Емкостная антенна для дв и св диапазонов частот и способ ее перестройки

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании аппаратуры связи для ДВ и СВ диапазонов частот. Сущность: емкостная антенна для ДВ и СВ диапазонов частот и способ ее перестройки содержит устройство согласования и развернутый в пространстве емкостной элемент, обкладки которого выполнены в виде двух плоских токопроводящих пластин, одна из которых располагается горизонтально, а другая устанавливается выше и перпендикулярно к ней. Последовательно с емкостным элементом включен блок перестройки частоты, содержащий вращающиеся диэлектрический и токопроводящий цилиндры, на которых оголенным проводом намотана катушка индуктивности. В процессе перестройки частоты провод перематывается с диэлектрического цилиндра на токопроводящий, где витки провода электрически закорачиваются. При этом индуктивность катушки, а значит, и резонансная (рабочая) частота антенного контура изменяются. Технический результат: снижение общей высоты емкостной антенны, увеличение ее КПД при излучении над токопроводящей заземленной поверхностью, а также обеспечение возможности перестройки рабочей частоты емкостной антенны в ДВ и СВ диапазонах частот. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании приемо-передающих антенных устройств для корабельной аппаратуры радиосвязи в ДВ и СВ диапазонах частот.

В качестве прототипа выбрана емкостная антенна (Патент RU №2470424), выполненная в виде цилиндрической вертикальной конструкции. Такая антенна имеет узкую рабочую полосу частот (порядка 10-12 процентов в диапазоне УКВ и около 2-4 процентов в нижней части СВ диапазона) и при этом она не подлежит перестройке по частоте. Кроме того, в нижней части СВ диапазона частот вертикальный размер активной части цилиндрической емкостной антенны может достигать величин порядка 6-8 метров, не считая высоты подъема ее над палубой корабля. При массе в десятки килограммов такая конструкция оказывается сложной для установки и эксплуатации в корабельных условиях. Более того размещение цилиндрической емкостной антенны на стальной корабельной палубе приводит к существенному снижению ее коэффициента полезного действия (КПД) при излучении в ДВ и СВ диапазонах частот по причине замыкания значительной части токов смещения (см. фиг. 1) на металлическую проводящую заземленную поверхность палубы и снижения добротности антенного контура.

Целью изобретения является снижение общей высоты емкостной антенны, увеличение ее КПД при излучении над токопроводящей заземленной поверхностью, а также обеспечение возможности перестройки рабочей частоты емкостной антенны в ДВ и СВ диапазонах частот.

Технический результат достигается тем, что:

- с целью снижения общей высоты емкостной антенны и увеличения ее коэффициента полезного действия при излучении над токопроводящей заземленной поверхностью емкостной элемент выполняется в виде двух плоских токопроводящих пластин, одна из которых располагается горизонтально над плоскостью палубы корабля, а другая устанавливается выше и перпендикулярно к ней;

- с целью обеспечения возможности перестройки емкостной антенны по частоте вводится блок перестройки частоты особой конструкции.

На чертежах изображено:

Фиг. 1. - Распределение токов смещения в пространстве вокруг цилиндрической емкостной антенны (прототип), установленной над токопроводящей поверхностью, где цифрами обозначено: 1 - токопроводящие цилиндры емкостного элемента антенного контура; 2 - токи проводимости; 3 - токи смещения; 4 - токопроводящая поверхность (стальная палуба корабля).

Фиг. 2. - Емкостная антенна для ДВ и СВ диапазонов частот и способ ее перестройки, где цифрами обозначено: 1 - токопроводящие пластины емкостного элемента антенного контура; 2 - токи проводимости; 3 - токи смещения; 4 - блок перестройки частоты; 5 - устройство согласования.

Фиг. 3. - Блок перестройки частоты, где цифрами обозначено: 6 - диэлектрический цилиндр с винтовой канавкой; 7 - токопроводящий цилиндр с винтовой канавкой; 8 - медный провод (обмотка) катушки переменной индуктивности; 9 - вращающийся электрический соединитель; 10 - привод вращения.

Емкостная антенна для ДВ и СВ диапазонов частот состоит из развернутого в пространстве емкостного элемента, образованного двумя плоскими токопроводящими пластинами 1 (см. фиг. 2), например, из листовой меди. Одна из пластин располагается горизонтально непосредственно над палубой корабля, а другая устанавливается выше перпендикулярно к ней. Последовательно с емкостным элементом включен блок перестройки частоты 4, содержащий катушку переменной индуктивности, которая вместе с емкостным элементом образует перестраиваемый колебательный контур (антенный контур), настраиваемый на частоту излучаемого (принимаемого) электромагнитного сигнала. К антенному контуру с помощью устройства согласования 5 подключена фидерная линия, питающая антенну.

При излучении по фидерной линии, электрически согласованной с антенной, от передатчика подводится напряжение сигнала высокой частоты. На резонансе между развернутыми в пространстве пластинами емкостного элемента возникает переменное напряжение высокой частоты, в Q раз превышающее по величине входное напряжение (Q - добротность антенного контура). Высокочастотное электрическое поле, действующее между пластинами, индуцирует в окружающем пространстве токи смещения (Эйхенвальд А.А. «Электричество», изд. 5-е, М.-Л.: Государственное издательство, 1928, первое уравнение Максвелла), благодаря которым и возникает высокочастотное электромагнитное излучение (электромагнитная волна).

В корабельных условиях для достижения высокого КПД в ДВ и СВ диапазонах частот цилиндрическая емкостная антенна, описанная в прототипе, должна быть поднята на значительную высоту над токопроводящей подстилающей поверхностью. В противном случае значительная часть токов смещения будет замыкаться на стальную заземленную палубу корабля (фиг. 1). Это приведет к ухудшению добротности антенного контура и снижению КПД антенны при излучении.

Предлагаемая конфигурация емкостной антенны (фиг. 2) позволяет значительно уменьшить долю токов смещения, замыкающихся на токопроводящую подстилающую заземленную поверхность, а также существенно снизить общую высоту антенны при сохранении ее КПД в излучении.

Для перестройки емкостной антенны по частоте необходимо изменять в широких пределах индуктивность антенного контура. В теории и на практике хорошо известны такие способы изменения индуктивности, как, например, применение ферромагнитного сердечника, применение коммутирующего устройства для изменения числа витков в катушке индуктивности, а также путем изменения взаимного положения последовательно соединенных индуктивностей (вариометры).

В емкостной антенне применение ферромагнитного сердечника для изменения индуктивности катушки не решает стоящей задачи поскольку, во-первых, не позволяет изменять индуктивность в необходимых пределах, а во-вторых, приводит к большим потерям в сердечнике на высокой частоте в режиме излучения.

Изменение индуктивности катушки путем коммутации ее витков, включаемых в цепь контура, совершенно не приемлемо, поскольку исключенные из антенного контура витки остаются связанными с основной катушкой через общее магнитное поле. Это приводит к искажению частотной характеристики, расстройке антенны и дополнительным потерям при излучении.

Применение дискретного набора катушек с разными величинами индуктивности не позволяет обеспечить плавную перестройку по частоте.

Реализовать плавную перестройку рабочей (резонансной) частоты емкостной антенны без ухудшения ее КПД при излучении возможно путем применения блока перестройки частоты (см. фиг. 3), состоящего из двух вращающихся цилиндров (6, 7) и привода вращения (10). Один из цилиндров (6) - диэлектрический, на который намотана в один ряд катушка индуктивности антенного контура. Другой цилиндр (7) - токопроводящий с малым поверхностным электрическим сопротивлением, например, медный или бронзовый.

Обмотка (8) катушки индуктивности, выполненная медным оголенным многожильным проводом, например, марки МГ повышенной гибкости, укладывается в винтовую канавку на поверхности обоих цилиндров, которая обеспечивает точное позиционирование и фиксацию витков катушки индуктивности при перемотке провода с одного цилиндра на другой.

В процессе перестройки рабочей частоты антенны происходит синхронное вращение обоих цилиндров, при котором медный провод перематывается с диэлектрического цилиндра на токопроводящий, и наоборот. При этом в катушке индуктивности уменьшается (увеличивается) число витков, и резонансная (рабочая) частота антенного контура возрастает (уменьшается). Витки провода, который перематывается на токопроводящий цилиндр, электрически закорачиваются через его поверхность, имеющую малое электрическое сопротивление. Это позволяет исключать их из электрической цепи контура и избегать условий возникновения паразитных явлений и потерь.

Электрическое подключение катушки индуктивности, выполненной на вращающихся цилиндрах, может быть обеспечено с помощью вращающегося электрического соединителя (9), например, производства фирмы MERCOTAC.

1. Емкостная антенна для ДВ и СВ диапазонов частот и способ ее перестройки, содержащая развернутый в пространстве емкостной элемент, катушку индуктивности и согласующую катушку индуктивности, отличающаяся тем, что емкостной элемент выполнен в виде двух плоских токопроводящих пластин, одна из которых располагается горизонтально над подстилающей токопроводящей поверхностью, а другая установлена выше и перпендикулярно к ней.

2. Емкостная антенна для ДВ и СВ диапазонов частот и способ ее перестройки по п. 1, отличающаяся тем, что последовательно с емкостным элементом включен блок перестройки частоты, содержащий вращающийся диэлектрический цилиндр с обмоткой катушки индуктивности, подключенной одним концом через вращающийся электрический соединитель к верхней пластине емкостного элемента, выполненной мягким медным оголенным проводом, уложенным в винтовую канавку, прорезанную на его поверхности, и вращающийся токопроводящий цилиндр с винтовой канавкой, в которую укладывается продолжение медного провода, другой конец которого подключен через вращающийся электрический соединитель к устройству согласования и центральному проводнику фидерной линии, а другой вывод устройства согласования подключен к нижней пластине емкостного элемента и внешней оплетке фидерной линии.

3. Емкостная антенна для ДВ и СВ диапазонов частот и способ ее перестройки по п. 1, отличающаяся тем, что с помощью привода вращения обеспечиваются синхронное вращение обоих цилиндров и перематывание медного провода с диэлектрического цилиндра на токопроводящий, где витки оголенного провода электрически закорачиваются, а индуктивность катушки и рабочая частота антенны изменяются.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании малогабаритных печатных антенн, в частности, встроенных в приемопередающие модули или составляющих антенные решетки.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - повышение быстродействия фазированной антенной решетки.

Изобретение относится к широкополосным микрополосковым антенным системам с пониженной чувствительностью к многолучевому приему. Технический результат - получение широкополосной микрополосковой антенной системы небольшого размера с широкой полосой пропускания и низкой чувствительностью к многолучевому приему.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для работы в составе средств радиосвязи гектометрового диапазона между подвижными объектами на железнодорожном транспорте.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к щелевым антеннам резонаторного типа с полунаправленной диаграммой направленности, и может быть использовано в технике связи, особенно на борту космического объекта для приема сигналов навигационных систем и для организации приемопередающего канала с Землей в командно-телеметрических системах.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании малогабаритных антенных устройств для аппаратуры связи и передачи данных в СВ, KB и УКВ диапазонах частот.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в аппаратуре связи преимущественно на подвижных объектах в качестве низкопрофильного излучателя и приемника электромагнитного поля.

Изобретение относится к регулируемой антенне плоского типа. .

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве антенны приемного устройства спутниковой навигации. .

Изобретение относится к области радиотехники. .

Изобретение относится к технике СВЧ. Технический результат - повышение чувствительности радиочастотной антенны и качества изображения. Для этого радиочастотная (РЧ) передающая и/или приемная антенна выполнена, в частности, в форме катушечной структуры, или катушки, или конструкции контура, имеющая один или более схемных проводников, в частности, для использования в системе магнитно-резонансной визуализации (МРВ) или магнитно-резонансном (МР) сканере, для передачи РЧ сигналов возбуждения (поле Bi) для возбуждения ядерных магнитных резонансов (ЯМР) и/или для получения ЯМР сигналов релаксации. РЧ антенна обеспечена так, что она может легко адаптироваться в соответствии с применением, которое требует большого проема через РЧ антенну или способности параллельной визуализации. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Улучшенный патч-излучатель отличается следующими дополнительными признаками: излучательная поверхность (11) выполнена в виде кольцевой и/или рамочной излучательной поверхности (11), которая проходит вокруг зоны выемки (13), излучательная поверхность (11) удлинена с переходом на боковые поверхности, соответственно, боковые стенки (3с), и на боковых поверхностях, соответственно, боковых стенках (3с), образована гальванически соединенная с излучательной поверхностью (11) излучательная структура (18) боковых поверхностей, которая в окружном направлении боковых поверхностей, соответственно, боковых стенок (3с), содержит участки (19) боковых излучательных поверхностей, между которыми предусмотрены электрически не проводящие зоны (20) выемки. Технический результат: уменьшение объема антенны относительно ее широкополосности. 30 з.п. ф-лы, 42 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве антенны приемного устройства спутниковой навигации. Антенна содержит диэлектрическую пластину, металлический экран и полосковый проводник, которые расположены соответственно на нижней и верхней поверхностях диэлектрической пластины, и не менее двух элементов возбуждения. При этом в полосковом проводнике выполнено отверстие, а в диэлектрической пластине с верхней стороны выполнено углубление, кромка углубления совпадает с кромкой отверстия в полосковом проводнике, поверхность диэлектрической пластины в области углубления металлизирована, причем металлизация углубления выполнена с электрическим контактом с полосковым проводником. Причем металлический экран, полосковый проводник, отверстие в полосковом проводнике и углубление могут быть выполнены в виде кругов с общей осью поворота, которая перпендикулярна плоскости диэлектрической пластины, число элементов возбуждения N выполнено не меньшим трех и расположены элементы возбуждения на окружности через одинаковые угловые расстояния Δβ, центр окружности совпадает с указанной осью поворота. Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - обеспечение широкоугольного сканирования в коническом угле, превышающем 60 ° от оси антенны, сохранение хорошего коэффициента эллиптичности круговой поляризации в заданных частотных диапазонах, малого веса и малой толщины антенных элементов. Широкополосный антенный элемент на связанных кольцах, перекрывающий два смежных приемных поддиапазона, используется в К-диапазоне. Антенный элемент содержит проводящий резонатор на связанных кольцах, имеющий электромагнитную связь по меньшей мере с одним фидером. Проводящий резонатор и фидер также окружены клеткой Фарадея, которая имеет гальваническое соединение с обеспечивающей электромагнитное экранирование заземленной плоскостью и экранирует проводящий резонатор и фидер. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к компактным патч-антеннам, в частности для установки в транспортном средстве. Технический результат - меньшие размеры патч-антенны и высокая избирательность ширины пропускания на резонансной частоте. Для этого патч-антенна содержит питаемый электричеством полосковый излучающий элемент (1) и земляную плоскость (3). Полосковый излучающий элемент соединен с земляной плоскостью на первом конце (11) посредством металлического звена и на втором конце (12), противоположном первому концу, посредством переменного конденсатора (5). Патч-антенна также содержит печатную плату (2), нижняя поверхность которой составляет одно целое с земляной плоскостью (3), слой (6) диэлектрического материала, размещенный между полосковым излучающим элементом (1) и печатной платой (2); полосковый излучающий элемент (1), по существу, является параллельным земляной плоскости (3). Слой диэлектрического материала имеет относительную диэлектрическую постоянную в диапазоне от 3 до 6 и коэффициент потерь в диапазоне от 0,03 до 0,1. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Особенностью заявленной малогабаритной антенны является то, что схема питания выполнена в виде равноамплитудного синфазного делителя мощности на N каналов, штыревые элементы возбуждения расположены на окружности, центр которой лежит на общей оси вращения, причем угловое расстояние между соседними штыревыми элементами возбуждения равно 2π/N, а, по крайней мере, в одном металлическом проводнике выполнены М кольцевых щелей, где М≥1, центры кольцевых щелей располагаются на общей оси вращения. Техническим результатом является создание излучения антенны с осесимметричной диаграммы направленности, уменьшение габаритных размеров антенны. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Особенностью заявленной двухрезонансной емкостной антенны является то, что дополнительно введены третья токопроводящая поверхность, образующая с заземленной токопроводящей поверхностью емкостного элемента второй емкостной элемент, катушка индуктивности, соединенная с третьей токопроводящей поверхностью, и согласующее устройство, два вывода которого подключены ко вторым выводам катушек индуктивности, один вывод заземлен, а вход подключен к центральному проводнику фидерной линии. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей емкостной антенны путем построения двухрезонансной системы. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технологии малой антенны, использующей схемный резонанс, в мобильном терминале, поддерживающем различные дополнительные функции. Антенна содержит топологический рисунок антенны; первую электрическую схему и вторую электрическую схему, соответственно, соединенные между обоими концами топологического рисунка антенны и системной "землей"; и третью электрическую схему, расположенную между топологическим рисунком антенны и линией питания, причем первая электрическая схема, вторая электрическая схема и третья электрическая схема увеличивают длины электромагнитных волн топологического рисунка антенны, чтобы увеличить согласование входного импеданса. Технический результат заключается в возможности использования схемного резонанса вместо волнового резонанса с помощью соединения электрической схемы с устройством антенны. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосистемах передачи информации, предъявляющих требования высокой степени электромагнитной совместимости конструктивных элементов системы, например, в малогабаритных космических аппаратах (КА). Решаемой задачей является уменьшение габаритных размеров антенны в кольцевой щелевой антенне, состоящей из металлического цилиндра и резонатора, который вместе с цилиндром образует кольцевую излучающую щель, предложено резонатор выполнять в виде двух одинаковых металлических дисков, которые расположены в параллельных плоскостях соосно с цилиндром и гальванически с ним соединены. Под нижним диском можно располагать конструктивные элементы, над верхним диском также могут располагаться конструктивные элементы, размеры которых меньше самого верхнего диска. Согласно изобретению, резонатор выполнен в виде двух одинаковых металлических дисков диаметром Dд, которые расположены в параллельных плоскостях соосно с цилиндром на расстоянии h друг от друга и гальванически с ним соединены. Под нижним диском можно располагать конструктивные элементы. Над верхним диском располагаются элементы конструкции по размеру меньше, чем верхний диск. Диски антенны, работающей в диапазоне дециметровых длин волн, расположены на круглом волноводе питающего излучающую в сантиметровом диапазоне длин волн зеркальную антенну малого космического аппарата, диаметр основного зеркала которой Dз≤Dв. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к сверхширокополосным антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, которые могут использоваться в качестве передающих и приемных антенн портативных, носимых, возимых и базовых радиостанций. Антенна содержит держатель (5) с размещенным в нем отрезком кабеля (4), проводник (9), соединенный с центральным проводником (8) кабеля (4), полый цилиндр (7), соединенный с оплеткой (6) кабеля (4) и размещенный коаксиально проводнику (8), высокочастотный излучатель (2), соединенный с проводником (9), низкочастотный излучатель (1), расположенный над высокочастотным излучателем (2), и автотрансформатор (10), имеющий вход (13), подключенный к проводнику (9), общий вывод (15), подключенный к полому цилиндру (7), и выход (17), подключенный к низкочастотному излучателю (1). Технический результат - расширение полосы рабочих частот, увеличение коэффициента усиления, упрощение конструкции. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании аппаратуры связи для ДВ и СВ диапазонов частот. Сущность: емкостная антенна для ДВ и СВ диапазонов частот и способ ее перестройки содержит устройство согласования и развернутый в пространстве емкостной элемент, обкладки которого выполнены в виде двух плоских токопроводящих пластин, одна из которых располагается горизонтально, а другая устанавливается выше и перпендикулярно к ней. Последовательно с емкостным элементом включен блок перестройки частоты, содержащий вращающиеся диэлектрический и токопроводящий цилиндры, на которых оголенным проводом намотана катушка индуктивности. В процессе перестройки частоты провод перематывается с диэлектрического цилиндра на токопроводящий, где витки провода электрически закорачиваются. При этом индуктивность катушки, а значит, и резонансная частота антенного контура изменяются. Технический результат: снижение общей высоты емкостной антенны, увеличение ее КПД при излучении над токопроводящей заземленной поверхностью, а также обеспечение возможности перестройки рабочей частоты емкостной антенны в ДВ и СВ диапазонах частот. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх