Коническая ультракоротковолновая антенна



Коническая ультракоротковолновая антенна
Коническая ультракоротковолновая антенна
Коническая ультракоротковолновая антенна
Коническая ультракоротковолновая антенна

 

H01Q9/00 - "Короткие" (в электрическом смысле) антенны с размерами, не превышающими удвоенную рабочую длину волны и составленные из электропроводящих активных излучающих элементов (петлевые антенны H01Q 7/00; волноводные рупоры или раструбы H01Q 13/00; щелевые антенны H01Q 13/00; комбинированные конструкции из активных элементов со вторичными устройствами, выполняемые с целью формирования требуемой диаграммы направленности антенны H01Q 19/00; комбинированные конструкции из двух и более активных элементов H01Q 21/00)

Владельцы патента RU 2535177:

федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями. Технический результат - формирование равномерной диаграммы направленности в меридиональной плоскости и снижение электрических размеров антенны при сохранении качества согласования в области низких частот. Коническая УКВ антенна, размещенная в диэлектрическом радиопрозрачном обтекателе 6, состоит из полого металлического конуса (ПМК) 1 высотой Н с углом при вершине α и диаметром раскрыва Dk. ПМК 1 установлен вертикально над проводящей поверхностью 4 и обращен к ней вершиной. В плоскости раскрыва ПМК 1 симметрично относительно его оси размещена плоская однозаходная спираль (ПОЗС) 2 с внешним диаметром Dc. Вдоль провода внешнего витка ПОЗС 2 подключены равномерно n проводников, другие концы которых подключены к внутренней поверхности ПМК 1 у его вершины. Коаксиальный фидер 5 подключен центральным проводником к вершине ПМК 1, а экранной оболочкой к проводящей поверхности 4. Приведены оптимальные размеры и соотношения электрических размеров антенны. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и, в частности, коническая ультракоротковолновая (УКВ) антенна может быть использована в качестве приемной и/или передающей УКВ антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями.

Известна широкополосная антенна по патенту РФ №2084993, опубл. 20.07.1997 г. Антенна-аналог состоит из металлического конуса, установленного вертикально над противовесом в виде металлического диска, и обращенного к нему вершиной, емкостных выступов, штырей, коаксиального фидера, подключенного центральным проводником к вершине конуса, а экранной оболочкой к противовесу. Кроме того, антенна снабжена шунтирующими штырями.

Недостатком аналога является относительно малый диапазон рабочих частот антенны и практически полное отсутствие излучения вдоль оси антенны.

Известна также ненаправленная широкополосная антенна по патенту Франции №2246090, опубл. 25.04.1975 г. Аналог состоит из биконического вибратора. К основанию каждого из конусов подключены логоспиральные проводники. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к вершине одного из конусов, а экранной оболочкой к вершине другого конуса.

Недостатком данного аналога является низкий уровень излучения электромагнитного поля вдоль оси биконического излучателя.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по своей технической сущности к заявленной антенне является известная широкополосная антенна по патенту РФ №2207673, опубл. 27.06.2003 г. Антенна-прототип состоит из полого металлического конуса (ПМК), расположенного над его вершиной параллельно основанию проводника в форме однозаходной спирали, и коаксиального фидера, подключенного к ПМК.

Недостатками ближайшего аналога являются:

глубокий провал диаграммы направленности (ДН) в секторе углов, примыкающих к продольной оси антенны, что снижает энергетический потенциал радиолинии при работе с неориентированным в пространстве корреспондентом;

относительно большие электрические размеры антенны в области низких частот, что ограничивает ее применение на подвижных объектах, в случае жестких массогабаритных ограничений, накладываемых на конструкцию антенны.

Целью изобретения является разработка конической УКВ антенны, обеспечивающей формирование более равномерной ДН в меридиальной плоскости излучателя и снижение электрических размеров антенны при сохранении качества согласования в области низких частот.

Поставленная цель достигается тем, что в известной конической УКВ антенне, содержащей ПМК высотой Н, с углом при вершине α и диаметром раскрыва Dk, плоскую однозаходную спираль (ПОЗС) с внешним диаметром Dc и коаксиальный фидер, подключенный к ПМК, ПМК установлен вертикально над проводящей поверхностью и обращен к ней вершиной. ПОЗС установлена в плоскости раскрыва ПМК и подключена к внутренней поверхности ПМК с помощью n≥2 проводников. Каждый проводник одним концом электрически подключен к внешнему витку ПОЗС, а другим к внутренней поверхности ПМК у его вершины. Центральный проводник коаксиального фидера подключен к вершине ПМК, а его экранная оболочка к проводящей поверхности. Точки подключения n проводников к внешнему витку ПОЗС разнесены по длине витка спирали равномерно с равными интервалами.

Высота Н ПМК выбрана из условия Н≥0,18λmax, где λmax - наибольшая длина волны рабочего диапазона волн, а угол при вершине α=60°-90°. Соотношение диаметра Dk раскрыва ПМК и внешнего диаметра Dc ПОЗС выбрано в интервале Dk/Dc=(1,6-2,0)/

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленной антенне за счет протекания тока проводимости по виткам ПОЗС обеспечивается излучение электромагнитного поля (ЭМП) в направлении оси ПМК, т.е. формируется более равномерная ДН в меридиальной плоскости. Кроме того, благодаря удлинению пути протекания тока проводимости по внутренней поверхности ПМК и проводникам, подключенным к ПОЗС достигается «удлинение» ПМК и, следовательно, возможность работы с требуемым качеством согласования в области более низких частот или на неизменной минимальной частоте при меньших электрических размерах.

Заявленная антенна поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - общий вид антенны;

на фиг.2 - рисунок, поясняющий принцип работы антенны;

на фиг.3 - результаты измерений качества согласования - КБВ;

на фиг.4 - результаты измерения ДН/

Заявленная коническая ультракоротковолновая антенна, показанная на фиг.1, состоит из ПМК 1 высотой Н с углом при вершине α и диаметром раскрыва Dk. ПМК 1 установлен вертикально над проводящей поверхностью 6 и обращен к ней вершиной. В плоскости раскрыва ПМК 1 симметрично относительно его оси размещена ПОЗС 2 (см. также фиг.16) с внешним диаметром Dc. Вдоль провода внешнего витка ПОЗС 2 подключены равномерно по длине витка спирали n проводников 3, вторые концы которых подключены к внутренней поверхности ПМК 1 у его вершины. На фиг.1б показаны четыре проводника 3 с точками их подключения «а». ПОЗС 2 может быть реализована в виде Архимедовой спирали, длина которой описывается известным уравнением (см. например, Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. справочник по математике. - М.: «Наука», 1980. - с.184.)

Диаметр поперечного сечения проводников 3 выбирают из конструктивных соображений для достижения требуемой жесткости конструкции. При использовании антенны на законцовке элемента конструкции летательного аппарата (самолета, ракеты и т.п) антенну размещают в диэлектрический радиопрозрачный обтекатель 4. Коаксиальный фидер 5 подключен центральным проводником к вершине ПМК 1, точка «с», а экранной оболочкой к проводящей поверхности 6 (точки «к»).

Заявленная антенна работает следующим образом. При подаче с помощью фидера 5 возбуждающей ЭДС к точкам «с»-«к» высокочастотный (в.ч.) ток проводимости Iпр протекает по внешней поверхности ПМК 1 (см. фиг.2), затем по его внутренней поверхности, далее по проводникам 3 и затем от точек «а» (см. фиг.1б) по виткам ПОЗС 2. От конца внутреннего витка ПОЗС 2 (точка «б») в.ч. ток смещения Iсм далее переходит в ток проводимости Iпр, протекающий по проводящей поверхности 6 к точкам «к». Таким образом, в антенне благодаря ее конструктивной схеме существенно увеличивается путь тока проводимости, что эквивалентно подключению дополнительной емкостной нагрузки. В то же время такая возможность реализована без нарушения (увеличения) профиля и габаритов ПМК 1. Протекание в.ч. тока проводимости по виткам ПОЗС 2 обусловливает излучение антенной вращающегося электромагнитного поля в направлении нормали к плоскости ПОЗС 2, т.е. вдоль оси ПМК 1.

