ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА Советский патент 1996 года по МПК G01V3/12 

Устройство относится к радиотехнике, а именно к антеннам высоких частот, и предназначено для излучения и приема электромагнитных волн при работе вблизи поверхности раздела "атмосфера-материальная среда", например, в геофизических радиолокаторах, устройствах медицинской диагностики и т.п.

Цель изобретения уменьшение паразитного излучения в атмосферу.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 и 2 показана конструкция предлагаемой вибраторной антенны; на фиг. 3 зависимость полной входной проводимости антенны от частоты; на фиг. 4 зависимость переходного затухания между двумя однотипными антеннами от частоты; на фиг. 5 частотные характеристики КСВ антенны.

На чертежах показана вибраторная антенна 1, возбуждающее устройство 2, поверхность 3 раздела "атмосфера-материальная среда", слой диэлектрика 4 (подложка), антенный вибратор 5, полупроводящий экран 6, опорный элемент 7 экрана, область 8 вблизи концов антенного вибратора.

Предлагаемая вибраторная антенна 1 выполнена в виде антенного вибратора 5 плоскостной конструкции, расположенного вблизи поверхности 3 раздела "атмосфера-материальная среда" и электрически изолированного слоем диэлектрика 4 от материальной среды.

Аппаратура (передатчик, приемник) подключается к антенному вибратору 5 через возбуждающее устройство 2. Последнее может быть выполнено, например, в виде известного симметрирующего устройства, обеспечивающего согласованный переход от несимметричного коаксиального фидерного тракта к симметричному (в данном примере выполнения) антенному вибратору.

Над антенным вибратором 5 установлен полупроводящий экран 6 размерами, превышающими размеры антенного вибратора, опирающийся на опорный элемент 7.

В областях 8 вблизи концов антенного вибратора концы полупроводящего экрана 6 загнуты в сторону вибратора 5 и расположены вблизи его концов. Полупроводящий экран может быть выполнен, например, из полимерной пленки с напыленным на нее слоем металла или из полупроводящей ткани кремнеземной ленты с пироуглеродистым покрытием типа КЛШ-11-290 ПУ (ТУ 6.02.870-74).

Опорный элемент экрана может быть реализован, например, из пенополистирола или в виде известной объемно-сотовой конструкции из стеклопластика.

В областях 8 концы полупроводящего экрана 6 могут находиться в гальваническом контакте с концами вибратора 5 или располагаться с зазором относительно него. В частности, концы экрана могут располагаться с противоположной от вибратора стороны слоя диэлектрика 4, как показано на фиг. 1. Протяженность участка связи (I_св.) между концами экрана 6 и антенного вибратора определяется экспериментально.

Размеры экрана 6 должны превышать размеры антенного вибратора.

Расстояние между экраном 6 и антенным вибратором выбрано равным (0,05-0,14)l_a, где l_a длина антенного вибратора. Это расстояние найдено экспериментально. Поверхностное сопротивление материала полупроводящего экрана равно (20-100) Ом и также определено экспериментально. При сопротивлении более 100 Ом эффективность экранирования снижается, при сопротивлении менее 20 Ом характеристики полупроводящего экрана приближаются к характеристикам металлического экрана.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитные колебания, подводимые к антенне 1, излучаются в пространство, окружающее антенну, частично проникая в материальную среду через поверхность 3 раздела. Часть энергии, излучаемой антенной 1 в атмосферу, создает паразитные наводки на расположенные рядом с ней устройства. При наличии экрана 6 помехи, создаваемые данной антенной за счет излучения в атмосферу, ослабляются. Однако если экран был бы выполнен из материала с высокой электропроводностью (металла), при близком его расположении от антенного вибратора 5 был бы существенно повышен входной коэффициент связи (К_св) антенны (фиг. 3, кривая 11), что нарушило бы работу устройства за счет рассогласования антенны с фидерным трактом. При удалении металлического экрана от антенного вибратора 5 возрастают габариты устройства и появляются нежелательные резонансы.

