Двухчастотная антенна

 

Использование: в антенной технике для работы в дуплексном режиме. Сущность изобретения: вертикальный вибратор 1 снабжен шунтом, выполненным из отрезка многопроводной линии, проводники 2 которой размещены равномерно вокруг вибратора 1. Питание подключено к нижнему концу вибратора, соединенному с нижними концами проводников 2, которые соединены между собой перемычкой 3. Приведены относительные размеры вибратора 1, проводников 2 и оговорено место включения перемычки 3. Кроме того, оговорено соотношение диаметров вибратора 1 и проводников 2 и расстояние между их осями. Количество проводников 2 кратно двум и оговорено их взаимное положение. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве стационарной или возимой приемно-передающей антенны УКВ-радиостанций для работы в дуплексном режиме.

Известной и наиболее близкой по технической сущности к заявленному устройству является выбранная в качестве прототипа антенна УКВ диапазона, содержащая вертикальный вибратор с шунтом, выполненным из отрезка многопроводной линии, к нижнему концу вертикального вибратора подключен источник питания и присоединены нижние концы проводников многопроводной линии (1).

Недостатком известной антенны являются ее ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что антенна имеет недостаточно высокий коэффициент усиления, однозначно определяемый геометрическими размерами антенны.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей антенны, позволяющее использовать ее в дуплексном режиме работы радиосредств с обеспечением высоких энергетических характеристик.

Задача решается тем, что в антенне, содержащей вертикальный вибратор, с шунтом, выполненным из отрезка многопроводной линии, к нижнему концу вертикального вибратора которой подключен источник питания и присоединены нижние концы проводников многопроводной линии, проводники отрезка многопроводной линии размещены равномерно вокруг вертикального вибратора на одинаковом расстоянии от него и на расстоянии 1/4 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, от их верхних концов, соединены между собой проводящей перемычкой, длина вертикального вибратора равна 5/8 длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте, а длина отрезка многопроводной линии равна 5/8 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте.

Задача решается также и в том случае, когда диаметры проводников отрезка многопроводной линии равны диаметру вертикального вибратора, расстояние между их осями и осью вертикального вибратора не превышает двух диаметров вибратора, количество проводников отрезка многопроводной линии кратно двум и эти проводники попарно расположены в диаметральных плоскостях.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается новым взаимным размещением: проводники отрезка многопроводной линии размещены равномерно вокруг вертикального вибратора на одинаковом расстоянии от него, новым элементом проводящей перемычкой и местом ее установки: на расстоянии 1/4 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, от верхних концов отрезка многопроводной линии, геометрическими размерами: длина вертикального вибратора равна 5/8 длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте, а длина отрезка многопроводной линии равна 5/8 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте. Новым является и то, что диаметры проводников отрезка многопроводной линии равны диаметру вертикального вибратора, расстояние между их осями и осью вертикального вибратора не превышает двух диаметров вибратора, количество проводников отрезка многопроводной линии кратно двум и эти проводники попарно расположены в диаметральных плоскостях.

Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

На фиг. 1 приведена электрическая схема; на фиг. 2 эквивалентная схема, поясняющая принцип работы заявленной двухчастотной антенны; на фиг. 3 - конструктивное исполнение простейшего варианта двухчастотной антенны и результаты измерения коэффициента стоячей волны напряжения (KGBH) макета этой антенны; на фиг. 4 разрез А-А на фиг. 3.

Двухчастотная антенна (фиг. 1) содержит вертикальный вибратор 1, длина которого равна 5/8 длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте, и шунт из N вертикальных проводников 2 одинаковой длины, равной 5/8 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, которые размещены равномерно вокруг вертикального вибратора и присоединены к его нижнему концу, а также проводящую перемычку 3, соединяющую все проводники 2 на расстоянии от их верхних концов, равном 1/4 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, точку питания 4.

Двухчастотная антенна работает следующим образом.

