Коллинеарная антенна

 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в радиосвязи и радиовещании в метровом и дециметровом диапазоне волн. Сущность изобретения: антенна содержит вертикальную цепочку из двух активных шунтовых вибраторов, закрепленных соосно на несущей металлической трубе, каждый шунтовой активный вибратор состоит из двух идентичных плеч и аналогичных по конструкции элементов, играющих роль металлических изоляторов, секционирующих несущую металлическую трубу и устраняющих ее влияние на направленные свойства антенны, распределительную систему питания, проходящую внутри несущей металлической трубы, распределительная система питания выполнена в виде коаксиального фидерного тракта, образованная проводниками, расположенными внутри несущей металлической трубы и ее внутренней поверхностью, причем нижний конец первого проводника соединен с главным питающим фидером, а его верхний конец - с точкой соединения верхнего и нижнего отрезков второго проводника, которые переходят соответственно в нижний и верхний отрезки третьего проводника, причем нижний и верхний концы третьего проводника соединены с точками питания активных вибраторов, при этом геометрические размеры коаксиального фидерного тракта и конструктивных элементов антенны определяются следующими соотношениями: расстояние между точками питания активных вибраторов L₁ = (0,64 - 0,71) · L₀, где L₀ - средняядлина волны рабочего диапазона частот; расстояние между верхними концами смежных плеч антенны L₂ = (0,13 - 0,14) · L₀; отношение диаметра первого проводника d₁ к внутреннему диаметру несущей металлической трубы D₁ равно d₁/D₁ = 0,21 - 0,23; отношение диаметра проводника d₂ к внутреннему диаметру несущей металлической трубы D₁ равно D₂/D₁ = 0,064 - 0,071; отношение диаметра проводника d₃ к внутреннему диаметру несущей металлической трубы D₁ равно d₃/D₁ = 0,13 - 0,14; отношение диаметра провода d₄ к наружному диаметру несущей металлической трубы D₂ равно d₄/D₂ = 0,056 - 0,063; расстояние между внутренней стенкой несущей металлической трубы и третьим проводником h₁ = (0,24 - 0,26) · D₁; расстояние между проводниками первым и третьим h₂ = (0,475 - 0,525) · D₁; длина третьего проводника l₃ = (0,225 - 0,275) · L₀. 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в радиосвязи и радиовещании в метровом, дециметровом диапазоне волн.

Известен вертикальный вибратор, содержащий идентичные верхнее и нижнее плечи, установленные на металлической опоре и коаксиальный кабель, центральный проводник которого соединен с нижней частью верхнего плеча, а внешний проводник коаксиального кабеля соединен с металлической опорой.

Недостатком данного вибратора является низкий коэффициент усиления и недостаточно эффективная защита открытой части металлоконструкции от затекания тока в рабочем диапазоне частот. Этот недостаток особенно сильно проявляется при построении антенной решетки, состоящей из нескольких таких вибраторов.

Наиболее близким к изобретению является коллинеарная антенна, содержащая вертикальную цепочку из двух активных шунтовых вибраторов, закрепленных соосно на несущей металлической трубе. Каждый активный шунтовой вибратор состоит из двух идентичных плеч - верхнего и нижнего. Аналогично по конструкции элементы, так называемые пассивные вибраторы, играющие роль металлических изоляторов, секционируют трубу, устраняя ее влияние на направленные свойства антенны. Питание двух активных шунтовых вибраторов осуществляется с помощью коаксиальных кабелей, проходящих внутри несущей металлической трубы, центральные проводники которых с помощью угловых соединителей присоединены к верхним плечам активных шунтовых вибраторов, а оплетка кабелей соединена с несущей металлической трубой в точке, в которой присоединяются нижние плечи активных шунтовых вибраторов. Кабели имеют одинаковую длину и присоединяются к делителю 1x2, к которому подходит главный питающей фидер.

Недостатками данной антенны являются следующие: необходимость применения сложных и дорогих угловых переходных соединителей для присоединения вертикально проложенных внутри трубы кабелей к точкам питания вибраторов, при работе с мощностями порядка 10 КВт и более питающие кабели имеют большие размеры и обладают большой жесткостью и большим радиусом изгиба. Этот фактор, а также наличие на конце кабелей угловых переходных соединителей, имеющих значительные поперечные размеры, вызывают необходимость применения трубы большего диаметра, что резко повышает вес антенны и ее стоимость. Кроме того, питающие кабели сами имеют высокую стоимость, что дополнительно повышает стоимость антенны, для синфазного и равномерного распределения мощности между двумя точками питания в прототипе используется коаксиальный делитель мощности, что также повышает стоимость антенны и снижает надежность ее работы.

Целью изобретения является уменьшение поперечных размеров, веса и стоимости антенны при увеличении ее надежности.

Цель достигается тем, что в антенне, содержащей вертикальную цепочку из двух активных шунтовых вибраторов, закрепленных соосно на несущей металлической трубе, каждый активный шунтовой вибратор состоит из двух идентичных плеч и аналогичных по конструкции элементов, играющих роль металлических изоляторов, секционирующих несущую металлическую трубу и устраняющих ее влияние на направленные свойства антенны, распределительную систему питания, проходящую внутри несущей металлической трубы, распределительная система питания выполнена в виде коаксиального фидерного тракта, образованная проводниками, расположенными внутри несущей металлической трубы и ее внутренней поверхностью, причем нижний конец первого проводника соединен с главным питающим фидером, а его верхний конец - с точкой соединения верхнего и нижнего отрезков второго проводника, которые переходят соответственно в нижний и верхний отрезки третьего проводника, концы которых соединены с точками питания активных шунтовых вибраторов, при этом геометрические размеры коаксиального фидерного тракта и конструктивных элементов антенны определяются следующими соотношениями: расстояние между точками питания активных шунтовых вибраторов L₁ = (0,64 - 0,71)·L₀, где L₀ - средняя длина волны рабочего диапазона частот; расстояние между верхними концами смежных плеч антенны L₂ = (0,13 - 0,14)·L₀; отношение диаметра первого проводника к внутреннему диаметру несущей металлической трубы d₁/D₁ = 0,21 - 0,23; отношение диаметра второго проводника к внутреннему диаметру несущей металлической трубы d₂/D₁ = 0,064 - 0,071; отношение диаметра третьего проводника к внутреннему диаметру несущей металлической трубы d₃/D₁ = 0,13 - 0,14; отношение диаметра провода, из которого изготовлены плечи активных шунтовых вибраторов антенны к наружному диаметру несущей металлической трубы d₄/D₂ = 0,56 - 0,63; расстояние между внутренней стенкой несущей металлической трубы и третьем проводником h₁ = (0,24 - 0,26)·D₁; расстояние между проводниками первым и третьим h₂ = (0,475 - 0,525)·D₁; длина третьего проводника l₃ = (0,225 - 0,275)·L₀.

Данные соотношения позволяют обеспечить равномерность и синфазность распределения подводимой мощности между двумя точками питания активных шунтовых вибраторов антенны.

На фиг. 1 показан внешний вид антенны; на фиг. 2 - электрическая схема внутреннего фидерного тракта, который выполнен в виде коаксиального кабеля.

Коллинеарная антенна состоит из несущей металлической трубы 1, внутреннего фидерного тракта 2 (фиг.2), ряда соосно расположенных идентично плеч 3. К первому и шестому плечу, считая от верха антенны, в точках 4 подводится питание от внутреннего фидерного тракта 2. Эти два плеча: первое и шестое, а также два смежные с ними: второе и седьмое, образуют два активных вибратора. Остальные плечи являются пассивными и работают как металлические изоляторы, секционирующие трубу 1 на отрезки и устраняющие ее влияние на направленные свойства антенны.

Внутренний фидерный тракт 2 образован первым проводником 5, соединенным с главным питающим фидером, вторым проводником 6, третьим проводником 7 и внутренней поверхностью несущей металлической трубы 1.

Коллинеарная антенна работает следующим образом.

Подведенная мощность от главного питающего фидера подается к нижнему концу первого проводника 5 и далее через верхнее и нижнее плечи последовательно соединенных второго 6 и третьего 7 проводников - к точкам 4 питания активных шунтовых вибраторов.

Проводники 6 и 7 внутреннего фидерного тракта образуют трансформатор, согласующий комплексное сопротивление активных шунтовых вибраторов антенны в точках питания 4 в рабочей полосе частот и волновое сопротивление проводника 5, к которому подводится питание от главного питающего фидера через разъем в основании несущей металлической трубы 1 (не показан).

Верхние и нижние отрезки проводников 6 и 7 имеют, несмотря на одинаковые длины и поперечные размеры, разные волновые сопротивления. Это объясняется тем, что нижние отрезки проводников 6 и 7 имеют электромагнитную связь с проводником 5, а верхние отрезки не имеют.

Входные сопротивления верхнего и нижнего активных шунтовых вибраторов, несмотря на идентичную конструкцию, также имеют разные значения. Это объясняется тем, что пассивные плечи 3 расположены по обе стороны от нижнего активного шунтового вибратора и только с одной стороны от верхнего активного шунтового вибратора.

В предлагаемой коллинеарной антенне были экспериментально подобраны оптимальные соотношения между геометрическими размерами проводников внутреннего фидерного тракта 2, диаметром проводов 8 плеч 3 и внутренним и наружным диаметром несущей металлической трубы D₁ и D₂.

При этих размерах обеспечивается равномерное и синфазное распределение мощности между двумя точками питания с учетом реального сопротивления верхнего и нижнего активных шунтовых вибраторов и взаимного влияния нижних отрезков проводников 6 и 7 и проводника 5, а также наилучшее согласование в рабочей полосе частот.

При этом достигается максимально возможный для данной конструкции антенны коэффициент усиления и высокий уровень согласования с главным питающим фидером, например в диапазоне 100 - 108 МГц КОВ не выше 1,15.

Предлагаемая антенна имеет ненаправленное излучение в горизонтальной плоскости и излучает поле с вертикальной поляризацией.

Формула изобретения

Коллинеарная антенна, содержащая вертикальную цепочку из двух активных шунтовых вибраторов, закрепланных соосно на несущей металлической трубе, каждый активный шунтовой вибратор состоит из двух идентичных плеч и аналогичных по конструкции элементов, играющих роль металлических изоляторов, секционирующих несущую металлическую трубу и устраняющих ее влияние на направленные свойства антенны, распределительную систему питания, проходящую внутри несущей металлической трубы, отличающаяся тем, что распределительная система питания выполнена в виде коаксиального фидерного тракта, образованного проводниками, расположенными внутри несущей металлической трубы, и ее внутренней поверхностью, причем нижний конец первого проводника соединен с главным питающим фидером, а его верхний конец - с точкой соединения верхнего и нижнего отрезков второго проводника, которые переходят соответственно в нижний и верхний отрезки третьего проводника, причем нижний и верхнийй концы третьего проводника соединены с точками питания активных шунтовых вибраторов, при этом геометрические размеры коаксиального фидерного тракта и конструктивных элементов антенны определяются следующими соотношениями:
расстояние между точками питания активных шунтовых вибраторов L₁ = (0,64 - 0,71) · L₀, где L₀ - средняя длина волны рабочего диапазона частот;
расстояние между верхними концами смежных плеч антенны L₂ = (0,13 - 0,14) · L₀;
отношение диаметра первого проводника к внутреннему диаметру несущей металлической трубы d₁/D₁ = 0,21 - 0,23;
отношение диаметра второго проводника к внутреннему диаметру несущей металлической трубы d₂/D₁ = 0,064 - 0,071;
отношение диаметра третьего проводника к внутреннему диаметру несущей металлической трубы d₃/D₁ = 0,13 - 0,14;
отношение диаметра провода, из которого изготовлены плечи активных шунтовых вибраторов антенны, к наружному диаметру несущей металлической трубы d₄/D₂ = 0,056 - 0,063;
расстояние между внутренней стенкой несущей металлической трубы и третьим проводником h₁ = (0,24 - 0,26) · D₁;
расстояние между проводниками первым и третьим h₂ = (0,475 - 0,525) · D₁;
длина третьего проводника l₃ = (0,225 - 0,275) · L₀.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2