образующий емкость с проводящим экраном, а конец другого проводника подключен к коаксиальному фидеру, проводники замкнуты проводящими перемычками на определенной высоте. Достигнуты расширение рабочего диапазона частот и уменьшение неравномерности ДН в азимутальной плоскости. Для дополнительного расширения рабочего диапазона в область нижних частот введен ферритовый цилиндр, установленный коаксиально на одном из вертикальных проводников между горизонтальными проводящими перемычками. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.