Если экран 6 выполнить полупроводящим и расположить его над антенным вибратором на расстоянии, малом по сравнению с длиной вибратора, обеспечивается уменьшение паразитной связи между антеннами без существенного нарушения согласования антенны с фидерным трактом в широкой полосе частот. Каких-либо паразитных резонансов в антенне при этом не наблюдается. Полупроводящий экран несколько снижает КПД антенны. Однако, как показали измерения, паразитное излучение антенны в атмосферу снижается в большей мере, чем ослабляется полезный сигнал, излучаемый в материальную среду. В результате при работе предложенной антенны в качестве передающей совместно с аналогичной приемной антенной в составе геофизического радиолокатора удается существенно улучшить отношение полезный сигнал/помеха.

На фиг. 3 приведены частотные характеристики входной полной проводимости антенны без экрана (кривая 9), с металлическим экраном (кривая 10) и с полупроводящим экраном (кривые 11 и 12) при поверхностном сопротивлении материала экрана 30 Ом (один слой ткани КЛШ) и около 20 Ом (два слоя ткани КЛШ) соответственно.

На фиг. 4 приведены частотные характеристики переходного затухания между однотипными антеннами, расположенными параллельно друг другу на расстоянии d 0,5 м;
кривая 13 без экрана;
кривая 14 с металлическим экраном размером 1000 х 900 мм;
кривая 15 с полупроводящим экраном из материала с поверхностным сопротивлением 30 Ом.

Антенный вибратор был образован двумя эллиптическими сегментами длиной 480 и шириной 400 мм, расположенными на подложке 4 из стеклотекстолита толщиной 3 мм. Расстояние между вершинами полуэллиптических сегментов составляло 10 мм.

Полупроводящий экран был расположен на опорном элементе из пенополистирола ПСБ толщиной 100 мм. Концы экрана 6, отогнутые в сторону антенного вибратора, располагались под диэлектрической подложкой 4 (приклеены к ней) при длине участка связи l_св 50 мм. Частотные характеристики входного К_св антенны,у которой концы экрана загнуты в сторону антенного вибратора и расположены вблизи его концов, приведены на фиг. 5;
кривая 16 для случая прямого полупроводящего экрана;
кривая 17 для случая полупроводящего экрана с отогнутыми концами.

Использование изобретения позволяет, по сравнению с прототипом, существенно уменьшить паразитное излучение в атмосферу, за счет чего, например, переходное затухание между однотипными антеннами, расположенными параллельно на расстоянии 0,5 метра, может быть увеличено на 13 дБ и понизить нижнюю границу рабочей полосы частот антенны по уровню К_св ≅ 2 с 36 до 10 МГц, т.е. более чем в 3 раза.

Использование: в радиотехнике, для излучения и приема электромагнитных волн вблизи поверхности раздела "атмосфера - материальная среда". Сущность изобретения: вибраторная антенна содержит вибратор, размещенный на слое диэлектрика. Расстояние между полупроводящим экраном и вибратором выбирают равным 0,05 - 0,15 от геометрической длины вибратора. При поверхностном сопротивлении экрана в 20 - 100 Ом обеспечивается уменьшение паразитного излучения в атмосферу. 5 ил.

ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА, выполненная в виде антенного вибратора плоскостной конструкции, расположенного вблизи поверхности раздела "атмосфера - материальная среда" и электрически изолированного слоем диэлектрика от материальной среды, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения паразитного излучения в атмосферу, в нее введен расположенный над антенным вибратором полупроводящий экран размерами, превышающими размеры антенного вибратора, причем расстояние между полупроводящим экраном и антенным вибратором составляет 0,05 - 0,15l_а, где l_а - геометрическая длина антенного вибратора, а поверхностное сопротивление полупроводящего экрана 20 - 100 Ом.