Вибраторная антенна с емкостными включениями Советский патент 1993 года по МПК H01Q1/36 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосной антенны для УКВ и KB радиостанций, например как широкополосный симметричный диполь или как широкополосная штыревая антенна - несимметричный вибратор.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности вибраторной антенны с емкостными включениями путем расширения полосы рабочих частот, повышения коэффициента усиления антенны в области нижних частот и предотвращения изменения (развала) диаграммы направленности антенны на верхних рабочих частотах. Изобретение поясняется фиг. 1-3.4 Для доказательства нового свойства рассмотрим однородную двухпроводную

длинную линию с включениями, эквивалентная схема которой имеет вид, показанный на фиг.2. От однородной линии без емкостных включений она отличается равномерно распределенной по всей длине емкостью Са, включенной последовательно в каждый элемент dx линии. При этом параметры такой линии будут иметь размерность

Lo

Гн м

Г$1 . R ОМ ,

Co Mj Ro l;rJ

Т

Сим | -- J:

Ф-м.

(1)

00

§

СП

со

со

Такое допущение об эквивалентности вибратора с сосредоточенными включения-, ми вибратору с распределенными емкостными включениями оказалось правомерным и используется многими авторами.

Полное комплексное погонное сопротивление и полная комплексная проводимость такой линии соответственно примут вид;

Z (Ro + j 0)L0 + т-rL--; Y - (Go + o Co) (2)

J IO

Решая телеграфные уравнения для линий, эквивалентная схема которой приведе- на на фиг.1, получим следующее выражение, определяющее постоянную распространения волны тока или напряжения:

; (R0+ j О) U + у-™-) J to

(Go + j r/;C0).

(3)

0

с включениями распространяться не будет (как в волноводе). На частотах выше критической постоянная распространения будет величиной мнимой и следовательно 6yflet определять только изменение фазы с распространяющейся волны. Именно явление дисперсии в двухпроводной линии с емкостными включениями и в частности наличием в такой системе передачи электромагнитной энергии критической частоты следует объяснить тот факт, что 6- метровый штырь, описанный в опытах В.М. Левина и А .Д.Яковлева практически не излучал энергии на частота ниже 50 МГц.

Фазовая скорость в линии с емкостными вставками соответственно определится выражением

р п

1

1

сГ Та LO Св

Использование: изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосной антенны для УКВ и КВ-радиостанций. Сущность изобретения: вибраторная антенна с емкостными включениями содержит отрезки проводника, соединенные между собой последовательно через емкостные нагрузки, при этом длина каждого отрезка проводника равна(0,1-0,2)Дтах, гдеЛпа - максимальная рабочая длина волны, а величина, каждой емкостной нагрузки сь ftMtin2/Lc, где Сь - распределенная индуктивность отрезка проводника. Предотвращение изменения диаграммы направленности в области высоких рабочих частот обеспечивается выбором длины каждого плеча 3/4 Amin, гдеЛт1п -длина волны, распространяющейся в плече на минимальной рабочей длине волны; 3 ил. Ё

Для простоты рассмотрим случай, когда эквивалентные потери в линии соответствуют Ro 0 и G 0. При этом постоянная распространения будет равна:

j2 (jwU + )J м Со - (ш2 Lo Со - И j w

Видно, что в зависимости от частоты ш постоянная: распространения может быть величиной действительной, мнимой или равной нулю. По аналогии с волноводами, частоту, при которой постоянная распространения становится равной нулю, назовем критической частотой

J2 u p2LoCo + -Э-О(5)

- В

Откуда сокр

1

ИЛИ (кр

1-оСв (6)

Иначе говоря критическая частота рассматриваемой линии определяется величинами погонной индуктивности и включенной в линию последовательно ем- кости. Теперь, подставим значение критической частоты в выражение (5), имеем:

1 Г

с/

(7)

Из полученного выражения видно, что на частотах ниже критической постоянной распространения будет величиной действительной, т.е. волна в двухпроводной линии

Vc

(8)

25

V 1 ftЈp

(1

Фазовая (электрическая) длина волны в таком случае будет равна

30

А 2л: Лф--д--(9)

5

0

5

0

5

v 1- (А/Акр У

где Я-длина волны в свободном пространстве.

Из полученного выражения видно, что в двухсвязной линии с последовательно включенными емкостными вставками, распределенными равномерно по всей длине, фазовая скорость зависит от частоты, т.е.в ней проявляется явление дисперсии.

Не сложно убедиться, что включение в линию последовательно распределенной реактивности индуктивного характера не приведет к появлению дисперсионных свойств рассматриваемой системы. Именно этим, а не трудностью создания отрицательной индуктивности, следует объяснить отрицательный результат, полученный В.М.Левиным и А.Д.Яковлевым при исследовании индуктивных вставок.

Распределение тока вдоль линии с ем-. костными включениями будет носить довольно сложный характер и закон распределения будет зависеть не только от величины емкостных включений, но и от того, на каком расстоянии от начала штыря установлена первая емкость, и от расстояния между каждой последующей емкостью от диаметры штыря. Однако, общеизвестно,

вующих заявляемым закономерностям, можно получить антенну с постоянными входным сопротивлением в диапазоне от 30 до 120 МГц с коэффициентом усиления не хуже, чем у четвертьволновой штыревой антенны и с диаграммой направленности, не имеющей провалов в указанном диапазоне частот.

Выбор параметров штыревой антенны с емкостными включениями позволил не только расширить диапазон рабочих частот, но и управляр арактеристиками антенны как в области низких, так и высоких рабочих частот.

Формула изобретения 1. Вибраторная антенна, содержащая плечи, каждое из которых выполнено из отрезков проводника, соединенных между собой последовательно через емкостные

Ј

/Сисцир ёцйра.горно6 лнтенны с fta.cnptdcjtHHou инду тиЈноЈтью

Емкосгь бключени Cg

и

,

-CDiR0 М1йо L0 R0 Cfi

Cfl WJ .1-я

Риг.1

0

5

нагрузки, отличающаяся тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот и повышения коэффициента усиления в области низких рабочих частот, длина.каждого отрезка проводника выбрана порядка (0,1- 0,2) Атах , где Дтах-максимальная рабочая длина волны, а величина каждой емкостной

нагрузки выбрана равной Св Wmin/U, где Ц - распределенная индуктивность отрезка проводника; частота, соответствующая минимальной рабочей длине волны,

MZ

VVo

Фаг. I