Биконическая антенна



Биконическая антенна
Биконическая антенна
Биконическая антенна
Биконическая антенна
Биконическая антенна
Биконическая антенна
Биконическая антенна

 


Владельцы патента RU 2481678:

Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро "Аметист" (RU)

Изобретение относится к антенной технике, а более конкретно к широкодиапазонным малогабаритным антеннам для радиосвязи и радиолокации. Технический результат состоит в увеличении диапазона рабочих частот. Биконическая вибраторная антенна содержит пару соосных полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, подключенную к вершинам конусов. Конусы образованы 2N металлическими полосками, являющимися плечами вибраторов и расположенными попарно друг против друга на боковых конических поверхностях, ограниченных основанием в виде круга, внутренний объем этих конусов разделен круговыми металлическими пластинками, параллельными основанию конуса, на ряд полостей, заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости εr, и образующих последовательную цепочку полупрозрачных полых резонаторов, резонансные частоты которых образуют логопериодическую последовательность или последовательность, близкую к логопериодической. В этих случаях используется многорезонансная коническая антенна, способная работать в широком диапазоне частот без использования шлейфов. В указанных антенных системах можно существенно снизить КСВ антенны (или уменьшить достаточное число резонаторов). 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее изобретение относится к антенной технике, а более конкретно - к широкодиапазонным малогабаритным антеннам для радиосвязи и радиолокации.

Известно, что широкополосные и широкодиапазонные антенны необходимы для ряда направлений антенной техники, например для радиосвязи с использованием широкополосных сигналов (ШПС, Л.1), для радиолокации с использованием волн Хармута (Л.2, Л.3) и т.п. В том случае, когда антенная система должна быть компактной, с успехом можно использовать конические (Л.4) или биконические (Л.5) вибраторные антенны.

Так, конический вибратор может работать в диапазоне частот с перекрытием по частоте ξ=fв/fн=2÷3, где fв - верхняя, a fн - нижняя частота рабочего диапазона, а конические вибраторы со шлейфами (см. Фиг.1) вообще работают в полубесконечной полосе частот при длине плеч

где l - длина плеча, λн - длина волны нижней частоты рабочего диапазона.

Однако в ряде случаев, например при использовании конических вибраторов, для создания турникетной (Фиг.2) или трехвекторной (Фиг.3) антенной системы биконических вибраторов использование шлейфов затруднено.

Наиболее близким техническим решением является конический вибратор, описанный в Л.5.

Технический результат состоит в увеличении диапазона рабочих частот без использования шлейфов.

Для этого биконическая вибраторная антенна содержит пару соосных конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, подключенную к вершинам конусов, отличающуюся тем, что конусы образованы 2N металлическими полосками, являющимися плечами вибраторов и расположенными попарно друг против друга на боковых конических поверхностях, ограниченных основанием в виде круга. Внутренний объем этих конусов разделен круговыми металлическими пластинками, параллельными основанию конуса, на ряд полостей, заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости εr, и образующих последовательную цепочку полупрозрачных резонаторов, резонансные частоты которых образуют логопериодическую последовательность или последовательность, близкую к логопериодической.

Кроме того, может быть дополнительно введена вторая пара соосных конусов, обращенных вершинами друг к другу и расположенных по отношению к первой паре соосных конусов таким образом, что оси каждой пары конусов перпендикулярны друг другу, а вершины конусов обращены друг к другу в центре пересечения осей, причем каждая пара плеч вибраторов отличается от другой пары масштабными коэффициентами.

Кроме того, может быть дополнительно введена вторая и третья пары соосных конусов, обращенных вершинами друг к другу и расположенных к первой паре соосных конусов таким образом, что оси каждой пары конусов пересекаются в одной точке, образуя между осями угол 90°, а вершины конусов обращены друг к другу в центре пересечения осей, причем каждая пара плеч вибраторов отличается от другой пары масштабными коэффициентами.

На Фиг.1 показан несимметричный конический вибратор со шлейфами, используемый в известном уровне техники (Л.4, 6).

На Фиг.2 показана турникетная антенная система конических вибраторов, охарактеризованная в п.2 формулы.

На Фиг.3 показана трехвекторная антенная система конических вибраторов, охарактеризованная в п.3 формулы.

На Фиг.4 показана заявленная биконическая вибраторная антенна.

На Фиг.5 показана зависимость коэффициента стоячей волны биконической вибраторной антенны от частоты.

На Фиг.6 показана эквивалентная схема длинной линии с плавающей точкой отсечки тока.

На Фиг.7 показана эквивалентная схема длинной линии с плавающей точкой отсечки напряжения.