Предлагаемую антенну можно рассматривать в виде вибратора длиной 5/8 λ_н, где λ_н длина волны, соответствующая нижней рабочей частоте f_н, с нагрузкой в виде короткозамкнутой многопроводной линии длиной 5/8 λ_р, где λ_в длина волны, соответствующая верхней рабочей частоте f_в. При подключении двухчастотной антенны к УКВ-передатчику, работающему на несущей частоте, равной f_н, антенну можно представить как вибратор длиной 5/8 λ_н с последовательно включенными емкостным X_C и индуктивным X_L сопротивлениями (фиг. 2а). Емкостное сопротивление обусловлено электрической длиной вибратора, т.е. соотношением l_в/l_н, где l_в геометрическая длина вибратора, а индуктивное электрической длиной короткозамкнутой линии на частоте f_н. В результате на частоте f_н происходит компенсация емкостного сопротивления вибратора индуктивным сопротивлением длинной линии с разомкнутым концом и входное сопротивление двухчастотной антенны на этой частоте оказывается близким к 50 Ом (коэффициент стоячей волны напряжения близок к единице), т.е. несимметричный вибратор длиной 5/8 λ_н на частоте f_н имеет активное сопротивление порядка 50 Ом. При приближении входного сопротивления антенны к выходному сопротивлению передатчика в антенну передается максимальная мощность сигнала передатчика частоты f_н и далее происходит эффективное излучение сигнала в пространство.

Аналогичным образом осуществляется работа двухчастотной антенны и на верхней частоте f_в. При этом входное сопротивление антенны на этой частоте складывается из активного сопротивления 50 Ом, емкостного и индуктивного сопротивлений короткозамкнутой длинной линии, обусловленных ее электрической длиной. Благодаря тому что на расстоянии, равном 1/4 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, проводники многопроводной линии соединены проводящей перемычкой, индуктивное сопротивление короткозамкнутой линии близко к бесконечности и выступающая из длинной линии часть вибратора эффективно "отсекается" и не участвует в формировании излучения на верхней частоте (фиг. 2а). За счет некоторой компенсации реактивных составляющих входного сопротивления антенны она по-прежнему будет достаточно хорошо согласована с передатчиком и обладать высокой излучающей способностью на частоте f_в.

За счет рационального выбора размеров антенны: вертикального вибратора с длиной 5/8 длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте, и шунта из N вертикальных проводников одинаковой длины, равной 5/8 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, которые размещены равномерно вокруг вертикального вибратора и присоединены к его нижнему концу, а также введения проводящей перемычки, соединяющей проводники шунта на расстоянии от их верхних концов, равном 1/4 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, в антенне достигается на обеих частотах рабочего диапазона такое распределение тока, которое позволяет сузить диаграмму направленности и тем самым увеличить коэффициент усиления.

Наиболее простой конструкцией двухчастотной антенны является антенна, изображенная на фиг. 3а. В этой антенне количество вновь введенных проводников равно двум, а расстояние между осями вибратора и проводников равно двум диаметрам вибратора. Был изготовлен и испытан действующий макет подобной двухчастотной антенны, рассчитанной для работы на частотах 148 и 172 мГц. На фиг. 3б представлены результаты измерения KGBH макета антенны.

Двухчастотная антенна может быть реализована следующим образом.

Вибратор 1 и проводники 2 могут быть выполнены из стальной пружинной проволоки диаметром 2-3 мм. Эффективно изолировать вибратор от проводников и проводники друг от друга по всей длине, а также жестко задать расстояние между проводниками можно с использованием изоляторов, изображенных на фиг. 3а и размещаемых по длине антенны примерно через одинаковые расстояния. Проводящую перемычку 3 можно выполнить из стальной, либо латунной проволоки.

Использование заявленной двухчастотной антенны в составе подвижных или стационарных систем УКВ радиосвязи в дуплексном режиме позволит расширить их функциональные возможности за счет увеличения зоны обслуживания.

Формула изобретения

1. Двухчастотная антенна, содержащая вертикальный вибратор с шунтом, выполненным из отрезка многопроводной линии, к нижнему концу вертикального вибратора подключен источник питания и присоединены нижние концы проводников многопроводной линии, отличающаяся тем, что проводники отрезка многопроводной линии размещены равномерно вокруг вертикального вибратора на одинаковом расстоянии от него и на расстоянии 1/4 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, от их верхних концов соединены между собой проводящей перемычкой, длина вертикального вибратора равна 5/8 длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте, а длина отрезка многопроводной линии равна 5/8 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что диаметры проводников отрезка многопроводной линии равны диаметру вертикального вибратора, расстояние между их осями и осью вертикального вибратора не превышает двух диаметров вертикального вибратора, количество проводников отрезка многопроводной линии кратно двум и эти проводники попарно расположены в диаметральных плоскостях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4