Формирование эквивалентной емкости нагрузки указывает на возможность снижения электрических размеров антенны в области низких частот.

Численные значения конструктивных параметров антенны, при которых достигается указанный технический результат, были определены экспериментально и составили:

Н≥0,18 λmax; α=60°-90°; соотношение Dk/Dc=(1,6-2,0); диаметр проводников 3 и провода ПОЗС 2 выбран в пределах 2-5 мм.

Оптимальными значениями указанных параметров для достижения сформулированного технического результата являются средние значения указанных интервалов значений параметров.

Проверка возможности достижения указанного технического результата была выполнена путем сравнительных измерений качества согласования (коэффициента бегущей волны - КБВ) и формы ДН заявленной антенны и проведена в следующих условиях:

для заявленной антенны:

λmax=2,0 м; волновое сопротивление коаксиального фидера ρф=50 Ом; Н=0,36 м; α=75°; Dk=0,56 м; Dc=0,31 м; диаметр проводников 3 и провода ПОЗС 2 выбран равным 2,5 мм;

для антенны-прототипа:

λmax=2,0 м; волновое сопротивление коаксиального фидера ρф=50 Ом; Н=0,36 м; α=75°; Dk=0,56 м

Результаты измерений, приведенные на фиг.3 (КБВ) и фиг.4 (ДН), дают основание для следующих выводов.

При равных высотах конических излучателей у заявленной антенны уровень КБВ≥0,4 обеспечивается, начиная с электрического размера Н/λ=0,18, у прототипа с электрического размера Н/λ=0,21. Следовательно, заявленная антенна при равных требованиях к качеству согласования (КБВ≥0,4) обладает на 15% меньшими электрическими размерами, чем у прототипа. При равных значениях λmax во столько же раз заявленная антенна будет иметь меньшую физическую высоту.

Приведенные на фиг.4 результаты измерений ДН заявленной антенны подтверждают возможность более равномерного излучения в меридиальной плоскости, в том числе под углами, примыкающими к вертикальной оси антенны.

Полученные результаты измерений указывают на возможность достижения указанного технического результата при использовании заявленной антенны.

1. Коническая ультракоротковолновая (УКВ) антенна, содержащая полый металлический конус (ПМК) высотой Н и с углом при вершине α, плоскую однозаходную спираль с внешним диаметром Dc и коаксиальный фидер, подключенный к ПМК, отличающаяся тем, что ПМК установлен вертикально над проводящей поверхностью и обращен к ней вершиной, плоская однозаходная спираль установлена в плоскости раскрыва ПМК и подключена к внутренней поверхности ПМК с помощью n≥2 проводников, каждый из которых одним концом электрически подключен к внешнему витку плоской однозаходной спирали, а другим к внутренней поверхности ПМК у его вершины, причем центральный проводник коаксиального фидера подключен к вершине ПМК, а его экранная оболочка к проводящей поверхности.

2. Коническая УКВ антенна по п.1, отличающаяся тем, что точки подключения n проводников к внешнему витку плоской однозаходной спирали разнесены по длине витка равномерно.

3. Коническая УКВ антенна по п.1, отличающаяся тем, что высота ПМК выбрана из условия Н≥0,18λmax, где λmax - наибольшая длина волны рабочего диапазона волн.

