Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством



Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством
Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством
Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством
Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством
Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством

 


Владельцы патента RU 2488927:

Научно-производственное общество с ограниченной ответственностью "КВ-СВЯЗЬ" (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "Сантрэй" (RU)

Изобретение относится к антенной технике, а именно к малогабаритным перестраиваемым антеннам. Техническим результатом является увеличение максимальной мощности резонансной антенны и возможность перестроения ее рабочей частоты в широком диапазоне радиоволн и, как следствие, расширения функциональных возможностей использования приемопередающей аппаратуры. Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством, содержащая согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмоток и незамкнутого магнитопровода, излучающий вибратор в виде плоского или объемного проводящего тела, подключенный ко вторичной обмотке и расположенный в магнитном поле согласующего трансформатора, отличается тем, что согласующий трансформатор выполнен с изменяемым коэффициентом трансформации, таким образом, что вторичная катушка трансформатора имеет степень свободы относительно магнитопровода или первичной катушки и механизм ручного или автоматического перемещения магнитопровода и (или) катушек относительно друг друга и фиксации в выбранном положении. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритной приемопередающей технике для ведения радиосвязи, навигации и как отдельная антенна, предназначенная для установки на стационарных и подвижных объектах связи.

В настоящее время известно, что размеры эффективных современных антенн гектометрового и декаметрового диапазона радиоволн составляют десятки и сотни метров, что существенно уменьшает их использование в подвижной радиосвязи и увеличивает время стационарной установки антенн для осуществления радиосвязи, такие типы антенн сдерживают развитие и применение как самой гектометровой и декаметровой радиосвязи, так и конструкций приемопередающих устройств в области длинноволновой, средневолновой и коротковолновой радиосвязи. Этот диапазон радиоволн представляется наиболее привлекательным для осуществления дальней радиосвязи из-за особенностей распространения длинных, средних и коротких радиоволн в пространстве.

Известна конструкция малогабаритной ферритовой антенны с ферромагнитным стержнем и размещенными на нем приемными катушками (патент РФ №2344433).

Недостатком известной антенны является то, что ее можно использовать только в качестве приемной антенны, так как в режиме подачи радиосигнала на ферритовую антенну, ферромагнитный материал, насыщаясь, приводит к искажениям передающего сигнала.

Известна широкополосная несимметричная вибраторная антенна по патенту РФ №2324267, МПК H01Q 9/18, содержащая вертикальный вибратор, присоединенный к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, согласующее устройство, включающее первую и вторую индуктивности, катушку индуктивности, первый и второй резисторы, а также излучатель с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.

Указанная выше несимметричная вибраторная антенна обладает недостатком: высота вертикального прямоугольного вибратора составляет 0,038λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, что на частоте 1,5 МГц составляет 7,6 м. Учитывая плоскую прямоугольную конструкцию антенны, можно сделать выводы, что использование и применение данной конструкции в радиодиапазонах ДВ и СВ в передвижном варианте технически сложно, а в большинстве случаев - невозможно.

Известна антенна по патенту US 3267476 «VEHICLE-MOUNTED HALF WAVE ANTENNA WITH IMPEDANCE MATCHING TRANSFORMER». Эта антенна содержит вибратор в виде ID полуволнового штыря, согласующий трансформатор на незамкнутом магнитопроводе, вторичная обмотка которого подключена к штырю, а на первичную - подается питание. Однако эта антенна не обладает сверхмалогабаритными размерами. Подобная антенна может применяться в качестве мобильной только в диапазоне ультра коротких волн. Применение такой антенны в качестве мобильной в диапазоне коротких, средних и длинных волн невозможно в силу ее огромных размеров.

Предлагаемая антенна состоит из вибратора - излучающего элемента, представляющего 2D - плоское или 3D - объемное проводящее тело, имеющее электрическую емкость. Антенна имеет в своем составе согласующий трансформатор с изменяемым коэффициентом трансформации в виде первичной и вторичной обмоток и незамкнутого магнитопровода. Трансформатор расположен таким образом, чтобы магнитное поле трансформатора выходило за пределы трансформатора и охватывало близлежащие к нему элементы конструкции антенны, а именно объемный или выполненный в плоскости вибратор. Магнитное поле трансформатора - это достаточно быстро убывающее по своему значению поле, фактически сосредоточенное в пространстве, не превышающем нескольких единиц линейных размеров самого трансформатора, как правило, этот размер пространства менее 1% длины волны излучаемой антенной.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является антенна по патенту RU 2413344 «Вибраторная антенна». Эта антенна содержит вибратор в виде 2D или 3D проводящего тела, согласующий трансформатор на незамкнутом магнитопроводе, вторичная обмотка которого подключена к вибратору, а на первичную - подается питание. Эта антенна имеет очень малые габариты и может использоваться в мобильной радиосвязи, однако она обладает рядом недостатков, а именно:

- Имеет очень узкую полосу рабочих частот и не может перестраиваться в требуемом диапазоне частот;

- Сложно настраивается на требуемую фиксированную частоту при изготовлении, что затрудняет ее массовое производство;

- Подобная конструкция антенны может эффективно использоваться только для излучения сигналов портативных радиостанций небольшой мощности 1-5 Вт, поскольку при подаче сигнала большей мощности ферритовые стержни, из которых выполняется магнитопровод, входят в магнитное насыщение и нагреваются, что не позволяет использовать эти антенны для передачи мощностей в несколько десятков и сотен Ватт, что особенно требуется для связи на транспортных средствах.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в возможности перестроения рабочей частоты антенны в достаточно широком диапазоне, увеличении мощности передачи при сохранении ее малых габаритных размеров для расширения функциональных возможностей радиоаппаратуры для мобильных систем ДВ, СВ, КВ радиосвязи.

Указанный технический результат достигается тем, что в антенне, содержащей согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмотки, незамкнутого магнитопровода, а также вибратора в виде плоского или объемного проводящего тела, находящегося в магнитном поле трансформатора и подключенного к его вторичной обмотке, согласно заявляемому изобретению согласующий трансформатор выполнен с изменяемым коэффициентом трансформации, таким образом, что вторичная катушка трансформатора имеет степень свободы относительно магнитопровода или первичной катушки и механизм ручного или автоматического перемещения магнитопровода и (или) катушек.

Кроме того, согласно заявляемому изобретению, магнитопровод согласующего устройства антенны выполняется из смеси частиц ферромагнитного материала и немагнитного связующего вещества.

Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 эквивалентная электрическая схема антенны, на фиг.2 изображена конструктивная схема предлагаемой резонансной антенны, на фиг.3 представлена иллюстрация антенны в разрезе, на фиг.4 изображен ее внешний вид, на фиг.5 изображена мобильная антенна в разрезе, выполненная в корпусе автомобильного бокса, для размещения на крыше автомобиля.

Антенна на фиг.3 и 4 состоит из вибратора и трансформатора. Вибратор 1 любой формы 2D или 3D, например, на фиг.2 цилиндр, который может быть выполнен из любого электрически проводящего материала. В случае автомобильного варианта антенны вибратором может быть расположенные на стенке бокса плоские проводящие элементы из фольги, фиг.4. Трансформатор выполнен на незамкнутом магнитопроводе 2 и содержит катушки индуктивности в виде первичной 3 и вторичной 4 обмоток этого трансформатора на каркасе 6. Вибратор 1, выполненный из фольги, размещенной на каркасе 6, электрически присоединен к вторичной обмотке 4 трансформатора и находится в магнитном поле трансформатора. Питание антенны осуществляется через контакты А и В первичной обмотки трансформатора 3 стандартным образом от кабеля или непосредственно от антенного разъема радиопередающего устройства через любое соединительное устройство 5. Второй контакт вторичной обмотки трансформатора С на фиг.1 подсоединяется к общему проводу либо к контакту первичной обмотки.

Изменяемый коэффициент трансформации согласующего трансформатора обеспечивается подвижным магнитопроводом. Механизм ручного перемещения и фиксации магнитопровода относительно вторичной катушки выполнен в виде настроечной ручки 7, которая может перемещаться вверх и вниз вдоль корпуса антенны 8 и к которой крепится магнитопровод. На корпусе антенны может быть нанесена шкала диапазона частот 9, а местоположение настроечной ручки указывает текущую частоту настройки резонансной антенны. Настроечная ручка плотно прилегает к корпусу антенны и фиксируется в выбранном положении с помощью сил трения и защелки 10.

Конструкция механизма перемещения и фиксации магнитопровода или катушек может быть выполнена различными способами, в том числе и в автоматическом варианте исполнения, например с помощью двигателя линейного перемещения, расположенного в антенне на оси магнитопровода.

Антенна с согласующим устройством работает следующим образом.

При подаче сигнала с соединительного устройства 5 на первичную обмотку 3 трансформатора в ней возникает магнитное поле, которое индуцирует магнитное поле во вторичной катушке 4 и незамкнутом магнитопроводе 2. Вокруг трансформатора возникает магнитное поле, вектор магнитной индукции которого направлен вдоль магнитопровода. Электрическое поле, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно поверхности вибратора 1, возникает из-за подачи на него высокого напряжения со вторичной повышающей обмотки 4 трансформатора, который электрически соединен с вибратором 1. Исходя из того что поверхность вибратора 1 находится в зоне действия магнитного поля трансформатора, так что угол между вектором магнитной индукции и вектором напряженности электрического поля, возникающего на вибраторе, близок к 90°, то вблизи вибратора возникают условия, достаточные для формирования радиоволн. Магнитопровод сделан подвижным вдоль оси вторичной катушки. Поскольку данная антенна резонансная и представляет собой открытый колебательный контур, то изменение положения магнитопровода вдоль оси вторичной обмотки меняет индуктивность этого контура и перестраивает антенну на другую частоту. Это позволяет перестраивать частоту антенны в диапазоне 10-20% при КСВ не более 1,2.

Для увеличения мощности излучаемого сигнала при сохранении габаритных размеров антенн используют композитный магнитопровод.

Известны различные магнитопроводы для согласующих устройств. Все они выполняются из ферромагнитных материалов - ферритов, трансформаторной стали, фольги аморфного железа. Использование ферритовых магнитопроводов, обладающих хорошими частотными характеристиками в согласующем устройстве малогабаритных антенн, при подаче большой мощности сигнала в условиях резонанса приводит к магнитному насыщению ферромагнитного материала, нагреванию и потерям.

Технический результат изобретения заключается в том, что магнитопровод представляет собой не цельный магнитный материал, а изготавливается из смеси частиц магнитного материала и немагнитного связующего вещества, например полимерного клея и ферритового порошка, что приводит к тому, что насыщение магнитного материала достигается при больших мощностях сигнала, подаваемого в антенну.

Данное изобретение существенно расширяет диапазон рабочих частот, дает значительное увеличение мощности излучения для малогабаритных резонансных антенн и упрощает настройку антенн при их промышленном изготовлении.

1. Антенна с согласующим устройством, содержащая согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмоток и незамкнутого магнитопровода, излучающий вибратор в виде плоского или объемного проводящего тела, подключенный ко вторичной обмотке и расположенный в магнитном поле согласующего трансформатора, отличающаяся тем, что согласующий трансформатор выполнен с изменяемым коэффициентом трансформации таким образом, что вторичная катушка трансформатора имеет степень свободы относительно магнитопровода или первичной катушки и механизм ручного или автоматического перемещения магнитонровода и (или) катушек относительно друг друга и фиксации в выбранном положении.

