Двухдиапазонная антенна (варианты)

 

Изобретение относится к линейно-поляризованным антеннам и может работать в двух диапазонах с отношением частот, равным приблизительно двум. Изобретение представляет собой печатный неразрезной вибратор на одной стороне диэлектрического листа и расположенный параллельно ему на половине длины разомкнутый шлейф и дополнительные перпендикулярные шлейфы (последние могут отсутствовать) на обратной стороне листа, причем внешний и внутренний проводники коаксиального кабеля могут присоединяться к вибратору или шлейфам. Для однонаправленного излучения в двух диапазонах вибратор располагается над экраном на высоте, не превышающей 0,25 средней длины первого диапазона. Для перемещения полосы частот в сторону более высоких частот параллельно вибратору располагается пассивный вибратор меньшей длины, имеющий с ним электромагнитную связь. Предлагается также непечатный вариант антенны, где используются неразрезной вибратор и согласующе-симметрирующий разомкнутый шлейф, параллельный вибратору, а также перпендикулярный им обоим согласующий проводник. Внешний и внутренний проводники коаксиального волновода могут присоединяться как к неразрезному вибратору, так и к шлейфу. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области вибраторных антенн и может быть использовано в радиосвязи, телевидении и радиовещании.

Известно, что на практике в основном используют симметричные полуволновые и одноволновые вибраторы, имеющие два главных лепестка. Для получения однонаправленного излучения их помещают перед экраном.

Использование одноволнового вибратора затруднено из-за сложности согласования с коаксиальным фидером, так как его входное сопротивление имеет значительную величину, хотя вследствие своей большей протяженности он несколько эффективнее, чем полуволновый и имеет усиление 1,8 дБ по отношению к полуволновому вибратору.

Однако на практике часто возникает необходимость приема на одну и ту же антенну передач разных частот, например метрового и дециметрового диапазонов. Решить эту задачу с помощью известных антенн (симметричных вибраторов в свободном пространстве или над экраном) невозможно вследствие сложности согласования и симметрирования вибратора.

Решение этой технической задачи можно достигнуть, если использовать неразрезной вибратор с новым согласующе-симметрирующим устройством, который в отличие от обычного симметричного разрезного вибратора имеет хорошее согласование с 50- или 75-омным кабелем при работе как в полуволновом, так и одноволновом режиме.

Следовательно, наиболее близким по технической сущности к изобретению является обычный цилиндрический или любой другой формы вибратор, в том числе ленточный печатный неразрезной вибратор длиной в полволны и одну волну.

Изобретение позволяет использовать одну и ту же антенну для приема или передачи сигналов в двух разнесенных частотных диапазонах. Эта цель для печатных ленточных вибраторов достигается тем, что в качестве излучателя применен неразрезной вибратор, расположенный на одной стороне диэлектрического листа, к которому в середине присоединен центральный или внешний проводник (оплетка) коаксиального кабеля или соединителя. На обратной стороне листа под вибратором расположено согласующе-симметрирующее устройство, состоящее из параллельного на половине длины вибратора основного шлейфа и перпендикулярных ему дополнительных шлейфов длиной от нуля до четверти длины волны. К согласующе-симметрирующему устройству присоединен соответственно внешний или внутренний проводник коаксиального фидера или соединителя.

Для перемещения в основном 2-го поддиапазона в сторону более высоких частот предлагается вблизи вибратора располагать пассивный вибратор (цилиндрический или плоский, или другой формы) длиной меньше длины самого активного вибратора.

Для излучателей над экраном в свободном полупространстве (без диэлектрического листа) эта цель достигается применением полуволнового неразрезного вибратора и четвертьволнового разомкнутого шлейфа, параллельного основному вибратору, причем центральный проводник коаксиального кабеля соединяется со шлейфом или центром вибратора, а оплетка кабеля (внешний проводник) соединяется соответственно с полуволновым вибратором в его середине или со шлейфом у его конца. Для согласования и лучшего симметрирования используется металлическая стойка-крепление, внутри которого может проходить кабель питания.

Не было обнаружено решений со сходными признаками, поэтому предлагаемая антенна соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства в печатном исполнении для получения однонаправленного излучения в 2-х частотных диапазонах. На фиг. 2 и 3 показаны неразрезной активный и пассивный вибраторы и согласующе-симметрирующее устройство (без экрана). На фиг.4 и 5 показаны проволочные (в виде трубок или стержней) варианты антенны, причем на фиг.4 центральный проводник кабеля присоединен к шлейфу, а внешний проводник - к центру неразрезного вибратора; на фиг.5 - центральный проводник кабеля присоединен к полуволновому неразрезному вибратору в его середине, а внешний проводник кабеля - к шлейфу у его конца; на фиг.6 представлены кривые коэффициента стоячей волны от частоты в 2-х диапазонах печатной антенны; на фиг.7 - типичная диаграмма направленности в плоскости E этой антенны в 2-х диапазонах частот с печатным полосковым вибратором.

Устройство содержит четвертьволновый отрезок - основной шлейф 1 ( длина волны берется 1-го диапазона), неразрезной активный вибратор 2, пассивный вибратор 3, дополнительные шлейфы 4 и 5, диэлектрический лист 6, экран 7, возбудитель 8, к которому присоединяется кабель питания. Пассивный вибратор 3 расположен сверху активного вибратора 2. Можно видеть, что пассивный вибратор 3 расположен несимметрично относительно точки питания вибратора. Пассивный вибратор 3 не имеет контакта с активным вибратором 2.

Длина вибратора 2 и основного шлейфа 1 и их ширина, а также длина и ширина пассивного вибратора 3 и его расположение определяют среднюю резонансную частоту антенну в первом и втором диапазонах частот и ее широкополосность.

Для смещения полосы частот в основном 2-го диапазона в сторону более высоких частот изменения ширины полосы пропускания пассивный вибратор 3, который обычно имеет меньшую длину, чем сам активный вибратор 2, должен иметь достаточно сильную электромагнитную связь с активным вибратором 2. Величина связи регулируется изменением длины и ширины пассивного вибратора 3 и его расположением. Чем больше связь, тем сильнее воздействие пассивного вибратора. Вибратор размещен над экраном 7 на высоте H, которая может меняться приблизительно от 0,05 длины волны до 0,25 длины волны первого диапазона.

На фиг.6 изображен график зависимости КСВ от частоты при наличии пассивного вибратора и без него печатной антенны со следующими параметрами: длина вибратора L= 685 мм, его ширина W=30 мм, длина шлейфа l=320 мм, его ширина W₁= 50 мм, длина дополнительных шлейфов l₁=50 мм, l₂=50 мм, их ширина 15 мм. Длины плеч пассивного вибратора от точки питания L₁=290 мм, L₂=130 мм. Пассивный вибратор 3 может быть, например, выполнен на стеклотекстолите толщиной 1,5 мм с относительной диэлектрической проницаемостью ε=3. Материал диэлектрического листа, на котором выполнены вибратор и шлейфы, стеклотекстлит толщиной 3 мм и ε=3,5. Расстояние до экрана H=150 мм. Размеры экрана 1000 мм ·800 мм.

КСВ антенны меньше 2,5 в полосе частот 200 - 240 МГц и 445 - 495 МГц без пассивного вибратора и 204 - 245 МГц и 450 - 511 МГц в присутствии пассивного элемента.

На фиг. 7 изображены диаграммы направленности антенны в плоскости E на частотах 210 МГц и 500 МГц. Ширина диаграммы направленности в первом диапазоне приблизительно 60^o, во втором - 30-35^o. Диаграмма направленности в плоскости H приблизительно 70-90^o.

Антенна с проволочными вибраторами, показанная на фиг.4, содержит четвертьволновый отрезок - основной шлейф 1 (длина волны берется 1-го диапазона), неразрезной полуволновый вибратор 2, металлическую стойку- согласователь 3, подставку из диэлектрика 4, экран 5, кабель 6, который своим центральным проводником присоединен к шлейфу 1, а внешним проводником - к вибратору 2.

На фиг. 5 показана антенна с проволочными вибраторами, но центральный проводник коаксиальной линии присоединен к центру вибратора, а внешний проводник -к шлейфу. На этой фигуре 1 - неразрезной вибратор длиной полволны 1-го диапазона, 2 - разомкнутый отрезок - шлейф длиной приблизительно в четверть длины волны 1-го диапазона, 3 - металлическая стойка, 5 - экран, 6 - коаксиальный кабель.

Антенна, показанная на фиг. 5, при испытании имела следующие размеры: длина разомкнутого шлейфа 150 мм, его диаметр 6 мм, длина неразрезного вибратора 270 мм, его диаметр 4 мм, длина металлической стойки 100 мм, ее диаметр 15 мм, высота над экраном 100 мм. Ее КСВ не хуже 2,5 в полосе частот 500 - 540 МГц и 3,5 в полосе 1150 - 1180 МГц, усиление примерно 7 дБ в первом диапазоне и 9 дБ во втором.

Формула изобретения

1. Двухдиапазонная антенна, содержащая неразрезной вибратор и электромагнитно связанный с ним на одной половине разомкнутый отрезок проводника и коаксиальную линию, отличающаяся тем, что введены экран и металлическая стойка, внешний проводник коаксиальной линии присоединен к разомкнутому отрезку проводника и к металлической стойке, а центральный проводник присоединен к неразрезному вибратору.

2. Двухдиапазонная антенна, содержащая неразрезной вибратор и электромагнитно связанный с ним разомкнутый отрезок проводника, к которым присоединены соответственно внешний и внутренний проводники коаксиальной линии, отличающаяся тем, что введены экран и металлическая стойка с присоединенной к ней внешним проводником коаксиальной линии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7