4. Коническая УКВ антенна по п.1, отличающаяся тем, что угол α при вершине ПМК выбран в пределах α=60°-90°, а соотношение диаметра Dк раскрыва ПМК и внешнего диаметра Dc плоской однозаходной спирали выбрано в интервале Dк/Dc=(1,6-2,0).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемных и/или передающих антенн широкодиапазонных УКВ-радиостанций и навигационных систем типа "GPS" и "ГЛОНАСС".

Изобретение относится к радиосвязи и предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в ВЧ- и ОВЧ-диапазонах.

Изобретение относится к сверхширокополосной (СШП) радиолокации и может быть использовано для решения задач, требующих определения трехмерной формы объектов или определения положения объектов.

Антенна // 2492560
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антеннам сферическо-спиральной конструкции, и может быть использовано в составе беспроводных систем связи и передачи данных, а также в системах телеметрии.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для приема в радиовещании, телевидении и пеленгации. .

Изобретение относится к антенным устройствам и может быть использовано как отдельная антенна, а также в качестве элемента сложной антенны или антенной системы радиочастотного, терагерцового, инфракрасного или оптического диапазонов.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к широкополосным антеннам СВЧ-диапазона. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к бортовым декаметровым антеннам (БДМА) подвижных объектов (ПО). .

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано при создании и изготовлении малогабаритных антенн, обеспечивающих сужение диаграммы направленности.

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

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с широкополосными радиостанциями. Технический результат - расширение рабочего диапазона путем обеспечения функционирования антенны в диапазоне низких частот. Ненаправленная широкополосная антенна (ШПА) состоит из полого металлического конуса (ПМК) 1 высотой Hк и с углом α при вершине, конической спирали (КС) 2 с углом при вершине β и высотой Hc=Hк. ПМК 1 установлен вертикально над проводящей поверхностью 4 и обращен к ней вершиной. КС 2 установлена в полости ПМК 1 соосно с ним и подключена вершиной к внутренней полости ПМК 1 у его вершины. Коаксиальный фидер 3 подключен центральным проводником к вершине ПМК 1, а экранной оболочкой к проводящей поверхности 4. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для исследования магнитосферы Земли и для задач дальней НЧ радиосвязи. Технический результат - повышение мощности НЧ источника электромагнитного излучения, улучшение качества НЧ радиосвязи. Для этого осуществляют формирование плазменного волновода высокочастотным разрядом с одновременным формированием расходящихся акустических ударных волн с нестационарным электрическим током, протекающим по поверхности фронта ударной волны и излучающим электромагнитные волны НЧ диапазона, путем последовательных взрывов пиропатронов, при этом формирование плазменного волновода и расходящихся акустических ударных волн осуществляют в верхней ионосфере и/или в магнитосфере Земли, а зажигание высокочастотного разряда осуществляют одновременно с напуском нейтрального газа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве приемной и/или передающей УКВ антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями. Технический результат - возможность формирования неискаженной формы диаграммы направленности (ДН) и уменьшение электрических размеров вибратора. Диапазонный УКВ вибратор состоит из полого металлического конуса (ПМК) 1 высотой Нпмк и с углом при вершине α, дополнительного металлического конуса (ДМК) 2 высотой Ндмк и с углом при вершине β и полого усеченного металлического конуса (ПУМК) 3 высотой Нпумк=Ндмк с углом при вершине γ. ПМК 1 установлен вертикально над проводящей поверхностью 4 и обращен к ней вершиной. ДМК 2 и ПУМК 3 размещены в полости ПМК 1 соосно с ним. ДМК 2 размещен в полости ПУМК 3. Плоскости раскрывов меньшего основания ПУМК 3, раскрыва ПМК 1 и вершина ДМК 2 совмещены. Большее основание ПУМК 3 конгруэнтно основанию ДМК 2. Оба основания совмещены друг с другом и электрически подключены к внутренней поверхности ПМК 1. Коаксиальный фидер 5 центральным проводником подключен к вершине ПМК 1, а экранной оболочкой - к проводящей поверхности 4. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к дипольным антеннам с отражающим экраном с полунаправленной диаграммой направленности, и может быть использовано в технике связи для приема сигналов навигационных систем и для организации приемо-передающего канала с Землей в командно-телеметрических системах. Технический результат - упрощение конструкции плечей дипольного излучателя и повышение надежности. Для этого в дипольной антенне, содержащей корпус с прорезанным в нем крестообразным симметрирующим устройством с диэлектрическим заполнением, амплитудно-фазовый делитель и коаксиальные запитывающие линии, в отличие от известного, излучающие плечи дипольного излучателя выполнены за одно целое с корпусом в виде призм с основаниями из прямоугольных треугольников, при этом крестообразное симметрирующее устройство с диэлектрическим заполнителем прорезано в первом торце корпуса между ортогональными дипольными излучателями, отражающий экран расположен во втором торце корпуса с микрополосковым не развязанным делителем с фазосдвигающей линией 90°, связанный с коаксиальными запитывающими ортогональные дипольные излучатели линиями, РЧ-соединитель с кабелем подключен к входу микрополоскового делителя. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и бортовая коротковолновая антенна (БКВА) подвижного объекта (ПО) может быть использована в качестве передающей ненаправленной антенны для работы как ионосферными, так и поверхностными волнами совместно с KB радиостанцией средней мощности, установленной на борту ПО. Техническим результатом при использовании БКВА является повышение ее КПД в режиме поверхностных волн и исключение демаскирующих признаков, указывающих на факт установки антенны на ПО. Для этого БКВА состоит из промежуточного возбудителя (ПрВ)1, выполненного из двух включенных параллельно П-образных проводников, установленных вертикально и параллельно боковым поверхностям ПО. Проекция периметра каждого П-образного проводника вписана в пределы площади боковой поверхности ПО. Средняя часть крышевой поверхности 3 ПО выполнена диэлектрической, а периферийные - металлическими. Над горизонтальной частью каждого П-образного проводника установлены экранирующие элементы (ЭЭ). Один конец ПрВ 1 подключен к блоку настройки и согласования 9, другой - к блоку дискретных реактивных нагрузок. Изменением распределения амплитуд тока вдоль ПрВ 1 обеспечивается диапазонная работа антенны как ионосферными, так и поверхностными волнами. Повышение КПД антенны достигается возбуждением корпуса ПО. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам для космических аппаратов (КА), функционирующих на орбите высотой от 400 км до 1000 км. Диаграмма направленности (ДН) таких антенн должна иметь максимум в направлениях ±(60°÷70°) и коэффициент эллиптичности (КЭ) не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° от оси антенны. Техническим результатом является создание антенны (для КА) с возможностью максимального излучения электромагнитных волн с эллиптической поляризацией под углами ±(60°÷70°) от оси антенны. Антенна космического аппарата содержит отражатель, вспомогательное зеркало и расположенный соосно с ними излучатель в виде открытого конца круглого волновода диаметром dB. Отражатель выполнен из нескольких соосных и примыкающих к друг другу металлических поверхностей усеченных конусов, при этом большее основание каждого предыдущего конуса является меньшим основанием каждого последующего конуса, а меньшее основание первого конуса образовано открытым концом круглого волновода, над которым на высоте h=dB÷2.5dB закреплено вспомогательное зеркало, выполненное в виде металлического диска диаметром dЗ≤1.2dB. При выполнении отражателя в виде трех соосных поверхностей усеченных конусов угол при основании первого конуса составляет 0°<β<15°, угол при основании второго конуса составляет 20°≤γ≤75°, а угол при основании третьего конуса составляет 1°≤α≤20°. При β=0°, когда отражатель состоит из 2-х конусов, углы при основании конусов находятся в следующих диапазонах 1°≤α≤5° и 40°≤γ≤50°. За счет предложенной многоконусной формы поверхности отражателя, а также размещения плоского вспомогательного зеркала над отражателем обеспечивается оптимальная ДН антенны с требуемым коэффициентом эллиптичности более 0.4 и с максимальным излучением в секторе углов ±(60°÷70°), что позволяет использовать эту антенну на космическом аппарате. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в УВЧ- и СВЧ-диапазонах. Технический результат - многократное использование площади, занимаемой антенной, что способствует увеличению направленности антенны на некоторых частотах. Для этого предлагается совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна, состоящая из объединенных в симметричные вибраторы пар плеч, выполненных в виде тонкого слоя металла, нанесенного на непроводящую подложку. При этом пары плеч имеют различные размеры, причем большие плечи имеют полую форму, а пары плеч меньшего размера могут быть целиком размещены внутри плеча симметричного вибратора большего размера. 2 ил.

Использование: для передающей или приемной антенны летательного аппарата в дециметровом диапазоне длин волн. Сущность изобретения заключается в том, что вибраторная антенна содержит излучатель, размещенный над экраном, коаксиальный соединитель, размещенный под экраном и включающий центральный проводник, при этом вдоль продольной оси антенны дополнительно установлен корпус антенны, в котором между излучателем и коаксиальным соединителем установлено согласующее устройство, включающее центральный проводник и изолятор, расположенный между корпусом антенны и центральным проводником, при этом излучатель и центральные проводники согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое, излучатель и часть корпуса антенны, расположенная над экраном, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом, а корпус антенны выполнен с возможностью фиксирования в экране, часть корпуса антенны, расположенная под экраном, выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя. Технический результат: упрощение конструкции, повышение технологичности изготовления, уменьшение габаритов, улучшение эксплуатационных характеристик, повышение надежности. 4 ил.

Изобретение относится к малогабаритной сверхнаправленной антенне ВЧ диапазона с кардиоидной диаграммой направленности (ДН), предназначенной для использования в конструкциях малогабаритных направленных антенных систем, включая ФАР ВЧ диапазона. Технический результат - повышение эффективности и качества согласования кардиоидной антенны в широком диапазоне частот за счет реализации сверхнаправленности и эффекта бегущей волны. Для этого антенна включает двухпроводную линию с бегущей волной, где роль излучающих элементов, формирующих ДН, выполняют вертикальные отрезки, в один из которых включен малошумящий усилитель или генератор, а в другой - нагрузка, согласованные с линией, что снижает реактивность антенны и улучшает ее согласование с радиосредствами. Для увеличения действующей высоты и коэффициента усиления излучателя двухпроводной линии может быть придана форма малогабаритного ромбического излучателя с нагрузкой при расположении плоскости ромба вертикально относительно земли, и предусмотрено включение в механизм излучения, помимо вертикальных проводов, также всех сторон ромба пропорционально проекциям векторов тока на вертикальную ось координатной системы. 4 ил.

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в приемопередающей радиоаппаратуре, преимущественно в средневолновых и коротковолновых системах радиосвязи. Технический результат изобретения заключается в повышении мощности излучения при сохранении малых габаритов антенны. Малогабаритная резонансная рамочная коаксиальная антенна состоит из схемы настройки и согласования и коаксиального излучателя. Схема настройки и согласования содержит настроечные катушки индуктивности L1-LN+2, настроечные конденсаторы переменной емкости C1-CN+2, разделительный конденсатор Ср, трансформатор Тр. Коаксиальный излучатель состоит из N+1 коаксиальных рамок, соединенных между собой на концах оболочками электрически так, что образуется общая оболочка. Коаксиальный излучатель подключен к настроечным конденсаторам переменной емкости C1-CN+2 общей оболочкой и внутренними проводниками каждой рамки в отдельности с одного конца и к настроечным катушкам индуктивности L1-LN+2 - с другого. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх