Широкополосный симметричный вибратор с комплексной нагрузкой

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может быть использовано в радиосвязи, радионавигации или радиопеленгации. Техническим результатом является возможность расширения полосы рабочих частот симметричного вибратора больше чем на две октавы и получение линейно изменяющейся фазовой характеристики в диапазоне рабочих частот АРП (автоматический радиопеленгатор), а также увеличение эффективности приема в метровом диапазоне. Широкополосный симметричный вибратор прямоугольной формы, в виде 2-сторонней металлической пластины, с комплексной нагрузкой содержит схему и два плеча в виде равнобедренных треугольников, выполненных на двухстороннем высокочастотном ламинате, соединенных между собой в точке питания разделительными конденсаторами С2, С4 с одной стороны, а с другой стороны - конденсаторными емкостями C1, C5, каждое плечо с помощью p-i-n диодов разделено на три части, а удлинение вибратора происходит за счет катушек индуктивности, при этом рабочая часть содержит катушки индуктивности L1, L2, L3, L5, токоограничивающие резисторы R6, R10, шунтирующие резисторы R1, R5, R7, R9, R11-R15 и емкости C1, С2, С4, C5, а система питания состоит из удлиняющих катушек индуктивности L2, L3, p-i-n диодов VD5, VD6, трансформатора WT1 и разделительного конденсатора С3. 3 ил.

 

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может быть использовано в радиосвязи, радионавигации или радиопеленгации.

Наиболее эффективно предлагаемое изобретение может быть использовано в антенных системах АРП (автоматический радиопеленгатор), а также как широкополосная приемная антенна.

Симметричные электрические вибраторы применяются в качестве самостоятельных антенн, элементов более сложных вибраторных антенн, элементов антенных решеток, облучателей зеркальных и линзовых антенн. Во всех случаях применения симметричных электрических вибраторов к ним предъявляется требование по рабочему диапазону частот.

Известно антенно-фидерное устройство в виде симметричного полоскового вибратора, который содержит две диэлектрические пластины, между которыми расположена питающая полосковая линия, соединенная с входом симметрирующего устройства, два полосковых отрезка, выходы которого подключены к двум полосковым пластинам и металлический экран, состоящий из двух частей Г-образной формы, каждая из которых состоит из двух пластин (а.с. SU №1483508, H01Q 1/00, опубл. 30.05.89, Бюл. №20).

Известен также диапазонный симметричный вибратор, который состоит из двух симметричных плеч, экранирующего элемента и фидера, подключенного к плечам, выполненных в виде двух равнобедренных треугольников, установленных симметрично по обе стороны плеч, при этом плечи и экранирующий элементы выполнены пластинчатыми и установлены в одной плоскости (патент RU №2407117, опубл. 20.12.2010, H01Q 9/18).

Наиболее близким аналогом (прототипом) по совокупности параметров является симметричный вибратор, применяемый в АРП, который содержит плечи, выполненные в виде миандровой структуры, состоящей из горизонтальных и вертикальных проводящих элементов, где соотношения размеров горизонтальных и вертикальных проводящих элементов влияют на форму вибратора (а.с. SU №1497668 A1, H01Q 9/00, опубл. 30.07.89, Бюл. №28).

К недостаткам всех вышеуказанных аналогов следует отнести:

- недостаточность полосы рабочих частот;

- резонанс вибратора в диапазоне рабочих частот АРП;

- низкая эффективность приема в метровом диапазоне частот;

- паразитные резонансы в дециметровом диапазоне частот, возникающие из-за развязывающих цепей;

- скачкообразное изменение фазовой характеристики симметричного вибратора в диапазоне рабочих частот АРП;

- комплексное сопротивление симметричного вибратора содержит как емкостную, так и индуктивную составляющие в диапазоне частот АРП.

Задача изобретения - разработка приемной антенны с диапазоном рабочих частот не меньше двух октав и с линейно изменяющейся фазовой характеристикой.

Технический результат состоит в том, что применение индуктивной нагрузки, а также шунтирующих сопротивлений в области конструктивного резонанса вибратора позволило расширить полосу рабочих частот симметричного вибратора больше чем на две октавы и получить линейно изменяющуюся фазовую характеристику в диапазоне рабочих частот АРП (автоматический радиопеленгатор), а за счет увеличения электрической длины вибратора увеличена эффективность приема в метровом диапазоне.

Сущность изобретения в том, что широкополосный симметричный вибратор с комплексной нагрузкой, включающий плечи и схему, отличается тем, что симметричный вибратор прямоугольной формы в виде 2-сторонней металлической пластины содержит два плеча в виде равнобедренных треугольников, выполненных на двухстороннем высокочастотном ламинате, соединенных между собой в точке питания разделительными конденсаторами С₂, С₄ с одной стороны, а с другой стороны - конденсаторными емкостями C₁, С₅, каждое плечо с помощью р-i-n диодов разделено на три части, а удлинение вибратора происходит за счет катушек индуктивности, при этом рабочая часть содержит катушки индуктивности L₁, L₂, L₃, L₅, токоограничивающие резисторы R₆, R₁₀, шунтирующие резисторы R₁, R₅, R₇, R₉, R₁₁-R₁₅ и емкости C₁, С₂, C₄, C₅, a система питания состоит из удлиняющих катушек индуктивности L₂, L₃, р-i-n диодов VD₅, VD₆, трансформатора WT₁ и разделительного конденсатора С₃.

Принципиальная схема широкополосной антенны с комплексной нагрузкой представлена на рис.1.

Принципиальная электрическая схема широкополосной антенны состоит из:

1. Плечи симметричного вибратора

2. L1, L5, - катушки индуктивности.

3. L2, L3 - индуктивности удлиняющие.

4. L4 - компенсирующая индуктивность.

5. WT1 - симметрирующий трансформатор.

6. С1, С5 - емкости конструктивные.

7. С2, С3, С4 - конденсаторы разделительные.

8. R1, R2, R3, R4, R5, R7, R9, R11, R12, R13, R14, R15 - резисторы.

9. R6, R10 - резисторы токоограничивающие.

10. VD1-VD10 - p-i-n диоды.

На рис.2 представлен коэффициент стоячей волны напряжения широкополосной антенны, где видно, что диапазон рабочих частот данной антенны составляет 100-400 МГц.

На рис.3 дана фазовая характеристика широкополосной антенны. Из рис.3 видно, что на всем диапазоне рабочих частот для данной антенны фазовая характеристика меняется линейно.

Несимметричный сигнал через компенсирующую индуктивность L4 подается на вход симметрирующего трансформатор WT1, и полученные на выходе два симметричных сигнала в противофазе подаются на симметричный вибратор. С помощью p-i-n диодов (VD1-VD10), высокоомных резисторов (R2-R5, R7, R9, R11-R14) обеспечивается работа закрытых p-i-n диодов по постоянному току. Резисторы (R6, R10) ограничивают прямой ток p-i-n диодов. Таким образом, производится разделение вибратора на шесть частей, для того чтобы не используемый в данный момент времени вибратор был радиопрозрачен на рабочей частоте антенной системы. В отличии от антенны [1] для увеличения электрической длины вибратора в данной конструкции применяются удлиняющие индуктивности L2, L3. Для расширения рабочей полосы применяются индуктивности L1 и L5 и резисторы R1, R15.

Увеличение электрической длины вибратора, применения комплексных нагрузок в местах конструктивного резонанса, применение резистивных развязывающих цепочек позволило получить следующие преимущества:

1. Расширение полосы рабочих частот симметричного вибратора больше чем на две октавы, за счет применения индуктивной нагрузки в области конструктивного резонанса вибратора;

2. Эффективность приема в метровом диапазоне увеличена за счет увеличения электрической длины вибратора;

3. Паразитные резонансы, возникающие в результате применения развязывающих цепей, устраняются за счет реализации излучающей поверхности вибратора на двустороннем высокочастотном ламинате для высокочастотной составляющей сигнала обе стороны замкнуты, а для постоянной составляющей сигнала вторая сторона проводящей поверхности ламината выполняет роль развязывающей цепи;

4. Применение индуктивной нагрузки, а также шунтирующих сопротивлений в местах конструктивного резонанса, позволяет получить линейно изменяющуюся фазовую характеристику в диапазоне рабочих частот АРП;

5. С помощью индуктивности компенсируется емкостная составляющая комплексного сопротивления симметричного вибратора в диапазоне рабочих частот АРП.

Широкополосный симметричный вибратор с комплексной нагрузкой, включающий плечи и схему, отличающийся тем, что симметричный вибратор прямоугольной формы в виде 2-сторонней металлической пластины содержит два плеча в виде равнобедренных треугольников, выполненных на двухстороннем высокочастотном ламинате, соединенных между собой в точке питания разделительными конденсаторами С₂, C₄ с одной стороны, а с другой стороны - конденсаторными емкостями С₁, C₅, каждое плечо с помощью p-i-n-диодов разделено на три части, а удлинение вибратора происходит за счет катушек индуктивности, при этом рабочая часть содержит катушки индуктивности L₁, L₂, L₃, L₅, токоограничивающие резисторы R₆, R₁₀, шунтирующие резисторы R₁, R₅, R₇, R₉, R₁₁-R₁₅ и емкости C₁, С₂, C₄, C₅, а система питания состоит из удлиняющих катушек индуктивности L₂, L₃, p-i-n-диодов VD₅, VD₆, трансформатора WT₁ и разделительного конденсатора С₃.