Комбинированная двойная шлейф-вибраторная антенна
Владельцы патента RU 2378748:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к антенной технике. Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента усиления. Согласно изобретению комбинированная двойная шлейф-вибраторная антенна содержит три совмещенные антенны. Одна антенна представляет собой неполный зигзагообразный вибратор, состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок. Треугольные рамки расположены в одной вертикальной плоскости одна над другой. Они соединены друг с другом с образованием точек питания антенны. Этот вибратор работает в низкочастотном метровом диапазоне волн. Две другие антенны представляют собой шлейф-вибраторы. Шлейф - вибратор выполнен в виде плоскостной фигуры прямоугольника. Каждый шлейф - вибратор примыкает к соответствующему основанию треугольной рамки неполного зигзагообразного вибратора. Основание каждой треугольной рамки одновременно является и стороной соответствующего шлейф-вибратора. В стороне шлейф-вибратора, расположенной напротив основания рамки, выполнен разрыв. Разрыв заканчивается точками питания шлейф-вибраторов. Эти точки питания накрест соединены с точками питания антенны с помощью соединительных линий. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве как самостоятельных приемных и передающих антенн, так и активного элемента антенных систем телевидения, радиосвязи и радиотехнических устройств.
Зигзагообразные антенны по соотношению коэффициент усиления/затраты являются оптимальными (Григоров И.Н. Антенны. Городские конструкции. - М.: ИП РадиоСофт, 2003, с.195).
Известно изначальное техническое решение зигзагообразной антенны с полотном из восьми замкнутых одинаковых проводников, которые образуют две ромбообразные ячейки. Такие антенны по своей широкополосности выполняются, преимущественно, многоканальными для работы в отдельных телевизионных диапазонах частот метрового диапазона радиоволн (Харченко К.П. УКВ антенны. - М.: ДОСААФ, 1969, с.77-84).
Основным недостатком таких антенн является их значительный конструктивный размер в вертикальной плоскости.
Известна неполная зигзагообразная антенна с уменьшенными размерами при устранении ее верхней (или нижней) половины (Харченко К.П. УКВ антенны. - М.: ДОСААФ, 1969, с.84).
Недостатками этой антенны являются недостаточно высокие характеристики основных параметров.
Известна двойная треугольная антенна, являющаяся одной из разновидностей неполной зигзагообразной антенны (Все об антеннах: Справочник / Сост. В.И.Назаров, В.И.Рыженко. - М.: Оникс, 2007, с.80).
Недостатками этой антенны также являются недостаточно высокие характеристики основных параметров.
Для увеличения рабочей полосы частот в диапазоне метровых волн или для приема - передачи радиоизлучений одновременно в метровом и дециметровом диапазонах радиоволн применяют комбинированные антенны.
Известна универсальная всеволновая антенна (Антенны спутниковые, ТВ, РВ, СИ-БИ, KB, УКВ: Конструкции, каталоги фирм, иллюстрированный обзор публикаций/ Никитин В.А. и др. - М.: ДМК, 1999, с.152-154), которая представляет собой комбинацию веерного широкополосного вибратора метрового диапазона и семиэлементной антенны типа "волновой канал" дециметрового диапазона радиоволн.
Основными недостатками такой антенны являются работа с паразитной вертикальной поляризацией в метровом диапазоне радиоволн и конструктивная сложность при изготовлении антенны.
Из известных решений наиболее близкой по технической сущности к заявляемой антенне является двойная комбинированная треугольная антенна (Все об антеннах: Справочник / Сост. В.И.Назаров, В.И.Рыженко. - М.: Оникс, 2007, с.83, рис.37). На боковых сторонах треугольных рамок двойной комбинированной антенны дополнительно установлены в плоскости полотна по две пары разной длины разомкнутых проводников, которые работают как самостоятельные вибраторы, что позволяет рассматривать двойную комбинированную треугольную антенну как антенну, состоящую из трех совмещенных антенн: неполной зигзагообразной и двух разрезных диполей разных диапазонов.
Основными недостатками антенны-прототипа являются недостаточно высокий коэффициент усиления (КУ) и довольно высокий коэффициент стоячих волн (КСВ) в высокочастотной части рабочего диапазона радиоволн, а также ограниченные возможности по дальнейшему наращиванию коэффициента усиления антенны в избранных участках рабочей полосы или по расширению рабочего диапазона.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое в качестве изобретения техническое решение, состоит в снижении коэффициента стоячих волн и повышении коэффициента усиления в высокочастотной части рабочего диапазона.
