Щелевая кольцевая антенна

 

Изобретение относится к антенной технике, а именно к маловыступающим антеннам. Цель изобретения^- расширение рабочего диапазона частот и уменьшение размеров. Щелевая кольцевая антенна содержит горизонтальный проводящий экран, в котором выполнена кольцевая щель, кольцевой резонатор, присоединенный концентричное ней снизу к горизонтальному проводящему экрану и имеющий сплошную нижнюю стенку/сквозь отверстия в которойвнутрь кольцевого резонатора.введены возбуждающие элементы, выполненнь1е в виде • проводящих дисков, которые размещены на окружности с равными угловыми интервалами и соединены отрезками коаксиального кабеля равной электрической длины с выходами делителя мощности, вход которого является входом щелевой кольцевой антенны. При этом размеры кольцевого резонатора, кольцевой щели и проводящих дисков, а также их взаимное расположение выбраны из предлагаемых в формуле изобретения соотношений. Выполнение возбуждающих элементов в виде проводящих дисков, которые образуют с горизонтальным проводящим экраном конденсаторы, включенные последовательно с входом антенны, обеспечивает малое изменение входного импеданса антенны при изменении частоты, расширение рабочего диапазона частот. Увеличение числа проводящих дисков позволяет повысить равномерность ДН в плоскости горизонтального экрана. 1 ил.^слсИзобретение относится к антенной технике и может быть использовано, например. 8 качестве широкополосного слабовыступающего антенного устройству в cиcteмax связи, навигации ультракоротковолнового диапазона радиоволн.Известны щелевые антенны, содержащие кольцевую щель, коаксиальный фидер и элемент возбуждения, выполненный в виде либо коаксиальной, ибо конической, либо., радиальной линии передачи.Недостатки таких антенн а»дключаютсй в узкой полосе частот, больших габаритныхразмерах как в плоскости щели, так и в перпендикулярной плоскости.Наиболее близкой к предлагаемой является щелевая кольцевая антенна, содержащая кольцевую щель в горизонтальном экране, причем к горизонтальному экрану снизу присоединен тороидальный резонатор со сплошной нижней стенкой, возбуждающие штыри, расположенные равномерно по окружности кольцевого резонатора и соединенные отрезками коаксиального кабеля равной электрической длины с соответствующими выходами делителя мощности, при этом вход делителяV4 О Ю4Ь. 4Ь^ Ы>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

Респуалик (я)ю Н 01 Q 13/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4781328/09 (22) 11.01.90 (46) 30.01.92. Бюл. N 4 (71) Севастопольский приборостроительный институт (72) Л.М.Лобкова, А.Г.Бадалов, Л.И.Калюжный, Ю,П.Михайлюк, В.В.Смагин и Г.В.Ступаков (53) 621.396.677(088.8) (56) Вершков M.B. Судовые антенны. Л.; Судостроение. 1972, с. 203 — 204, рис, v,206. (54) ЩЕЛЕВАЯ КОЛЬЦЕВАЯ АНТЕННА (57) Изобретение относится к антенной технике, а именно к маловыступающим антеннам. Цель изобретения — расширение рабочего диапазона частот и уменьшение размеров. Щелевая кольцевая антенна содержит горизонтальный проводящий экран, в котором выполнена кольцевая щель, кольцевой резонатор, присоединенный концентрично с ней снизу к горизонтальному проводящему экрану и имеющий сплошную нижнюю стенку, сквозь отверстия в которой

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано, например, в качестве широкополосного слабовыступающего антенного устройству. в системах связи, навигации ультракоротковолнового диапазона радиоволн.

Известны щелевые антенны, содержащие кольцевую щель, коаксиальный фидер и элемент возбуждения, выполненный в виде лйбо коаксиальной, ибо конической, либо радиальной линии передачи.

Недостатки таких антенв заключаются в узкой полосе частот, больших габаритных... М„„1709443 А1 внутрь кольцевого резонатора. введены возбуждающие элементы, выполненные в аиде проводящих дисков, которые размещены на окружности с равными угловыми интервалами M соединены отрезками коаксиального кабеля равной электрической длины с выходами делителя мощности, вход которого является входом щелевой кольцевой-антенны.

При этом размеры кольцевого резонатора, кольцевой щели и проводящих дисков, а также их взаимное расположение выбраны из предлагаемых в формуле изобретения соотношений. Выполнение возбуждающих элементов а виде проводящих дисков, которые образуют с горизонтальным проводящим экраном конденсаторы, включенные последовательно с входом антенны, обеспечивает малое изменение входного импеданса антенны при изменении частоты, расширение рабочего диапазона частот. Увеличение числа проводящих дисков позволяет повысить равномерность ДН а плоскости горизонтального экрана. 1 ил. размерах как в плоскости щели, так и в перпендикулярной плоскости.

