Биконическая антенна

 

Биконическая антенна относится к области антенной техники и предназначена для использования в радиотехнических системах различного назначения, в частности в судовых системах радиосвязи. Техническим результатом является увеличение коэффициента усиления в направлении линии горизонта. Биконическая антенна состоит из двух металлических конусов, соединенных вершинами, и содержит N шунтов, выполненных в виде отрезков проводников, соединяющих кромки конусов, при этом отрезки проводника выполнены из двух равных частей, смещенных одна относительно другой на угол α = 360^o/2N, расположенных с равным угловым смещением вокруг оси конусов и соединенных одна с другой посредством проводящих перемычек, размещенных в плоскости, проходящей через вершину конусов перпендикулярно их оси. Над основаниями конусов установлены отражатели, поверхность которых образована вращениями вокруг оси конусов образующих, изменяющихся по закону Y = ±(1,89ехр0,052Х)+Н при 0≤Х≤(1,0-1,5) λ_макс, где Н - высота конусов; λ_макс - максимальная длина волны рабочего диапазона длин волн, ось Y совпадает с осью конусов, а начало координат совпадает с геометрическим центром антенны, при этом λ_макс, Н и Х измеряются в сантиметрах. 1 ил.

Биконическая антенна относится к области антенной техники и предназначена для использования в радиотехнических системах различного назначения, в частности в судовых системах радиосвязи.

Известна биконическая антенна /1/, состоящая из двух металлических конусов, соединенных вершинами, и содержащая N шунтов, расположенных между основаниями конусов по окружности с угловым интервалом Ψ = 360^o/N параллельно оси вибраторов, при этом отношение крайних частот рабочего диапазона равно f_мах/f_мин = 3,2.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является биконическая антенна /2/, выбранная в качестве прототипа, содержащая N шунтов, выполненных в виде отрезков проводников из двух равных частей, смешенных одна относительно другой на угол α = 360^o/2N, расположенных с равным угловым смещением вокруг оси конусов и соединенных одна с другой посредством введенных проводящих перемычек, размещенных в плоскости, проходящей через вершину конусов перпендикулярно их оси. Как биконическая антенна /1/, так и биконическая антенна /2/ имеют общий недостаток - сравнительно низкий коэффициент усиления в направлении линии горизонта, обусловленный конечными размерами биконической антенны.

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

Указанная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем N шунтов, выполненных в виде отрезков проводника, соединяющих кромки оснований конусов, при этом отрезки проводника выполнены из двух равных частей, смещенных одна относительно другой на угол α = 360^o/2N, расположенных с равным угловым смещением вокруг оси конусов и соединенных одна с другой посредством проводящих перемычек, размещенных в плоскости, проходящей через вершины конусов перпендикулярно их оси, согласно изобретению над основаниями конусов установлены отражатели, поверхность которых образована вращением вокруг оси конусов образующей, изменяющейся по закону Y = ±(1,89exp0,052Х)+H при 0≤X≤(1,0-1,5) λ_макс, где H - высота конуса, λ_макс - максимальная длина волны рабочего диапазона длин волн, ось Y совпадает с осью конусов, а начало координат совпадает с геометрическим центром антенны, при этом λ_макс, H и X измеряются в сантиметрах. Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая биконическая антенна отличается наличием новых элементов - над основаниями конусов установлены отражатели, поверхность которых образована вращением вокруг оси конусов образующей, изменяющейся по закону Y = ±(1,89exp0,052X)+H при 0≤X≤(1,0-1,5) λ_макс, где H - высота конуса, λ_макс - - максимальная длина волны рабочего диапазона длин волн, ось Y совпадает с осью конусов, а начало координат совпадает с геометрическим центром антенны, при этом λ_макс, H и X измеряются в сантиметрах. 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 их в биконическую антенну с указанными размерами и связями обеспечивает устройству такое новое свойство, как повышение коэффициента усиления в направлении линии горизонта, за счет введения отражателей, поверхность которых образована вращением вокруг оси конусов образующих, изменяющихся по определенному закону с указанными выше размерами.

Изобретение имеет изобретательский уровень, так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники, Изобретение является промышленно применительным, так как оно может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

Сущность изобретения поясняется посредством чертежа и последующего описания.

На чертеже представлен общий вид биконической антенны, где: 1; 2 - металлические конусы; 3 - генератор; 4, 5 - отрезки проводников шунта; 6 - перемычка проводящая; 7, 8 - отражатели; 9, 10 - образующая отражателя.

Конструктивно биконическая антенна состоит из двух металлических конусов 1, 2, соединенных вершинами и содержит N шунтов, выполненных в виде отрезков проводников 5, 6, соединяющих кромки оснований конусов 1, 2, при этом отрезки проводника выполнены из двух равных частей, смещенных одна относительно другой на угол α = 360^o/2N, расположенных c равным угловым смещением вокруг оси конусов и соединенных одна с другой посредством проводящих перемычек 6, размещенных в плоскости, проходящей через вершину конусов перпендикулярно их оси. Над основаниями конусов 1, 2 установлены отражатели 7, 8, поверхность которых образована вращением вокруг оси конусов образующих 9, 10, изменяющихся по закону Y=±(1,89exp0,052X)+H при 0≤X≤(1,0-1,5) λ_макс, где H - высота конуса, λ_макс - максимальная длина волны рабочего диапазона длин волн, ось Y совпадает с осью конусов, а начало координат совпадает с геометрическим центром антенны, при этом λ_макс, H и X измеряются в сантиметрах.

Биконическая антенна работает следующим образом.

При подаче высокочастотного сигнала от генератора 3 в биконической антенне возбуждаются электрические токи, которые формируют излучение с круговой диаграммной направленности в горизонтальной плоскости. Установка над основаниями конусов 1, 2 отражателей 7, 8 приводит к перехвату наибольшей части излученной в вертикальной плоскости энергии и концентрации ее в направлении линии горизонта, а выполнение поверхности отражателя путем вращения вокруг оси конусов образующих 9, 10, изменяющихся по закону Y = ±(1,89exp0,052X)+H обеспечивает синфазность поля по раскрыву, и позволяет повысить эффективность излучения антенны вдоль линии горизонта во всем круговом секторе. При выбранном значении образующих 9, 10 отражателя 0≤X≤(1,0-1,5) λ_макс обеспечивается оптимальная концентрация отраженного излучения вдоль линии горизонта. При X < λ_макс концентрация энергии в направлении линии горизонта снижается вследствие затекания части излученной в вертикальной плоскости энергии за края отражателя, что приводит к снижению коэффициента усиления антенны. При X≥1,5 λ_макс концентрация энергии вдоль линии горизонта увеличивается незначительно, но значительно увеличиваются габариты антенны. Размеры поверхности отражателя и закон изменения образующих подбирался эмпирическим путем по максимальной величине реализации выигрыша коэффициента усиления в направлении линии горизонта.

Результаты макетирования и экспериментального исследования показали, что введение отражателей, поверхность которых образована вращением вокруг оси конусов образующей, изменяющейся по закону Y = ±(1,89exp0,052X)+H с указанными выше размерами, обеспечивает выигрыш в коэффициенте усиления в направлении линии горизонта на 3,5-4 дБ по сравнению с прототипом.

Источники информации 1. Айзенберг Г.З. Антенны УКВ. т.1, Москва, Связь, 1977, с. 187.

2. Авт. св. RU 2022428 С1, Н 01 Q 13/04, 30.10.1994.

Формула изобретения

Биконическая антенна, содержащая N шунтов, выполненных в виде отрезков проводника, соединяющих кромки оснований конусов, при этом отрезки проводника выполнены из двух равных частей, смещенных одна относительно другой на угол α = 360^o/2N, расположенных с равным угловым смещением вокруг оси конусов и соединенных одна с другой посредством проводящих перемычек, размещенных в плоскости, проходящей через вершину конусов перпендикулярно их оси, отличающаяся тем, что над основаниями конусов установлены отражатели, поверхность которых образована вращением вокруг оси конусов образующей, изменяющейся по закону Y= ± (1,89exp0,052x)+H при 0 ≤ X ≤ (1,0 - 1,5)λ_макс, где Н - высота конуса, λ_макс - максимальная длина волны рабочего диапазоне длин волн, ось Y совпадает с осью конусов, а начало координат совпадает с геометрическим центром антенны, при этом λ_макс, Н и Х измеряются в сантиметрах.

РИСУНКИ

Рисунок 1