Малогабаритная сверхнаправленная антенна вч диапазона с кардиоидной диаграммой направленности



Малогабаритная сверхнаправленная антенна вч диапазона с кардиоидной диаграммой направленности
Малогабаритная сверхнаправленная антенна вч диапазона с кардиоидной диаграммой направленности
Малогабаритная сверхнаправленная антенна вч диапазона с кардиоидной диаграммой направленности
Малогабаритная сверхнаправленная антенна вч диапазона с кардиоидной диаграммой направленности

 

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 2577198:

Открытое акционерное общество "Военно-инженерная корпорация" (ОАО "ВИКор") (RU)

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.

 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технике радиосвязи и может найти применение в конструкциях малогабаритных направленных антенн, используемых в составе фазированных антенных решеток ВЧ диапазона.

2. Уровень техники

Известна антенна, в которой для формирования кардиоидной диаграммы направленности (ДН) применяют два вертикальных вибратора (в том числе и малой электрической длины), разнесенные на расстояние d=λ/4 при запитке одного из них током с фазовым сдвигом ψ=π/2 (см. [1], с.102, принята за прототип и базовый объект). При этом нуль диаграммы направленности направлен в сторону излучателя, фаза тока которого опережает фазу тока другого излучателя. В сторону другого излучателя будет направлен максимум ДН, где поля будут синфазно складываться.

Недостатком базового варианта излучателя является необходимость изменения межвибраторного расстояния d при смене частоты и большие абсолютные значения этого расстояния в нижней и средней части KB диапазона d=(25,0…7,5) м. Это исключает возможность использования такой системы излучателей для одновременной работы в широкой полосе частот.

Решение по созданию малогабаритного излучателя с ДН типа «кардиоида» при удовлетворении требований его широкополосности без необходимости изменения геометрических размеров может быть найдено в классе так называемых сверхнаправленных излучателей [2].

В указанном выше базовом варианте двухвибраторной антенны режим сверхнаправленности теоретически может быть реализован при размещении вибраторов на расстоянии d<<λ друг от друга и питании одного из них током со сдвигом по фазе ψ=π-2·π·d/λ относительно фазы тока другого излучателя. В этом случае в сторону излучателя, фаза тока которого опережает фазу тока другого на ψ, также будет формироваться нуль ДН.

Однако в отличие от описанного выше базового варианта синфазного сложения полей в сторону другого излучателя (максимум ДН) уже не будет, так как фазы полей от двух вибраторов будут различаться почти на 180° (т.к. 2·π·d/λ<<π).

3. Раскрытие изобретения

Цель изобретения - увеличение эффективности и качества согласования кардиоидной антенны в широком диапазоне частот.

В изобретении поставленная цель достигается тем, что в малогабаритной антенне, относящейся к классу сверхнаправленных, выполнение требований эффективности и согласования в широком диапазоне частот достигается путем компромисса между эффективностью излучателя, снижающейся при уменьшении его размеров относительно длины волны сигнала (с сохранением широкополосности и приемлемой диаграммы направленности во всем диапазоне частот) с частичной компенсацией ее за счет применения малошумящего усилителя и возможностью работы без изменения расстояния между излучающими элементами при смене частоты.

Для этого антенна выполняется на основе двухпроводной линии, где роль излучающих элементов, формирующих ДН с вертикальной поляризацией вектора , выполняют вертикальные отрезки, в один из которых включен малошумящий усилитель (генератор), а в другой - нагрузка Rн, при этом сопротивления усилителя и нагрузки согласованы с линией и равны ее волновому сопротивлению W.

В результате благодаря реализации режимов сверхнаправленности (максимальный размер Lл двухпроводной линии составляет величину, меньшую четверти наименьшей λ0 длины волны рабочего диапазона, Lл0/4) и бегущей волны (согласование сопротивлений малошумящего усилителя (генератора) и нагрузки Rн с волновым сопротивлением двухпроводной линии W) в направлении нагрузки обеспечивается почти полное вычитание полей, формируемых вертикальными излучающими отрезками, в диапазоне частот с (18…20)-кратным перекрытием.

Соответственно в противоположном направлении указанные поля складываются, за счет чего формируется ДН типа «кардиоида» в широком диапазоне частот.

Кроме этого вследствие обеспечения излучающими вертикальными отрезками с включенными в них усилителем (генератором) и нагрузкой согласования с длинной линией достигается уменьшение реактивности поля антенны в ближней зоне, что улучшает ее согласование с средствами.

Дополнительно с целью 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. Увеличение действующей высоты и коэффициента усиления излучателя достигается за счет включения в механизм излучения помимо вертикальных проводов также всех сторон ромба пропорционально проекциям векторов тока на вертикальную ось координатной системы.

Конструктивно обеспечение эффекта сверхнаправленности при этом достигается совместным выбором длины плеча L двухпроводной линии в форме вертикального малогабаритного ромбического излучателя (L=λ0/(4…5)), угла 2φ, образованного двумя смежными плечами (2φ=120±5 градусов) и диаметра d металлической трубки вертикального малогабаритного ромбического излучателя (d>0,002 λ0).

4. Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематично изображена конструкция предлагаемой антенны.

Она включает малошумящий усилитель (генератор) (1), вертикальные излучающие отрезки (2), двухпроводную линию длиной Lл (3) и согласованную нагрузку Rн (4), равную волновому сопротивлению линии W.

На фиг.2 схематично изображена конструкция предлагаемой антенны с двухпроводной линией в форме вертикального малогабаритного ромбического излучателя.

Она включает малошумящий усилитель (генератор) (5), вертикальные излучающие отрезки (6), двухпроводную линию в форме вертикального малогабаритного ромбического излучателя, образованную двумя группами смежных плеч (7) длиной L каждое, образующих угол 2φ (8), и согласованную нагрузку Rн (9), равную волновому сопротивлению линии W.

На фиг.3 представлены диаграммы направленности заявляемой антенны на частотах 3, 6, 12 и 24 МГц.

На фиг.4 приведена частотная зависимость входного импеданса заявляемой антенны, расположенной на высоте 1 м над реальной землей с электрическими параметрами ε=5; σ=1·10-3 См/м, рассчитанная согласно [3].

5. Осуществление изобретения

Поле в дальней зоне заявляемой антенны будет определяться суммой полей, создаваемых токами, протекающими по первому вертикальному излучающему отрезку (в который включен источник напряжения), второму вертикальному излучающему отрезку (в который включено нагрузочное сопротивление, согласованное с волновым сопротивлением линии), а также сторонами ромба пропорционально проекциям векторов тока на вертикальную ось координатной системы.

Принципиальной отличительной особенностью диаграммы направленности заявляемой антенны в форме малогабаритного ромбического излучателя с длиной стороны Lp<<λ по сравнению с ДН обычной ромбической антенны (L≈6·λ0) является изменение на 180° ориентации максимума ее ДН.

Если в «классической» ромбической антенне максимум ДН ориентирован в направлении «точки возбуждения ромба - нагрузка», то в заявляемой малогабаритной антенне в форме ромбического излучателя он ориентирован в противоположном направлении «нагрузка - точки возбуждения».

Результаты расчетов показывают, что, несмотря на малые геометрические размеры (Lл<<А), предложенный излучатель формирует устойчивую кардиоидную диаграмму направленности в широком диапазоне частот, обеспечивающую наибольшую помехозащищенность по сравнению с известными типами малогабаритных излучателей.

Кроме того, данный излучатель хорошо согласуется с линией питания (расчетный коэффициент бегущей волны более 0,6 при коэффициенте перекрытия диапазона, равном 18…20), что позволит его использовать без перестройки в заданном диапазоне частот.

Источники информации

1. Антенны, часть 1. Под ред. Ю.К. Муравьева. - Л.: ВКАС, 1963.

2. Минкович Б.М., Яковлев В.П. Теория синтеза антенн. - М.: Сов. радио, 1969.

3. Гончаренко И.В. Компьютерное моделирование антенн. - М.: ИП РадиоСофт, Журнал "Радио», 2002.

Малогабаритная сверхнаправленная антенна ВЧ диапазона с кардиоидной диаграммой направленности, содержащая вертикальные излучающие отрезки, отличающаяся тем, что вертикальные излучающие отрезки, в один из которых включен генератор или малошумящий усилитель, а в другой - нагрузка, соединены двухпроводной линией и разнесены на расстояние, меньшее четверти наименьшей длины волны рабочего диапазона, а генератор или малошумящий усилитель и нагрузка имеют сопротивление, равное волновому сопротивлению двухпроводной линии, при этом двухпроводная линия имеет форму малогабаритного ромбического излучателя при расположении плоскости ромба вертикально относительно земли для включения в механизм излучения или приема радиоволн помимо вертикальных отрезков также всех сторон ромба пропорционально проекциям векторов тока на вертикальную ось координатной системы.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

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.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве приемной и/или передающей УКВ антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями.

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.

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.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями.

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 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.

Изобретение относится к антенной технике. Планарная фазированная антенная решетка с формированием и сканированием луча содержит: планарный волновод, образованный верхним и нижним проводящими экранами с диэлектрическим слоем между ними; фазированную решетку, содержащую излучатели для формирования фронта электромагнитной волны внутри планарного волновода; по меньшей мере одну заднюю отражающую структуру, расположенную позади фазированной решетки; по меньшей мере одну отклоняющую структуру, выполненную в диэлектрическом слое таким образом, чтобы отклонять фронт электромагнитной волны внутри волновода, при этом значение диэлектрической проницаемости упомянутой отклоняющей структуры не равно значению диэлектрической проницаемости упомянутого диэлектрического слоя волновода. Верхний проводящий экран может быть короче нижнего проводящего экрана. Планарная фазированная антенная решетка может дополнительно содержать средство для преобразования вертикально поляризованной волны в упомянутом планарном волноводе в горизонтально поляризованную пространственную волну, формируемую вдоль внешней границы планарного волновода. Технический результат заключается в возможности получения компактной фазированной антенной решетки, обеспечивающей максимальный угол сканирования луча не меньше ±75 градусов. 3 н., 64 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Заявленный промежуточный возбудитель коротковолновой антенны подвижного объекта содержит индуктивный проводник, размещенный в экранированном подкрышевом пространстве подвижного объекта и подключенный одним концом к блоку дискретных реактивных нагрузок, а другим - через блок настройки и согласования к выходу бортовой коротковолновой радиостанции, причем периферийные трети индуктивного проводника, размещенного в подкрышевом пространстве, выполнены в виде сосредоточенных индуктивных нагрузок. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот без увеличения габаритов подкрышевого пространства подвижного объекта и без снижения уровня трансформаторной связи с корпусом подвижного объекта. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике и, в частности, предназначена для работы с УКВ радиостанциями, размещенными на подвижных объектах: летательных аппаратах (ЛА), автомобилях и т.п. Техническим результатом является разработка самолетной УКВ антенны, обеспечивающей более широкодиапазонную работу по согласованию. Самолетная УКВ антенна состоит из нижней 1 и верхней 2 частей, разделенных диэлектрической вставкой 3. Нижняя часть 2 выполнена в виде полого проводника, в полости которого размещены два отрезка 5, 6 коаксиального фидера, выполняющие роль трансформирующих элементов, нижние концы которых соответственно подключены к соответствующим входам сумматора 7, обеспечивающего согласование их суммарного сопротивления с волновым сопротивлением фидера 11 от бортовой радиостанции. Экранные оболочки отрезков 5, 6 электрически соединены друг с другом и с верхней кромкой нижней части 1 антенны, а их центральные проводники подключены к верхней части 2 антенны. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании малогабаритных широко перестраиваемых антенных устройств для аппаратуры связи и передачи данных в СВ, KB диапазонах частот. Антенна содержит первый (1) и второй (2) соосно расположенные токопроводящие цилиндры, катушку индуктивности (4), а также N коммутаторов (4) и N дополнительных цилиндров (3), соосно расположенных с первым (1) и вторым (2) токопроводящими цилиндрами, соединенными таким образом, что в совокупности они образуют колебательный контур, настроенный на частоту излучаемого или принимаемого сигнала. Первый вывод катушки индуктивности (4) подключен к первому цилиндру (1), второй вывод катушки индуктивности (4) подключен к центральному проводнику (6) фидерной линии (7), питающей антенну, а к оплетке фидерной линии (7) подключен второй цилиндр (2). Второй цилиндр (2) расположен между первым цилиндром (1) и катушкой индуктивности (4). Дополнительные цилиндры (3) все вместе или в определенной комбинации, каждый через отдельный коммутатор из N коммутаторов (5), могут иметь электрическое соединение со вторым цилиндром (2), тем самым увеличивая длину второго цилиндра (2). Технический результат заключается в увеличении перестройки резонансной частоты антенны при сохранении эффективности, что позволяет обеспечить надежную связь в СВ, KB диапазонах частот мобильным и стационарным абонентам. 2 ил.
Наверх