S-образная антенна

 

Изобретение предназначено для использования в радиотехнических устройствах радиовещания, телевидения и связи в ультракоротковолновом диапазоне волн. Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента направленного действия. Для этого в антенне в виде витка из провода, расположенного вдоль сторон двух квадратов, размещенных вдоль общей диагонали один за другим и двухпроводной линии питания, подключаемой к двум ближайшим накрестлежащим разомкнутым сторонам разных квадратов, параллельно первым двум виткам, соосно с ними, один за другим вдоль оси, перпендикулярной общей диагонали и проходящей через ее середину, располагаются дополнительные вторые, третьи и последующие витки. Двухпроводная линия при этом может быть подключена последовательно к первым и последующим виткам. Расстояние между первыми, вторыми и последующими витками составляет четверть длины электромагнитной волны, первые витки удлинены, а третьи укорочены относительно вторых витков, к которым и подключена в этом случае двухпроводная линия питания. Кроме того, линейные размеры первых, вторых и всех последующих витков, как и расстояния вдоль двухпроводной линии питания в местах ее подключения к ним, изменяются по логарифмическому закону, а подключение первых, вторых и последующих витков к этой линии осуществляется перекрестно. 4 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств радиовещания, телевидения и радиосвязи в ультракоротковолновом диапазоне частот.

Известны антенны в виде провода, расположенного вдоль сторон квадратов, размещенных вдоль общей диагонали последовательно один за другим и двухпроводной линии питания [1].

Недостатками такой антенны являются сравнительная невысокая направленность и малая широкополостность.

Известны также усложненные конструкции антенн [2], которые имеют более высокую направленность за счет использования слабонаправленных элементов, расположенных один за другим.

Целью изобретения является увеличение КНД и расширения диапазона рабочих частот.

Для этого предлагается S-образная антенна в виде провода, расположенного вдоль сторон двух квадратов, размещенных вдоль общей диагонали последовательно один за другим и двухпроводной линии питания, которая подключается к двум ближайшим накрестлежащим разомкнутым сторонам разных квадратов. Параллельно первым двум виткам, соосно с ними, один за другим вдоль оси, перпендикулярной общей диагонали и проходящей через ее середину, расположены дополнительные вторые, третьи и т.д. по два витка. Двухпроводная линия питания подключена последовательно к первым, вторым, третьим и т.д. виткам.

Двухпроводная линия питания может быть подключена только к первым виткам, причем расстояния между первым, вторым, третьим и т.д. витками составляют при этом четверть длины электромагнитной волны, а вторые витки удлинены, третьи - укорочены относительно первых на несколько процентов.

Линейные размеры первых, вторых и последующих витков и расстояния вдоль двухпроводной линии питания между точками ее подключения к первым, вторым и т.д. виткам изменяются по логарифмическому закону, причем подключения витков к двухпроводной осуществляются через один перекрестно.

Изобретение поясняется чертежами, на которых: фиг. 1 - элемент антенны; фиг. 2 - S-образная антенна с последовательным питанием элементов; фиг. 3 - S-образная антенна с пассивным возбуждением элементов.

S-образная антенна состоит из провода, расположенного вдоль сторон двух квадратов (фиг. 1) 1-2-3-4-5-6-7-8, размещенных вдоль общей диагонали 3-6 последовательно один за другим и двухпроводной линии питания, подключенной в точках 1 и 8 к двум ближайшим накрестлежащим разомкнутым сторонам 1-2 и 7-8 разных квадратов. Параллельно первым двум виткам 1-2-3-4-5-6-7-8, которые далее обозначаются на фиг. 3 позицией 19, соосно с ними, один за другим, вдоль оси, перпендикулярной общей диагонали 3-6 (фиг. 1) и проходящей через ее середину, расположены дополнительные вторые 20, третьи 21 и т.д. по два витка, двухпроводная линия 22 подключается при этом только к первым виткам.

В другом варианте антенны (фиг. 2) двухпроводная линия питания 12 подключается последовательно к первым 9, вторым 10, третьим 11 и т.д. виткам в точках 13-14, 15-16 и 17-18 соответственно.

Линейные размеры первых 9, вторых 10 и третьих 11 и т.д. витков и расстояния 13-15; 15-17 вдоль двухпроводной линии в точках ее подключения 13-14 к виткам 9, 15-16 к виткам 10, 17-18 к виткам 11 изменяются по логарифмическому закону, а подключение витков 9, 10 и 11 к двухпроводной линия осуществляются через один перекрестно. Это означает, что если левый провод двухпроводной линии питания 12 подключается к правой стороне витков 9 и 11 в точках 13 и 17, а провод 12 - к левой стороне витков в точках 14 и 18, то правый провод 12 подключается к правой стороне витков 10 в точке 15, а левый провод 12 - к левой стороне витков 10 в точке 16.

S-образная антенна работает следующим образом. При подключении высокочастотного генератора (не показан) при помощи двухпроводной линии питания 1-8 вдоль проводов антенны 8-7-6-5 и 1-2-3-4, которые можно рассматривать как длинную линию с переменным расстоянием между проводами устанавливается режим стоячей волны тока с пучностью по середине провода 4-5. При стороны квадрата около четверти электромагнитной волны узлы распределений тока располагаются в точках 4, 2 и 5, 7, а пучности распределений тока - в точках 3, 6, 1 и 8. В фиксированный момент времени направление тока вдоль сторон квадратов 1-2 и 7-8 совпадают и изменяют направление на противоположное в узлах 5, 7 и 2, 4. Токи вдоль сторон квадратов I₁₂, I₂₃ и т.д. можно разложить на составляющие параллельные и перпендикулярные общей диагонали 3-6. В направлениях, перпендикулярных плоскости квадратов, составляющие поля излучения от токов, параллельных общей диагонали и расположенных справа и слева от нее, например от I₁₂ и I₄₅, а также от токов на верхних и нижних сторонах квадрата, например I₁₂ и I₂₃, взаимно компенсируются из-за их противоположной направленности. В то же время все составляющие поля излучения от токов, перпендикулярных общей диагонали, складываются и формируют максимум диаграммы направленности. Поскольку в плоскости, проходящей через общую диагональ, поле формируется токами обоих квадратов, диаграмма направленности имеет меньшую ширину, чем в плоскости ортогональной.

В случае, когда параллельно первым двум виткам 9 размещены вторые 10, третьи 11 и т.д., по два витка, соединенные последовательно двухпроводной линией 12 через четверть длины волны, поля излучения от этих витков складываются в направлении распространения электромагнитной волны вдоль линии 12 (фиг. 2).

Это сложение обеспечивается опережением по фазе поля последующих витков, например витков 10, по отношению к полю витков 9 за счет более близкого расположения витков 10 к точке наблюдения и отставания по фазе возбуждения токов по двухпроводной линии питания витков 10 относительно витков 9. Постоянные распространения электромагнитного поля в свободном пространстве и высокочастотного тока вдоль двухпроводной линии питания 12 отличаются при этом незначительно. В направлении противоположном распространению электромагнитной волны вдоль линии 12 поля от витков 9 и 10 противофазны, поскольку расстояние между ними около четверти электромагнитной волны и виток 9 ближе к точке наблюдения, чем виток 10 также на четверть волны.

В другом варианте, когда двухпроводная линия питания 22 (фиг. 3) подключена только к первым двум виткам 19, направленное излучение в сторону от витков 20 к виткам 19 и далее к виткам 21 достигается опережением по фазе токов, наводимых в витках 20, играющих роль рефлектора и отставания по фазе токов, наводимых в витках 21, и последующих, играющих роль директоров.

Для этого в рефлекторе 20 необходимо иметь индуктивный характер сопротивления, а в директоре 21 и последующих - емкостной характер. Витки 20, эквивалентные двухпроводной линии протяженностью в длину волны, короткозамкнутой на конце, удлиняются, а витки 21 - укорачиваются на несколько процентов относительно витков 19.

Кроме того, в варианте фиг. 2 за счет увеличения размеров от первых 9 ко вторым 10 и далее третьим 11 и последующим виткмам, а также расстояний 13-15, 15-17 и т.д. между ними по логарифмическому закону, на каждой из частот логопериодического ряда поле излучения формируют ближайшие три по два витка, один из которых, например виток 9, играют роль директора, другие два, например витки 10 и 11, - роль активного вибратора и рефлектора. С изменением частоты роль резонирующих элементов переходит далее к десятым, одиннадцатым и последующим трем-четырем виткам. Их перекрестное подключение через один позволяет суммировать принимаемое в направлении от десятых витков к девятым высокочастотное поле и после его преобразования в высокочастотные токи складывать эти токи в двухпроводной линии питания 12. Это приводит к увеличению направленности и широкополостности антенны.

Литература 1. Журнал Радио, 1971 г., N 11, стр. 35-36.

2. Айзенберг Г.З., "Коротковолновые антенны", - М.: Связьиздат, 1962 г., стр. 261, 478, 596.

Формула изобретения

1. S-образная антенна в виде витка из провода, расположенного вдоль сторон двух квадратов, размещенных вдоль общей диагонали последовательно один за другим и двухпроводной линии питания, отличающаяся тем, что двухпроводная линия питания подключается к витку провода в двух ближайших накрестлежащих разомкнутых сторонах разных квадратов.

2. S-образная антенна по п.1, отличающаяся тем, что параллельно первому витку, соосно с ним, один за другим вдоль оси, перпендикулярной общей диагонали и проходящей через ее середину, расположены дополнительные вторые, третьи и последующие витки.

3. S-образная антенна по п.2, отличающаяся тем, что двухпроводная линия питания подключена последовательно к первому, второму, третьему и последующим виткам.

4. S-образная антенна по п.2, отличающаяся тем, что расстояние между первым, вторым, третьим и последующими витками составляет четверть длины электромагнитной волны, причем второй виток удлинен, а третий и последующие витки укорочены относительно первого.

5. S-образная антенна по п.3, отличающаяся тем, что линейные размеры первого, второго и последующих витков, как и расстояния вдоль двухпроводной линии питания в точках ее подключения к виткам, изменяются по логарифмическому закону, а подключение первого, второго и последующих витков к этой линии осуществляется через один перекрестно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3