Для достижения указанного технического результата в комбинированной двойной шлейф-вибраторной антенне, содержащей три совмещенные антенны, одна из которых представляет собой неполный зигзагообразный вибратор, работающий в метровом низкочастотном диапазоне волн и состоящий из двух одинаковых незамкнутых и расположенных в одной вертикальной плоскости одна над другой и соединенных друг с другом с образованием точек питания антенны, относительно которых антенна симметрична, треугольных рамок, имеющих по одному основанию, две другие антенны работают в высокочастотном диапазоне волн, дополнительно введены короткозамыкающие перемычки, проводники и соединительные линии, две другие антенны работают в метровом и дециметровом диапазоне волн и идентичны друг другу и расположены в одной плоскости с неполным зигзагообразным вибратором, каждая из этих антенн представляет собой шлейф-вибратор, примыкающий к основанию соответствующей треугольной рамки неполного зигзагообразного вибратора, и представляет собой плоскостную фигуру прямоугольник, две стороны которого перпендикулярны основанию соответствующей треугольной рамки неполного зигзагообразного вибратора и образованы короткозамыкающими перемычками, причем основание каждой треугольной рамки определяет рабочий диапазон частот шлейф-вибраторов и одновременно служит и стороной соответствующего шлейф-вибратора, а параллельная основанию треугольной рамки сторона последнего образована из дополнительных проводников, при этом в этой стороне по центру выполнен разрыв с образованием точек питания соответствующего шлейф-вибратора, которые соединительными линиями накрест соединены с соответствующими точками питания антенны. Разрыв выполнен длиной 15-30 мм.
Отличительными признаками предлагаемой комбинированной двойной шлейф-вибраторной антенны от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются следующие:
- дополнительно введены короткозамыкающие перемычки, проводники и соединительные линии,
- два шлейф-вибратора работают в метровом и дециметровом диапазонах волн и идентичны друг другу, расположены в одной плоскости с неполным зигзагообразным вибратором,
- каждый шлейф-вибратор примыкает к основанию соответствующей треугольной рамки неполного зигзагообразного вибратора и представляет собой плоскостную фигуру прямоугольник, две стороны которого перпендикулярны основанию соответствующей треугольной рамки неполного зигзагообразного вибратора и образованы короткозамыкающими перемычками,
- основание каждой треугольной рамки определяет рабочий диапазон частот шлейф-вибраторов и одновременно служит и стороной соответствующего шлейф-вибратора,
- параллельная основанию треугольной рамки сторона шлейф-вибратора образована из дополнительных проводников,
- в этой стороне по центру выполнен разрыв с образованием точек питания соответствующего шлейф-вибратора,
- точки питания шлейф-вибратора соединительными линиями накрест соединены с соответствующими точками питания антенны,
- разрыв выполнен длиной 15-30 мм.
Новизна в части устройства усматривается в том, что размеры неполного зигзагообразного вибратора определяют рабочий диапазон всей антенны в целом, а именно: неполный зигзагообразный вибратор работает в диапазоне частот, определяемом размерами боковых сторон незамкнутых треугольных рамок, а дополнительные шлейф-вибраторы работают в диапазоне частот, определяемом размером оснований треугольных рамок неполного зигзагообразного вибратора.
Благодаря подобному конструктивному выполнению заявляемой в качестве изобретения антенны удалось существенно снизить коэффициент стоячих волн и повысить коэффициент усиления антенны.
Предлагаемая комбинированная двойная шлейф-вибраторная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.
На фиг.1 показан общий вид антенны (повернута на 90°);
на фиг.2 представлена диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости;
на фиг.3 - то же в вертикальной плоскости;
на фиг.4 - основные электрические параметры (применительно к дециметровому диапазону).
Предлагаемая антенна (фиг.1) содержит неполный зигзагообразный вибратор 1. Вибратор 1 состоит из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок 2. Рамки 2 расположены в одной вертикальной плоскости одна над другой. Треугольные рамки 2 соединены друг с другом с образованием точек 3 питания антенны. Относительно точек 3 питания симметрична вся антенна. К каждому основанию 4 треугольных рамок 2 примыкает по одному одинаковому шлейф-вибратору 5. Размеры основания 4 треугольной рамки 2 определяют рабочий диапазон частот шлейф-вибратора 5. Оба шлейф-вибратора 5 расположены в одной плоскости с неполным зигзагообразным вибратором 1. Шлейф-вибратор 5 представляет собой плоскостную фигуру прямоугольник. Две короткие стороны 6 каждого шлейф-вибратора 5 образованы короткозамыкающими перемычками 7. Стороны 6 шлейф-вибраторов 5 перпендикулярны основанию 4 соответствующих рамок 2. Основание 4 каждой рамки 2 одновременно является стороной 8 соответствующего шлейф-вибратора 5. Другая сторона 9 каждого шлейф-вибратора 5, параллельная основанию 4 (или стороне 8 шлейф-вибратора 5), образована дополнительными проводниками 10. В каждой стороне 9 по центру выполнен разрыв 11 длиной 15-30 мм с образованием точек 12 питания соответствующего шлейф-вибратора 5. Точки 12 питания каждого шлейф-вибратора 5 соединены накрест с соответствующими точками 3 питания антенны с помощью параллельных соединительных линий 13 (фиг.1). Точки 14 нулевого потенциала антенны расположены в серединах оснований 4 треугольных рамок 2 и являются общими и для неполного зигзагообразного вибратора 1, и для соответствующих шлейф-вибраторов 5. К точкам 14 нулевого потенциала подводят коаксиальный фидер (на фиг.1 не показан).
Работает комбинированная двойная шлейф-вибраторная антенна как синфазная решетка из трех антенн двух типов-неполной зигзагообразной 1 и двух шлейф-вибраторов 5. Шлейф-вибраторы 5 сфазированы при разносе на расстояние от точек 3 питания антенны до точек 12 питания шлейф-вибраторов 5 с подключением накрест к соответствующим точкам 3 питания с помощью параллельных соединительных линий 13. Принимаемый треугольными рамками 2 электромагнитный сигнал наводит ЭДС в точках 3 питания. Принимаемый шлейф-вибраторами 5 электромагнитный сигнал также наводит ЭДС в точках 12 питания, далее этот сигнал по соединительным линиям 13 поступает в точки 3 питания антенны, и, таким образом, увеличивается суммарная ЭДС антенны. Питание антенны, кроме симметричного подключения к точкам 3 питания, обеспечивается с помощью коаксиального кабеля, подводимого через точку 14 нулевого потенциала.
Высокую эффективность предлагаемой в качестве изобретения антенны подтверждают результаты электронного моделирования, о чем свидетельствуют диаграммы направленности в горизонтальной плоскости (фиг.2) и вертикальной плоскости (фиг.3), а также основные электрические параметры, приведенные в таблице, в частности применительно к дециметровому диапазону (фиг.4).
Создан опытный образец антенны и проведены макетные испытания, которые подтвердили результаты электронного моделирования.
1. Комбинированная двойная шлейф-вибраторная антенна, содержащая три совмещенные антенны, одна из которых представляет собой неполный зигзагообразный вибратор, работающий в метровом низкочастотном диапазоне волн и состоящий из двух одинаковых незамкнутых и расположенных в одной вертикальной плоскости одна над другой, и соединенных друг с другом с образованием точек питания антенны, относительно которых антенна симметрична, треугольных рамок, имеющих по одному основанию, две другие антенны работают в высокочастотном диапазоне волн, отличающаяся тем, что дополнительно введены короткозамыкающие перемычки, проводники и соединительные линии, две другие антенны работают в метровом и дециметровом диапазоне волн и идентичны друг другу, и расположены в одной плоскости с неполным зигзагообразным вибратором, каждая из этих антенн представляет собой шлейф-вибратор, примыкающий к основанию соответствующей треугольной рамки неполного зигзагообразного вибратора и представляет собой плоскостную фигуру прямоугольник, две стороны которого перпендикулярны основанию соответствующей треугольной рамки неполного зигзагообразного вибратора и образованы короткозамыкающими перемычками, причем основание каждой треугольной рамки определяет рабочий диапазон частот шлейф-вибраторов и одновременно служит и стороной соответствующего шлейф-вибратора, а параллельная основанию треугольной рамки сторона последнего образована из дополнительных проводников, при этом в этой стороне по центру выполнен разрыв с образованием точек питания соответствующего шлейф-вибратора, которые соединительными линиями накрест соединены с соответствующими точками питания антенны.
2. Комбинированная двойная шлейф-вибраторная антенна по п.1, отличающаяся тем, что разрыв выполнен длиной 15-30 мм.