Наиболее близкой к предлагаемой является щелевая кольцевая антенна, содержащая кольцевую щель в горизонтальном экране, причем к горизонтальному экрану снизу присоединен тороидальный резонатор со сплошной нижней стенкой, возбуждающие штыри, расположенные равномерно по окружности кольцевого резонатора и соединенные отрезками коаксиального кабеля равной электрической длины с соответствующими выходами делителя мощности, при этом вход делителя

1709443

4 мощности соединен с коаксиальным фидером, являющимся входом антенны.

Однако указанная антенна обладает большими размерами в плоскости щели— средний радиус щели rp имеет величину гО- (0,6...0,7) макс где il макс — наибольшая длина волны частотного диапазона.

Кроме того, антенна обладает малым частотным диапазоном, имеет величину коэффициента бегущей волны (КБВ) >0,7 в диапазоне частот (156-162) МГц, т,е. является узкополосной.

Целью изобретения является уменьшение размеров в плоскости щели и расширение частотного диапазона щелевой кольцевой антенны.

Поставленная цель достигается тем, что в щелевой кольцевой антенне. содержащей кольцевую щель в горизонтальном экране, причем к горизонтальному экрану соосно снизу присоединен тороидальный резонатор со сплошной нижней стенкой, возбуждающие элементы, расположенные .равномерно по окружности кольцевого резонатора и соединенные отрезками коаксиального кабеля равной электрической длины с соответствующими выходами делителя мощности, при этом вход делителя мощности соединен с коаксиальным фидером, являющимся входом антенны, возбуждающие элементы выполнены в виде проводящих дисков, соединенных с центральными проводниками отрезков коаксиального кабеля, при этом диаметр d> и диаметр б2 внутреннего и внешнего цилиндров соответственно, высота пр тороидэльного резонатора, диаметр диска возбуждающих элементов бд, диаметр окружности, по которой расположены возбуждающие элементы do. радиус щели го, высота возбуждающих элементов h>, выбраны из соотношений: б1=0,1ЗЙ dz=0,026À

hp-0,О2Я, ; dg=0,0ЗЛ,; do=0,09 А; ro=0,047it

; Ьа=0,002 А, где Х вЂ” наибольшая длина рабочей волны.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемой щелевой кольцевой антенны.

Щелевая кольцевая антенна содержит кольцевую щель 1 в горизонтальном экране, тороидальный резонатор 2 со сплошной нижней стенкой, возбуждающие элементы

3 в виде проводящих дисков, отрезки 4 коаксиального кабеля равной электрической длины, делитель 5 мощности, коэксиальный фидер 6, высокочастотный разъем 7, фланец

8 для крепления на металлическом корпусе

9, плоский диэлектрический обтекатель 10.

К кольцевой щели 1 в горизонтальном экране соосно снизу присоединен тороидальный резонатор 2 со сплошной нижней стенкой. Возбуждающие элементы 3 в виде

5 проводящих дисков расположены равномерно по окружности тороидального резонатора 2 и присоединена к центральным проводникам отрезков 4 коаксиального кабеля равной электрической длины, которые

10 соединены с соответствующими выходами делителя 5 мощности. Вход делителя 5 мощности через коаксиальный фидер 6 соеди; нен с высокочастотным разъемом 7, являющимся входом щелевой кольцевой ан15 тенны. K тороидальному резонатору 2 присоединен фланец 8 для крепления на металлическом корпусе 9, Плоский диэлектрический обтекатель 10 присоединен параллельно к кольцевой щели 1 в

20 горизонтальном экране, Диаметр d> внутреннего цилиндра тороидального резонатора равен d1= 0,026it, диаметр d> внешнего цилиндра тороидального резонатора

dz=0,1З А,Высота hp тороидального резо25 натора hp = 0,02it . диаметр dp окружности, по которой расположены возбуждающие элементы, равен do - 0.09il диаметр бд диска возбуждающих элементов бв = 0,031 . Радиус г0 кольцевой щели в горизонталь30 ном экране гс - 0,047 А, высота па возбуждающих элементов h> = 0,002k ..

Щелевая кольцевая антенна в режиме, например, излучения работает следующим образом.

35 ТЕМ-волна от входа щелевой кольцевой антенны, которым служит высокочастотный разъем 7, по коаксиальному фидеру 6 распространяется к делителю 5 мощности. где распределяется с одинаковыми амплитуда40 ми и фазами по отрезкам 4 коаксиального кабеля равной электрической длины к возбуждающим элементам 3 в виде проводящих дисков. Высокочастотные колебания тока s возбуждающих элементах 3 в виде

45 проводящих дисков возбуждают синфазное радиальное электромагнитное поле s кольцевой щели 1 и синфазные радиальные токи на внутренней поверхности тороидального резонатора 2 и на внешней поверхности го50 ризонтального экрана, который образован металлическим корпусом 9, фланцем 8 и частью экрана, расположенного внутри отверстия кольцевого резонатора. При этом происходит излучение электромагнитных волн линейной поляризации.

55 Диаграмма направленности (ДН) излучения имеет минимум в направлении оси

OZ, перпендикулярной горизонтальному экрану, а вектор Е содержит только одну со1709443

55 стэвляющую по полярной координате 8 .

Увеличение числа возбуждающих элементов 3 в виде проводящих дисков, расположенных равномерно по окружности тороидального резонатора 2, позволяет получить большую равномерность ДН в плоскости, параллельной плоскости горизонтального экрана.

Применение возбуждающих элементов

3 в виде проводящих дисков позволяет использовать в предлагаемой кольцевой щелевой антенне кольцевую щель 1 в горизонтальном экране электрически малого среднего радиуса. При использовании в щелевой кольцевой антенне кольцевой щели с электрически малым средним радиусом и возбуждении антенны либо непосредственным подключением коаксиального фи-. дера (или коаксиальных фидеров) к зазору кольцевой щели, либо возбуждении с помощью возбуждающих элементов.штырево. го типа невозможно обеспечить широкий частотный диапазон возбуждения антенны с приемлемым уровнем согласования, поскольку входной импеданс антенны в этих случаях имеет малую величину активной части и большую величину реактивной части, причем отрицательной реактивности, т,е. емкостного характера, Известны способы компенсации реактивной составляющей входного импеданса путем включения сосредоточенных реактивных элементов соответствующего характе ра (в рассматриваемом случае либо последовательного включэния емкостных . элементов, либо параллельного включения индуктивных элементов). Однако в этих случаях обеспечивается относительно малый частотный диапазон согласования антенны с приемлемым уровнем, а также существенно ухудшается электрическая прочность антенны и способность выдерживать значительные механические воздействия.

Конденсаторы, образованные возбуждающими элементами 3 в виде проводящих, дисков и горизонтальным экраном, являются элементами с распределенными параметрами, причем величина емкости этих конденсаторов зависит от частоты возбуждения антенны. Эти конденсаторы включены последовательно с входом антенны и при изменении частоты возбуждения входной импеданс антенны изменяется в малых пределах, тем самым обеспечивается режим широкополосного возбуждения антенны.

Таким образом предлагаемая щелевая кольцевая антенна имеет широкий частотный диапазон и малые размеры в плоскости щели по сравнению с устройством-прототипом, что достигается использованием возбуждающих элементов в виде проводящих дисков присоединенных к центральным проводникам отрезков коаксиального кабеля.

При использовании изобретения улучшаются массогабаритные йэраметры предлагаемой антенны, поскольку уменьшение размеров конструкции в плоскости щели уменьшает затраты на материалы при изготовлении антенны, что расширяет область возможного применения антенны, поскольку появляется возможность использования антенны на малых подвижных обьектах.

Расширение частотного диапазона предлагаемой антенны по сравнению с устройством-прототипом обеспечивает возможность применения одной предлагаемой антенны взамен нескольких антенн. перекрывающих такой же частотный диапазон, либо взамен известных совмещенных антенн, которые гораздо сложнее

25 предлагаемой антенны в конструктивном исполнении и имеют большую стоимость, Формула изобретения

Щелевая кольцевая антенна, содержащая горизонтальный проводящий экран, в которой выполнена кольцевая щель. кольцевой резонатор, присоединенный концентрично с ней снизу к горизонтальному проводящему экрану и имеющий сплошную нижнюю стенку, сквозь отверстия в которой внутрь кольцевого резонатора введены возбуждэющие элементы, размещенные на окружности с равными угловыми интервалами и соединенные отрезками коаксиального кабеля равной электрической длины с выходами делителя мощности, вход которого является входом щелевой кольцевой антенны, отличающаяся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот и уменьшения размеров, возбуждающие элементы выполнены в виде проводящих дисков диаметров бд, установленных на высоте

hg нэд нижней стенкой кольцевого резонатора, при этом внутренний d1 и внешний d2 диаметры кольцевого резонатора, его высота hp, диаметр щели бщ, а также размеры и расположение проводящих дисков выбраны из соотношений d1=0,026 А 4г-0,13 Ачакс, нм

do=0,09 Амакс, do=0 0941 макс; ц=0,03 Ямакс,"

hp=0,02 Айзакс; hg=0,002 макс, где А макс максимальная длина волны рабочего диапазона; do — диаметр окружности, на которой расположены проводящие диски.

1709443

Составитель Ю.Михайлюк

Техред М,Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор Т.Лазоренко

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 432 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5