Предлагается использовать многорезонансную коническую антенну, способную работать в широком диапазоне (в идеализированном случае - полубесконечном) частот без использования шлейфов. Кроме того, предлагаемая антенная система обладает рядом других полезных свойств, которые будут описаны ниже.

Эскиз предлагаемой биконической антенной системы приведен на Фиг.4.

Плечи вибратора образованы металлическими полосками 1, расположенными по конической поверхности. Внутренний объем этих конусов разделен пластинками 2 на ряд полостей 3 (30, 31, 32, 33, …), заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости εr. Расстояния от вершин конусов до пластинок L0, L1, L2, … изменяются по логопериодическому закону

Ln=L0τn (n=0, 1, 2, 3 …),

где τ - геометрический параметр системы (τ≤1, см. Л 6).

Следовательно, резонансная частота ωn резонаторов R0, R1, R2, R3, …, Rn, …, образованных пластинками и полосками, также измеряется по логопериодическому закону

ωn0τn.

Величина ω0 может регулироваться величиной εr диэлектрического наполнителя резонаторов.

Резонансная частота полупрозрачных резонаторов может быть в первом приближении определена по формуле плоскопараллельного конденсатора и вычислена точно электродинамическим расчетом. При приближенном расчете можно считать, что резонансная частота определяется соотношениями

где S=(S1+S2)/2 - усредненное значение площади верхней S1 и S2 нижней пластины полупрозрачного резонатора;

d - расстояние между пластинами;

εr - относительная диэлектрическая проницаемость;

ε0=(1/36π)*10-9 Ф/м - диэлектрическая проницаемость вакуума;

L - эквивалентная индуктивность резонатора.

Совокупность резонаторов образует длинную линию с плавающей точкой отсечки тока, эквивалентная схема которой приведена на Фиг.6.

На этой схеме Ln и Сn - соответственно эквивалентные емкость и индуктивность резонаторов системы, R - суммарное излучение и сопротивление потерь n-ного резонатора.

Таким образом, при N→∞ (N - число резонаторов в плечах, любое целое положительное число) входное сопротивление антенны становится постоянным в полубесконечном диапазоне частот. На Фиг.5 приведена зависимость коэффициента стоячей волны (КСВ) рассматриваемой антенны по входу. При снижении величины τ возрастает амплитуда колебаний КСВ по входу антенны, которая остается умеренной, если добротность резонаторов Qn остается меньше значения

Аналогичными свойствами обладает длинная линия с плавающей точкой отсечки напряжения, эквивалентная схема которой приведена на Фиг.7. Реализовать схемы Фиг.6 и Фиг.7 в виде излучающих систем (антенн), работающих в полубесконечной полосе частот, несложно, если резонаторы каждого типа антенны не обладают заметной взаимосвязью.

Точный электродинамический расчет показывает, что для антенны, приведенной на Фиг.4, это условие соблюдается. Более того, заметная нежелательная взаимосвязь между резонаторами отсутствует и в случае использования многорезонансной конической антенной системы, выполненной по схеме турникетной антенны.

В указанных антенных системах можно существенно снизить КСВ антенны (или уменьшить достаточное число резонаторов), если использовать следующие свойства логопериодических антенн, разновидностью которых являются предлагаемые здесь многорезонансные антенны. Свойства логопериодических антенн при изменении частоты f или масштаба К меняются в логопериодической зависимости (Л.6). Поэтому значения ее входного комплексного сопротивления будут иметь одинаковые значения при изменении частоты f или масштабного коэффициента К в τn раз (n=0; 1; 2; 3 …) в пределах рабочей полосы частот. При изменении масштаба плеча в τ1/2 раза уничтожатся все нечетные гармонические составляющие входного сопротивления как функции частоты. Поэтому в многоплечей антенной системе рассматриваемого типа для уменьшения величины КСВ каждое плечо целесообразно выполнять с изменением масштабного коэффициента Кn по отношению к какому-либо опорному плечу в пределах τ≤Кn≤1, подбираемым таким образом, чтобы суммарный КСВ антенной системы был минимальным.

Предлагаемые антенные системы обладают еще одним характерным свойством. При (где Q - добротность полых резонаторов) все вибраторы предложенных антенных систем (турникетной или трехвекторной) на любой частоте работают совместно, но при можно добиться поочередной работы плеч антенны, если возбуждать антенну сигналом со сканирующей частотой или короткоимпульсным сигналом.

В этом случае диаграмма направленности антенной системы и ее вектор поляризации будет периодически изменять ориентацию, что может при соответствующей обработке сигнала повысить точность радиолокационной карты местности.