2. Антенна с согласующим устройством, содержащая согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмоток и незамкнутого магнитопровода, излучающий вибратор в виде плоского или объемного проводящего тела, подключенный ко вторичной обмотке и расположенный в магнитном поле согласующего трансформатора, отличающаяся тем, что магнитопровод выполнен из смеси частиц ферромагнитного материала и немагнитного связующего вещества.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что магнитопровод выполнен из смеси частиц ферромагнитного материала и немагнитного связующего вещества.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано как малогабаритная антенна. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для работы в качестве приемной и/или передающей антенны в составе диапазонных радиостанций. .

Изобретение относится к антенной технике, а более конкретно к антенной системе летательного аппарата. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритных вибраторных антеннах для ведения радиосвязи и навигации как отдельная антенна, предназначенная для установки на борту летательного аппарата.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритных вибраторных антеннах. .

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

Изобретение относится к антеннам и используется в мобильных системах связи. .

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, и может быть использовано в качестве приемопередающей антенны широкодиапазонной УКВ-радиостанции, устанавливаемой на транспортном средстве.

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано в радиопередающих устройствах КНЧ диапазона. Технический результат - повышение энергии сигнала КНЧ диапазона без увеличения мощности радиопередатчика за счет того, что величина вертикального элемента антенны рассчитывается из условия обеспечения максимума вектора Пойнтинга, а горизонтальный элемент антенны при этом направлен на корреспондента, при этом антенна предназначена для зоны, в которой величина kr≤1, где k=2π/λ, r - расстояние до излучателя, а угол наклона θ=0…. π/2, в котором вектор имеет максимальное значение. 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для построения малогабаритных приемопередающих антенн в комплексах подвижной связи, работающих в интересах пеших, мобильных и стационарных абонентов. Технический результат - повышение эффективности излучения антенны. Вибраторная антенна содержит вибратор, согласующее устройство, емкостную нагрузку и противовес, а согласующее устройство выполнено в виде двух отдельных элементов - удлиняющей катушки и трансформатора, каждый из которых выполнен на своем отдельном замкнутом сердечнике магнитопровода. 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат - организация схемы параллельного питания; достижение требуемого усиления при неограниченном числе элементов; и создание простой конструкции. Для этого предложена компактная вертикальная антенная решетка с построением вибраторов на основе коаксиальных резонаторов, при отсутствии ограничений на число элементов и усиление. Она реализуется в виде вертикального стержня с возможностью размещения его в диэлектрическом укрытии, выполненном в форме трубы. Развязка между излучателями реализована посредством использования четвертьволновых коаксиальных резонаторов, которые конструктивно разделяют излучатели, где длины таких резонаторов реализуются укороченными на величину, определяемую из условия компенсации паразитных емкостей, возникающих между торцевыми поверхностями смежных вибраторов. Этим достигается независимое параллельное питание излучателей при их близком расположении и компактных размерах антенной решетки. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве малогабаритных приемопередающих антенн в мобильных длинноволновых (ДВ), средневолновых (СВ) и коротковолновых (KB) радиостанциях. Вибраторная антенна содержит индуктивность, вибратор, электрически соединенный с одним концом этой индуктивности и представляющий собой объемный проводник, расположенный в магнитном поле индуктивности. Индуктивность выполнена на незамкнутом сердечнике магнитопровода, второй конец индуктивности соединен с одним из проводов питающей антенну двухпроводной электрической линии, другой провод которой одним концом заземлен на радиостанции, а второй конец этого провода находится в свободном состоянии. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства, а именно: обеспечение использования одной и той же вибраторной антенны при смене рабочих частот, упрощение согласования вибраторной антенны с радиостанцией во время ведения сеансов связи. Кроме того, достигается снижение зависимости параметров антенны от окружающей среды, упрощение ее настройки при серийном производстве. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх