Симметричный вибратор с шунтом и коаксиальным фидером

 

Изобретение относится к антеннам радиосвязи МВ-ДМВ, предназначенным для использования преимущественно на подвижных объектах (например, судах). Целью изобретения является сокращение габаритов устройства и уменьшения влияния токов шунта вибратора на диаграммы направленности антенны в широком диапазоне частот. Для достижения поставленной цели симметричный вибратор с полыми плечами, шунтом и коаксиальным фидером выполнен так, что в полых плечах вибратора образованы продольные пазы, в которых размещена печатная плата с шунтом и ленточным проводником, так что металлические плечи вибратора являются экраном для шунта, к центру шунта присоединен конец оплетки коаксиального фидера, внутренняя жила которого соединена с концом ленточного проводника фидера, продолженного вдоль одной из сторон шунта к центру вибратора и соединенного с противоположным плечом вибратора. В диапазоне 100 ^oC 400 МГц экспериментально получены равномерные ДН в пл.Н при КБВ ≥ 0,4, в фидере с волновым сопротивлением 75 Ом. 5 ил.

Изобретение относится к радиосвязи, а именно к симметричным вибраторным антеннам для МВ-ДМВ диапазонов, устанавливаемых на подвижных объектах, например, судах.

Известен диапазонный шунтовой вибратор (см. Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ: ч. II, М.: Связь, 1977, с.170 - 171), состоящий из двух симметричных плеч и шунта. Питание симметричного вибратора открытой симметричной линии в диапазоне метровых и дециметровых волн нежелательно, так как открытая линия имеет заметное излучение, а при гололеде значительно увеличивается затухание в линии. Поэтому в диапазоне метровых и дециметровых волн, как правило, используются коаксиальные линии, но для питания симметричного вибратора коаксиальной линией необходим широкополосный симметрирующий трансформатор, что приводит к увеличению габаритов устройства.

Известны симметричные вибраторы широкополосных антенн, содержащие полый цилиндрический проволочный вибратор, часть проводов которого образуют симметричные плечи вибратора, а другая часть - шунт (см. Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны, М.: Связь и радио, 1962, с. 252, рис. IX.12.2).

Отношение крайних частот из рабочего диапазона составляет: В ДМВ диапазонах, как правило, используют низкоомные, (50 ^oC 75 Ом), коаксиальные фидеры, поэтому высокие значения входного сопротивления шунтового симметричного вибратора (400 ^oC 600 Ом) в этом диапазоне является его недостатком, т. к. для перехода от коаксиального фидера к высокоомному симметричному входу вибратора требуется применение широкополосного симметрирующего трансформатора. Кроме того, токи в шунте велики и часто на высоких частотах шунт искажает диаграмму направленности.

Известны широкодиапазонные конические симметрирующие трансформаторы (см. Сверхширокополосные антенны. Под ред. Л.С. Бененсона, М.: Мир, 1964, с.386, рис. 16). Отношение крайних частот их рабочего диапазона превышает 10 : 1.

Недостатком их является то, что их размеры составляют не менее 0,5 λmax , т. е. превышают размеры шунтового вибратора более чем в три раза, что не всегда удобно (например, при размещении вибратора на подвижном объекте, где места мало).

За прототип принимаем наиболее близкий по технической сущности цилиндрический полый шунтовый вибратор (см. Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны, М.: Связь и радио, 1962, с. 252), возбуждаемый коаксиальным фидером. Антенна прототип состоит из полого симметричного цилиндрического вибратора, шунта, симметрично присоединенного к боковым поверхностям плеч вибратора, конического симметрирующего трансформатора длиной 0,5 λmax , коаксиальный конец которого присоединен к коаксиальному кабелю, а двухпроводный конец - к симметричному входу вибратора, при этом симметрирующий трансформатор расположен перпендикулярно вибратору.

Целью изобретения является сокращение габаритов устройства и уменьшение влияния токов шунта вибратора на диаграммы направленности антенны в широком диапазоне частот.

Для достижения поставленной цели в симметричном вибраторе с полыми плечами, с шунтом и коаксиальным фидером, согласно изобретению, в полых плечах вибратора вдоль оси выполнены продольные пазы, в которых размещена печатная плата с шунтом, ленточным проводником фидера и двумя металлизированными поверхностями, левой и правой, так что металлические плечи вибратора являются экраном для шунта, концы которого соединены с металлизированными поверхностями, к центру шунта присоединен конец оплетки коаксиального фидера, внутренняя жила которого соединена с концом ленточного проводника фидера, проложенного вдоль левой или правой половины шунта с противоположной от него стороны подложки и развернутого на 180^o в сторону правой или левой металлизированной поверхности, соответственно, и соединенного с нею, края металлизированной поверхности гальванически соединены с кромками пазов полых плеч вибратора.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается тем, что в полых плечах вибратора вдоль оси выполнены продольные пазы, в которых размещена печатная плата с шунтом, ленточным проводником фидера и двумя, левой и правой, металлизированными поверхностями, так что металлические плечи вибратора являются экраном для шунта, концы которого соединены с металлизированными поверхностями, к центру шунта присоединен конец оплетки коаксиального фидера, внутренняя жила которого соединена с концом ленточного проводника фидера, проложенного вдоль левой или правой половины шунта с противоположной от него стороны подложки и развернутого на 180^o в сторону правой или левой металлизированной поверхности, соответственно, и соединенного с нею, края металлизированной поверхности гальванически соединены с кромками пазов полых плеч вибратора.

Таким образом, предложенная антенна соответствует критерию "новизна".

Печатный монтаж шунта позволяет выполнить его тонким и коротким, что снижает входное сопротивление и обеспечивает работу антенны в широком диапазоне частот ( , с КБВ ≥ 0,4 в 75-омном коаксиальном фидере).

Указанные признаки обеспечивают работу антенны в широком диапазоне частот без симметрирующего трансформатора, что позволяет сократить габариты более чем в три раза, выполнив, например, снижение кабеля в виде цилиндрической спирали соосной с вибратором.

Кроме того, размещение шунта в полых металлических плечах вибратора уменьшает влияние шунта на диаграмму направленности, так как плечи вибратора экранируют излучение шунта.

Печатный монтаж шунта и ленточного проводника фидера гарантирует неизменность их геометрии в условиях вибрации подвижного объекта, т.е. предохраняет от влияния вибрации на электрические характеристики антенны. Таким образом, имеющийся технический результат дает основание сделать вывод о наличии изобретательского уровня.

На фиг. 1 и 2 буквами и цифрами обозначены: l - длина плеча вибратора, D - диаметр вибратора, 1 - цилиндрическая часть плеча вибратора, 2 - коническая часть плеча вибратора, 3 - шунт, 4 - печатная плата, 5 - коаксиальный кабель, 6 - оплетка кабеля, 7 - внутренний провод кабеля, 8 - ленточный проводник фидера, 9 - металлизированные участки платы.

Предложенная антенна состоит из двух полых симметричных цилиндрических плеч - 1. Длина плеча вибратора - l = 0,28λmax (где λmax - максимальная длина волны рабочего диапазона антенны), диаметр - D = 0,38l. При толстом вибраторе и тонком 0,012l коротком 0,4l шунте среднее значение входного сопротивления шунтового вибратора имеет не сотни, а десятки Ом, что позволяет обойтись без согласующих устройств при использовании коаксиального фидера.

Гальваническое соединение конца оплетки 5 кабеля 6 с серединой шунта 3 (в точке нулевого потенциала) и внутреннего проводника 7 кабеля 5 к ленточному проводнику 8, проходящему над шунтом 3 и металлизированной частью 9 печатной платы 4, позволило направить высокочастотную энергию вдоль ленточного проводника 8 к точке возбуждения антенны и т.о. обойтись без использования громоздкого конического симметрирующего трансформатора, т. е. уменьшить габариты в 3 раза. При этом антенный эффект фидера был пренебрежимо мал.

Влияние токов шунта на диаграмму направленности антенны устранено путем экранирования шунта 3 полыми плечами вибратора 1, 2, т.е. размещением печатного монтажа платы 4 внутри полых плеч вибратора.

Благодаря печатному монтажу достигнута неизменность геометрии шунта 3 и ленточного проводника фидера 8, несмотря на их малые поперечные размеры по сравнению с их длиной, что важно при эксплуатации антенны на подвижных объектах, когда возможны тряска и ударные нагрузки.

Предлагаемая конструкция шунтового вибратора позволила получить равномерные ДН в пл. Н в диапазоне частот 100 ^oC 400 МГц (см. экспериментальные кривые на фиг. 3 и 4) при КБВ ≥ 0,4 (см. фиг. 5).

Благодаря малым габаритам и высоким электрическим характеристикам антенна может найти широкое применение на судах в качестве антенны радиосвязи в диапазоне МВ-ДМВ с другими судами и самолетами.

Формула изобретения

Симметричный вибратор с полыми плечами, с шунтом и коаксиальным фидером, отличающийся тем, что в полых плечах вибратора вдоль оси выполнены продольные пазы, в которых размещена печатная плата с шунтом, ленточным проводником фидера и двумя, левой и правой, металлизированными поверхностями так, что металлические плечи вибратора являются экраном для шунта, концы которого соединены с металлизированными поверхностями, к центру шунта присоединен конец оплетки коаксиального фидера, внутренняя жила которого соединена с концом ленточного проводника фидера, проложенного вдоль левой или правой половины шунта с противоположной от него стороны подложки и развернутого на 180^o в сторону правой или левой металлизированной поверхности соответственно и соединенного с нею, края металлизированной поверхности гальванически соединены с кромками пазов полых плеч вибратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5