Биквадратная вибраторная антенна

 

Изобретение предназначено для использования в радиотехнических устройствах радиовещания, телевидения и связи ультракоротковолнового диапазона частот. Техническим результатом является повышение коэффициента направленного действия. Сущность изобретения: в антенне в виде двух витков проводов, расположенных по сторонам двух квадратов, размещенных вдоль общей диагонали, двухпроводная линия питания подключается к любым из двух ближайших накрест лежащих сторон разомкнутых между собой 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 по два витка. Двухпроводная линия питания при этом подключается последовательно к первым, вторым и последующим виткам. Расстояние между первыми, вторыми и последующими витками может составлять четверть длины электромагнитной волны, при этом первые витки укорочены, а третьи и последующие витки удлинены относительно вторых витков, к которым и подключена двухпроводная линия питания. Линейные размеры первых, вторых и последующих витков и расстояния вдоль двухпроводной линии питания в местах ее подключения к виткам 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 двух витков проводов, расположенных по сторонам двух квадратов, размещенных вдоль общей диагонали последовательно один за другим и двухпроводной линии питания [1].

Недостатком такой антенны является сравнительно невысокая направленность, малая широкополосность, малая величина входного сопротивления.

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

Целью изобретения является увеличение КНД, расширение диапазона рабочих частот, увеличение входного сопротивления.

Для этого предлагается биквадратная вибраторная антенна в виде двух витков проводов, расположенных по сторонам двух квадратов, размещенных вдоль общей диагонали последовательно один за другим, и двухпроводной линии питания, которая подключается к любым из двух ближайших накрест лежащих сторон разомкнутых между собой квадратов. Позади двух витков может быть установлен плоский рефлектор. 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 последующие по два витка. Двухпроводная линия питания при этом подключается последовательно к первым, вторым и последующим виткам.

Расстояние между первыми, вторыми и последующими витками может составлять четверть длины электромагнитной волны, при этом вторые витки укорочены, а третьи и последующие витки удлинены относительно первых, к которым и подключена двухпроводная линия питания.

Линейные размеры первых вторых и последующих витков и расстояния вдоль двухпроводной линии питания в местах ее подключения к виткам изменяются по логарифмическому закону, а подключение первых, вторых и последующих витков к этой линии осуществляется перекрестно.

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

Биквадратная вибраторная антенна состоит из проводов, расположенных по сторонам двух квадратов 1-2-3-4-5 и 6-7-8-9-10, размещенных вдоль общей диагонали, соединяющей мысленно точки 3 и 8, один за другим (фиг.1). Двухпроводная линия питания (на чертеже не показана) подключается к точкам 1 и 10 двух ближайших накрест лежащих сторон 1-2 и 9-10 разомкнутых между собой в точках 5 и 6 квадратов. Параллельно первым двум виткам 1-2-3-4-5 и 6-7-8-9-10, обозначенным позицией 22 (с двухпроводной линией питания 24 (фиг.3)), соосно сними, один за другим, вдоль общей оси, перпендикулярной общей диагонали 3-8 и проходящей через ее середину, расположены дополнительные вторые 21, третьи 23 и т.д. витки.

Расстояние между соседними витками 21, 22 и 23 составляет четверть длины электромагнитной волны.

В другом варианте антенны (фиг.2) двухпроводная линия питания 14 подключена последовательно в точках 15 и 16 к первым виткам 11, в точках 17 и 18 ко вторым виткам 12, в точках 19 и 20 к третьим виткам 13 и т.д. через четверть длины электромагнитной волны.

Линейные размеры первых 11, вторых 12, третьих 13 и последующих витков и расстояния 15-17, 17-19 и последующие вдоль двухпроводной линии питания 14 в точках ее подключения к виткам могут изменяться по логарифмическому закону, а подключение витков 11, 12 и 13 к двухпроводной линии питания осуществляется через один перекрестно.

При этом левый провод двухпроводной линии питания 14 подключается к точкам 15 витка 11, 19 витка 13 и 18 витка 12, а правый провод 14 к точкам 16 и 20 витков 11 и 13 и точке 17 витка 12.

Биквадратная вибраторная антенна работает следующим образом. При подключении высокочастотного генератора (на фиг.1 не показан) посредством двухпроводной линии к точкам 1-10 антенны вдоль проводов 1-2-3-4-5 и 10-9-8-7-6, которые можно рассматривать как длинную линию с переменным расстоянием между проводами, разомкнутую на конце в точках 5 и 6, устанавливается режим стоячей волны тока с узлами в точках 5, 6, 3, 8 и пучностями в точках 2, 4, а также 7, 9 при длине стороны квадрата около четверти электромагнитной волны.

В фиксированный момент времени направления токов вдоль сторон квадратов соответствуют направлениям 6-7-8 и 10-9-8, 3-2-1 и 3-4-5. Эти токи вдоль сторон квадратов J с индексом 12, J с индексом 23 и последующие могут быть разложены на составляющие, параллельные и перпендикулярные общей диагонали 3-8.

В направлениях, перпендикулярных плоскости квадратов, составляющие поля излучения в дальней зоне от токов, перпендикулярных общей диагонали и расположенных симметрично справа и слева от нее, например J с индексом 12 и J с индексом 45, а также от токов на верхних и нижних сторонах одного и того же квадрата, например J с индексом 12 и J с индексом 23, взаимно компенсируются из-за их противоположной направленности.

Составляющие же полей излучения от токов, параллельных общей диагонали 3-8, складываются и формируют максимум диаграммы направленности в направлениях, перпендикулярных плоскости квадратов и проходящих через середину общей диагонали.

Если параллельно первым двум виткам 11 размещены вторые 12, третьи 13 витки и последующие, соединенные через четверть длины электромагнитной волны двухпроводной линией питания 14 (фиг.2), то поля излучения этих витков складываются в направлении распространения электромагнитной волны вдоль 14.

Такое сложение обеспечивается опережением по фазе поля последующих витков, например, 12 по отношению к полю предыдущих витков 11 за счет более близкого расположения к точке наблюдения витков 12 и отставания по фазе возбуждения токов вдоль двухпроводной линии питания 14 витков 12 относительно 11.

В направлении, противоположном распространению электромагнитной волны вдоль 14, поля витков 11 и 12 противофазны, поскольку расстояние между ними около четверти длины волны и виток 11 ближе витка 12 к этой точке наблюдения еще дополнительно на четверть длины этой же волны.

Скорости распространения электромагнитного поля в свободном пространстве и высокочастотного тока вдоль двухпроводной линии отличаются несущественно.

Еще в одном варианте, когда двухпроводная линия питания 24 (фиг.3) подключена только к первым двум виткам 22, направленное излучение в сторону от витков 21 к 22 и далее к 23 достигается опережением по фазе токов, наводимых в витках 21, играющих роль рефлектора, и отставанием по фазе токов, наводимых в витках 23 и последующих, играющих роль директоров по отношению к виткам 22. Для этого в витках рефлектора 21 необходимо иметь индуктивный характер сопротивления и в директоре 23 и последующих за ним витках - емкостной характер. При этом витки 21, эквивалентные длинной линии протяженностью в одну длину волны, разомкнутую на конце, укорачиваются, а витки 23 удлиняются относительно длины витков 22. В варианте согласно фиг.2 размеры витков от 11 к 13 и последующим за ними виткам, а также расстояния 15-17 и 17-19 и последующие могут увеличиваться по логарифмическому закону. При этом на каждой из резонансных частот логопериодического ряда поле излучения формируют соседние три витка, одни из которых, например 11, играют роль директора, а другие, например 13, - роль рефлектора. С увеличением длины электромагнитной волны роль резонирующих элементов переходит далее к 12-м, 13-м и последующим трем-четырем виткам.

Перекрестное подключение этих витков через один позволяет суммировать поля, принимаемые со стороны 11-х витков и после их преобразования в высокочастотные токи складывать их в двухпроводной линии питания 14. Это приводит к увеличению направленности и широкополосности антенны.

Наличие на входе антенны в точках 1-10 узла распределения токов и пучности распределения напряжения приводит к увеличению входного сопротивления антенны.

Литература 1. Журнал "Радио", 1961. 4, с. 35 и 36.

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

Формула изобретения

1. Биквадратная вибраторная антенна в виде двух витков проводов, расположенных по сторонам двух квадратов, размещенных вдоль общей диагонали один за другим, и двухпроводной линии питания, отличающаяся тем, что двухпроводная линия питания подключена к любым из двух ближайших накрестлежащих сторон разомкнутых между собой квадратов.

2. Биквадратная вибраторная антенна по п.1, отличающаяся тем, что 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 последующие по два витка.

3. Биквадратная вибраторная антенна по п. 2, отличающаяся тем, что двухпроводная линия питания подключена последовательно к первым, вторым, третьим и последующим виткам.

4. Биквадраторная вибраторная антенна по п.2, отличающаяся тем, что расстояние между первыми, вторыми, третьими и последующими витками составляет четверть длины электромагнитной волны, причем вторые витки укорочены, а третьи и последующие витки удлинены относительно вторых.

5. Биквадратная вибраторная антенна по п.3, отличающаяся тем, что линейные размеры первых, вторых, третьих и последующих витков, как и расстояния вдоль двухпроводной линии питания в точках ее подключения к виткам, изменяются по логарифмическому закону, а подключение витков к двухпроводной линии питания осуществляется через один перекрестно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3