В рассмотренной антенной системе при необходимости длина ее плеч может быть выполнена существенно ниже величины в четверть длины волны нижней частоты рабочего диапазона частот.

Литература

1. Т.П.Косичкина, Т.В.Сидорова, В.С.Сперанский «Сверхширокополосные системы коммуникаций», М.: МТУСИ, 2008.

2. Л.Ю.Астанин «Очерк истории использования сверхширокополосных радиолокационных сигналов: их описание и обработка», журнал «Радиотехника» №3/2009, М.: Радиотехника.

3. X.Ф.Хармут «Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи», М.: Радио и связь, 1985.

4. Г.З.Айзенберг, С.П.Белоусов, Э.М.Журбенко, А.Г.Курашова «Коротковолновые антенны», М.: Радио и связь, 1985.

5. В.Н.Митрохин и др., патент на изобретение RU 2221316 С1.

6. Сб. под ред. Л.С.Бененсона «Сверхширокополосные антенны», М.: МИР, 1964.

7. X.Мейнкс, Ф.Гундлах. Справочник по радиотехнике, ч.1, М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961, стр.48.

1. Биконическая вибраторная антенна, содержащая пару соосных полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, подключенную к вершинам конусов, отличающаяся тем, что конусы образованы 2N металлическими полосками, являющимися плечами вибраторов и расположенными попарно напротив друг друга на боковых воображаемых конических поверхностях, ограниченных основанием в виде круга, причем внутренний объем этих конусов разделен круговыми металлическими пластинками, параллельными основанию конуса, на ряд полостей, заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости εr, и образующих последовательную цепочку полупрозрачных полых резонаторов, резонансные частоты которых образуют логопериодическую последовательность или последовательность, близкую к логопериодической.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно введена вторая пара соосных полых конусов, обращенных вершинами друг к другу и расположенных по отношению к первой паре соосных полых конусов таким образом, что оси каждой пары конусов перпендикулярны друг другу, а вершины конусов обращены друг к другу в центре пересечения осей, причем каждая пара плеч вибраторов отличается от другой пары масштабными коэффициентами.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно введена вторая и третья пары соосных полых конусов, обращенных вершинами друг к другу и расположенных к первой паре соосных полых конусов таким образом, что оси каждой пары конусов пересекаются в одной точке, образуя между осями угол 90°, а вершины конусов обращены друг к другу в центре пересечения осей, причем каждая пара плеч вибраторов отличается от другой пары масштабными коэффициентами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в стационарных и мобильных системах связи в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенно-фидерной технике, и может быть использовано для приема радиосигналов в коротковолновом диапазоне частот.

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться при конструировании сверхширокополосных антенн, работающих в непрерывном диапазоне ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании передающих и приемных антенн радиосвязи, радиовещания, телевидения, систем охранной сигнализации и телеметрии.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах связи дециметрового и сантиметрового диапазонов волн, в частности, в качестве широкополосной приемопередающей антенны сотовой связи, а также в радиопеленгации и нелинейной радиолокации.

Изобретение относится к антеннам метрового и дециметрового диапазонов частот и используется для обеспечения радио- и радиорелейных линий связи стационарных и подвижных (наземных и воздушных) объектов, в условиях воздействия стационарных источников непреднамеренных радиопомех.

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения. .

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в радиотехнических системах различного назначения, в частности в качестве сверхширокополосной направленной антенны, устанавливаемой на подвижных объектах.

Изобретение относится к антеннам метрового и дециметрового диапазона частот и используется в телевидении и для радиосвязи с объектами в любом азимутальном направлении.

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной сверхширокополосной антенны, либо в качестве базового элемента антенной решетки

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно к антенной технике, находящей широкое применение в радиотехнике, в радиосвязи, в радиолокации, в радионавигации, где требуются широкополосные или сверхширокополосные антенны, обладающие однонаправленной диаграммой направленности. Технический результат - снижение коэффициента стоячей волны антенны по входу, снижение уровня обратного излучения и достижения постоянства формы диаграммы в широком диапазоне частот и обеспечение постоянства фазового центра антенной системы. Для этого V-образная многорезонансная однонаправленная вибраторная антенна содержит пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, конусы образованы 2N металлическими полосками, являющимися плечами вибраторов и расположенными попарно друг против друга на боковых поверхностях конусов, металлический рефлектор, внутренний объем этих конусов разделен круговыми пластинками, параллельными основанию конуса, на ряд полостей, заполненных диэлектриком с заданным значением относительной диэлектрической проницаемости и образующих последовательную цепочку полупрозрачных полых резонаторов, резонансные частоты которых образуют логопериодическую последовательность или последовательность, близкую к логопериодической. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно, к антенной технике, находящей широкое применение в радиосвязи, в радиолокации, в радионавигации, где требуются широкополосные или сверхширокополосные антенны, обладающие однонаправленной диаграммой направленности. Технический результат - увеличение широкополосности частотного диапазона и обеспечение однонаправленности антенны путем создания постоянного фазового центра, приподнятого над плоским рефлектором. Для этого V-образная однонаправленная вибраторная антенна содержит пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, подключенную к вершинам конусов. Оси симметрии плеч вибраторов полых конусов расположены в одной плоскости. Перпендикулярно плоскости, в которой лежат оси симметрии плеч вибраторов полых конусов, размещен плоский металлический рефлектор. Вершины полых конусов приподняты над плоским рефлектором для создания постоянного фазового центра, а кромки плеч вибраторов соединены с кромкой плоского рефлектора шлейфами в форме металлических штырей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антенно-фидерным устройствам декаметрового и метрового диапазонов длин волн, и может быть использовано в системах радиосвязи стационарных узлов и объектов в условиях отрицательного воздействия внешней среды. Технический результат - повышение коэффициента усиления путем равномерного распределения тока и повышение коэффициента бегущей волны путем улучшения согласования антенны с фидером. Для этого устройство содержит активную часть, содержащую центральную секцию, левую и правую секции, расположенные симметрично относительно центральной оси антенны, и пассивную часть П-образной формы, выполняемые из пластинчатых металлических проводов и симметричного радиочастотного фидера питания, при этом центральная секция расположена на одинаковом расстоянии от боковых секций. 4 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - повышение качества приема и передачи радиосигналов в сантиметровом диапазоне длин волн. Причем обеспечивается снижение коэффициента стоячей волны в возбуждающем коаксиальном фидере до значений 1,1-1,7 во всем рабочем диапазоне частот при более высоких значениях коэффициента усиления антенны от 9,4 до 12,7 дБ. Для этого заявленная антенна по сравнению с известными антеннами имеет ширину симметричного распределительного фидера в точках присоединения вибраторов, выбранную из соотношения bn=b0·τ2,6(Ν-n-1), где n=0…N-1, где n=0 соответствует самому длинному вибратору, а n=N-1 - самому короткому. Ширина симметричного распределительного фидера в месте подключения самого короткого вибратора b0 выбрана таким образом, чтобы волновое сопротивление симметричного распределительного фидера Wл равнялось волновому сопротивлению возбуждающего коаксиального фидера Wф. Эквивалентный радиус полосковых вибраторов выбран из соотношения an=a0·τ2,5n, причем эквивалентный радиус самого длинного вибратора α0 выбран равным половине максимальной ширины симметричного распределительного фидера b0. 9 ил.

Использование: для обеспечения радиосвязи в метровом и дециметровом диапазонах длин волн подвижных объектов различного базирования. Сущность изобретения заключается в том, что кольцевая антенна содержит вибраторы логопериодических вибраторных антенн в количестве не менее четырех, размещенные в гранях условной усеченной пирамиды и запитываемые от делителей мощности, при этом вибраторы логопериодических вибраторных антенн, не выходя из прежней горизонтальной плоскости, изгибаются в направлении продольной оси логопериодической антенны так, чтобы лежать на окружностях, вписываемых в многоугольники горизонтальных поперечных сечений условной пирамиды. Технический результат: обеспечение возможности разработки устройства, позволяющего существенно снизить геометрические размеры кольцевых антенн, расширить возможности их практического применения на подвижных объектах различного, в первую очередь воздушного, базирования. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено, в частности, для использования в системах подвижной связи в метровом и дециметровом диапазонах волн. Предлагается способ передачи сигналов через всенаправленную кольцевую логопериодическую антенную решетку вертикальной поляризации с разделением полной рабочей полосы частот антенны на первый и второй диапазоны частот передачи. Секции первого диапазона передачи располагают между секциями второго диапазона передачи. При разделении полной рабочей полосы частот на первый и второй диапазоны частот передачи эти диапазоны частот передачи назначают с частичным перекрытием полос передачи первого и второго диапазонов частот передачи и сигналы, попадающие в зону перекрытия частот этих двух диапазонов частот передачи и имеющие совпадающие выделенные частоты передачи, передают по обоим диапазонам передачи через все секции антенной решетки. Предлагается также антенна, реализующая этот способ. Технический результат заключается в расширении полосы частот всенаправленной кольцевой антенной решетки за счет снижения влияния эффекта увеличения электрического радиуса решетки. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх