Несимметричный вибратор

 

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в качестве премно-передающей антенны в ультракоротковолновых радиостанциях малой и средней мощности. Целью изобретения является увеличение коэффициента усиления антенны в направлении линии горизонта. Несимметричный вибратор содержит четвертьволновый штырь 1, подключенный к центральному проводнику коаксиального фидера 2, и противовес 3, подключенный к внешнему проводнику коаксиального фидера 4. Над четвертьволновым штырем 1 установлен отражатель 5, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера 2, причем вершина параболы обращена в направлении противовеса 3, а поверхность отражателя ограничена двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю и пересекающими поверхность отражателя 5 на расстоянии H₁= (0,3-0,32)λ, H = 0,5λ от точки подключения противовеса, где λ - рабочая длина волны. Новым является установление над четвертьволновым штырем 1 отражателя 5, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера 2, причем вершина параболы обращена в направлении противовеса 3, а поверхность отражателя 5 ограничена двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю 1 и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H₁= (0,3-0,35)λ, H = 0,5λ от точки подключения противовеса. Использование предложенного решения антенны позволяют повысить коэффициент усиления антенны в направлении линии горизонта на 1,5-2 дБ.

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в качестве приемно-передающей антенны в ультракоротковолновых радиостанциях малой и средней мощности.

Известны несимметричные вибраторы (см. Н.П.Гавель, А.Д.Истрашкин, Ю.К. Муравьев, Б.П.Серков. Антенны, ч.2. Л. ВКАЗ, 1961, стр. 22, рис. 37, 21а-г), используемые в малогабаритных УКВ радиостанциях, содержащие вибратор, противовес и коаксиальный фидер. Однако эти антенны имеют низкий коэффициент усиления вследствие малого сопротивления излучения антенны.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является выбранное в качестве прототипа антенное устройство (см. Н.П.Гавель, А.Д.Истрашкин, Ю. К. Муравьев, Б.П.Серков, Антенны, ч. 2. Л. ВКАЗ, 1961, стр. 22, рис. 37, 21д), содержащие четвертьволновый штырь, подключенный к центральному проводнику коаксиального фидера, и противовес, подключенный к внешнему проводнику коаксиального фидера.

Отличительной особенностью несимметричного вибратора является наличие равномерного излучения в азимутальной плоскости в секторе 360^o. Однако сравнительно низкий коэффициент усиления в направлении линии горизонта, обусловленный конечными размерами несимметричного четвертьволнового вибратора и значительным бесполезным рассеянием энергии в угломестной плоскости ограничивает его применение в качестве приемно-передающей антенны в ультракоротковолновых радиостанциях.

Техническая задача заключается в увеличении коэффициента усиления в направлении линии горизонта.

Указанная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем четвертьволновый штырь, подключенный к центральному проводнику коаксиального фидера, и противовес, подключенный к внешнему проводнику коаксиального фидера, согласно изобретению над четвертьволновым штырем установлен отражатель, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера, причем вершина параболы обращена в направлении противовеса, а поверхность отражателя ограничена двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H₁= (0,3-0,32)λ, H = 0,5λ от точки подключения противовеса, где λ рабочая длина волны.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая антенна отличается наличием новых элементов над четвертьволновым штырем установлен отражатель, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера, причем вершина параболы обращена в направлении противовеса, а поверхность отражателя ограничена двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H₁= (0,3-0,32)λ, H = 0,5λ от точки подключения противовеса, где λ рабочая длина волны. Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ известных технических решений в известной области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенные элементы известны. Однако введение его в несимметричный вибратор с указанными размерами и связями обеспечивают устройству такое новое свойство, как повышение коэффициента усиления в направлении линии горизонта.

Изобретение имеет изобретательский уровень, т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.

Изобретение является промышленно применимым, так как оно может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

На чертеже представлен общий вид несимметричного вибратора, где 1 - четвертьволновый штырь; 2 центральный проводник коаксиального фидера; 3 - противовес; 4 внешний проводник коаксиального фидера; 5 отражатель.

Конструктивно несимметричный вибратор выполнен в виде четвертьволнового штыря 1, подключенного к центральному проводнику коаксиального фидера 2 и противовеса 3, подключенного к внешнему проводнику коаксиального фидера 4. Над четвертьволновым штырем 1 установлен отражатель 5, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера 2, причем вершина параболы обращена в направлении противовеса 3. Поверхность отражателя 5 ограничена двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю 1 и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H₁= (0,3-0,32)λ, H = 0,5λ от точки подключения противовеса, где λ рабочая длина волны.

Устройство работает следующим образом.

Волна ТЕМ коаксиального фидера возбуждает штырь 1, который излучает сферическую волну в свободное пространство. При этом диаграмма направленности несимметричного вибратора имеет форму тороида, т.е. наряду с полезным излучением в круговом секторе азимутальной плоскости значительная часть энергии излучается в угломестном направлении. Установка над четвертьволновым штырем 1, соосно с ним, отражателя 5, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ приводит к перехвату наибольшей части излученной в вертикальной плоскости энергии и концентрации ее в направлении линии горизонта. Поскольку поверхность отражателя образована вращением части ветви параболы, то независимо от угла падающей волны на отражатель (изменения ширины диаграммы направленности и направления излучения в вертикальной плоскости в полосе частот) отраженное излучение концентрируется вдоль фокальной оси, что позволяет обеспечить равномерность излучения вдоль линии горизонта в широкой полосе рабочих частот во всем круговом секторе. При выбранном фокусе ветви параболы f = 0,15λ обеспечивается оптимальная концентрация отраженного излучения вдоль линии горизонта. При f > 0,15λ поверхность отражателя увеличивается, что приводит к незначительному увеличению концентрации энергии в направлении линии горизонта с одной стороны и как следствие затеканию части излученной в вертикальной плоскости энергии за края отражателя 5.

При f < 0,15λ фокус ветви параболы, образующей поверхность отражателя, приближается к ее вершине, вследствие чего значительная часть отраженного излучения направляется в сторону земли, что приводит к снижению коэффициента усиления антенны.

Размеры поверхности отражателя подбирались экспериментально по максимальной величине реализуемого выигрыша коэффициента усиления в направлении линии горизонта. При этом установлено, что оптимальным с точки зрения реализуемого коэффициента усиления является ограничение поверхности отражателя двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H = 0,5λ и H₁= (0,3-0,32)λ от точки подключения противовеса.

При этом при увеличении H > 0,5λ, H₁> (0,3-0,32)λ и f = 0,15λ коэффициент усиления увеличивается незначительно, а при H < 0,5λ, H₁< (0,3-0,32)λ коэффициент уменьшается, но при этом значительно увеличиваются габариты антенны.

Результаты макетирования и экспериментального исследования показали, что введение металлического отражателя, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера с указанными выше размерами, обеспечивает выигрыш в коэффициенте усиления в направлении линии горизонта на (1,5-2)дБ по сравнению с прототипом в широкой полосе частот.

Формула изобретения

Несимметричный вибратор, содержащий четвертьволновый штырь, подключенный к центральному проводнику коаксиального фидера, и противовес, подключенный к внешнему проводнику коаксиального фидера, отличающийся тем, что над четвертьволновым штырем установлен отражатель, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера, причем вершина параболы обращена в направлении противовеса, а поверхность отражателя ограничена двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H₁= (0,3-0,32)λ, H = 0,5λ от точки подключения противовеса, где λ - рабочая длина волны.