Малогабаритная резонансная рамочная коаксиальная антенна



Малогабаритная резонансная рамочная коаксиальная антенна
Малогабаритная резонансная рамочная коаксиальная антенна
Малогабаритная резонансная рамочная коаксиальная 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 2583758:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" (RU)

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 области антенной техники и может быть использовано в приемопередающей радиоаппаратуре, преимущественно в средневолновых и коротковолновых системах радиосвязи.

Известны малогабаритные резонансные рамочные антенны [Ротхаммель К., Кришке А. Энциклопедия антенн.: Пер. с нем. - М.: ДКМ Пресс, 2011], излучающий элемент которых представляет собой один или несколько витков проводника, подключенного к схеме настройки и согласования, состоящей из ряда последовательных и параллельных перестраиваемых реактивных элементов.

Данные антенны из-за малой индуктивности рамок сложны в настройке и согласовании с питающим фидером, имеющим относительно низкое волновое сопротивление, и, как правило, имеют недостаточную полосу перестройки.

Известна рамочно-лучевая антенна [Патент на полезную модель RU №92574, МПК H01Q 19/00, опубл. 20.03.2010], содержащая вертикально расположенную рамку с коаксиально расположенным в ней проводником, наружный проводник рамки и внутренний проводник подключены к конденсаторам настройки С-1 и С-2 и образуют два связанных контура, при этом контур, образованный наружным проводником и конденсатором С-2, соединен с лучами, образуя вместе с ними рамочно-лучевую антенну.

Недостатком антенны является наличие лучевых частей, увеличивающих габариты, и то, что контур, образованный внутренним проводником и конденсатором С-2, не подключен к фидеру и напрямую не участвует в передачи энергии между антенной и приемопередатчиком.

Наиболее близкой заявляемой является малогабаритная резонансная рамочная антенна, состоящая из коаксиального излучателя и схемы настройки и согласования [Lloyd Butler. A Crossed Field Loop Antenna for 3.5 MHz. URL: http://users.tpg.com.au/users/ldbutler/XFieldLoop.pdf, (оригинальная статья опубликована в журнале “Amateur Radio”, май-июнь 2003)]. Внутренний проводник и оболочка коаксиального излучателя настраиваются на резонансную частоту катушками индуктивности L1, L2 и конденсаторами переменной емкости C1, С2 схемы настройки и согласования. Излучатель антенны выполнен в виде коаксиальной рамки и подключен к схеме настройки и согласования с одного конца оболочкой к L1, внутренним проводником - к L2, с другого конца оболочкой - к C1, а внутренним проводником - к С2.

Недостатком данного решения является невозможность повышения эффективности антенны с одновитковым излучателем без увеличения габаритов антенны.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности малогабаритной резонансной рамочной коаксиальной антенны при сохранении малых габаритов.

Указанный технический результат достигается тем, что в малогабаритной резонансной рамочной коаксиальной антенне, состоящей из коаксиального излучателя и схемы настройки и согласования, включающей настроечные катушки индуктивности, подключенные с одного конца коаксиального излучателя, настроечные конденсаторы переменной емкости, подключенные с другого конца коаксиального излучателя, разделительный конденсатор и трансформатор, причем один из настроечных конденсаторов включен между оболочкой коаксиального излучателя и заземлением, второй настроечный конденсатор включен между внутренним проводником коаксиального излучателя и разделительным конденсатором, одна катушка индуктивности включена между внутренним проводником коаксиального излучателя и заземлением, другая катушка индуктивности включена между оболочкой коаксиального излучателя и разделительным конденсатором, согласно заявленному изобретению коаксиальный излучатель дополнительно содержит N параллельных коаксиальных рамок, намотанных в один или несколько витков так, что с одного конца излучателя оболочки рамок электрически соединены друг с другом, а между внутренними проводниками и заземлением включены дополнительно N настроечных катушек индуктивности, с другой стороны коаксиального излучателя оболочки рамок электрически также соединены друг с другом, а между внутренними жилами и разделительным конденсатором включены дополнительно N настроечных конденсаторов переменной емкости.

В малогабаритной резонансной рамочной коаксиальной антенне в качестве катушек индуктивности могут быть использованы вариометры.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

Фиг. 1 - функциональная схема антенны;

Фиг. 2 - график зависимости действующей высоты антенны для случаев с различным числом параллельно включенных рамок.

На фиг. 1 L1-LN+2 - настроечные катушки индуктивности, C1-CN+2 - настроечные конденсаторы переменной емкости, Ср - разделительный конденсатор, Тр - трансформатор, S1 - выход фидера, N+1 - количество рамок. Коаксиальный излучатель антенны состоит из нескольких 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.

Каждая рамка в отдельности представляет собой коаксиальный излучатель, внутренний проводник и оболочка которого настраиваются синфазно, за счет чего на внутренней поверхности оболочки происходит наведение тока током внутреннего проводника. Ток на внутренней поверхности оболочки затекает на внешнюю поверхность оболочки, увеличивая синфазный ток на ней. Настроечные конденсаторы переменной емкости C1-CN+2 последовательно настраивают антенну на резонансную частоту в рабочем диапазоне так, чтобы токи, проводимые внутренними проводниками и общей оболочкой, имели одну фазу. За счет суммирования токов на оболочке каждой рамки в отдельности происходит увеличение тока на общей оболочке коаксиального излучателя.

Использование вариометров вместо катушек индуктивности L1-LN+2 позволяет, меняя значения индуктивности, расширить диапазон перестройки резонансной частоты антенны.

Эффективность малогабаритной антенны определяется параметрами мощность излучения, действующая высота. Ниже приведен расчет мощности излучения рамочной коаксиальной антенны, излучатель которой состоит из нескольких рамок. Мощность излучения пропорциональна силе тока излучения (тока на внешней поверхности оболочки излучателя) и сопротивлению излучения:

,

где IΣ - сила тока излучения на общей оболочке, РΣ - мощность излучения, RΣ - сопротивление излучения.

Элементы схемы настройки и согласования настраивают контуры, содержащие внутренний проводник излучателя и оболочку так, чтобы токи в них имели одну фазу. Тогда ток, текущий по внутреннему проводнику, наводит ток на внутренней поверхности оболочки коаксиального излучателя, который затекает на внешнюю поверхность оболочки, увеличивая ток на ней.

Ток на общей оболочке антенны, состоящей из нескольких коаксиальных идентичных рамок, будет равен сумме токов на оболочках каждой рамки в отдельности:

,

где Ii - ток на каждой рамке в отдельности, М - общее количество рамок.

Следовательно,

.

Таким образом, параллельное соединение рамок увеличивает мощность излучения.

Проведены эксперименты в поле колец Гельмгольца, имитирующем поле дальней зоны, в которое помещалась антенна [Магнитное поле колец Гельмгольца // в кн. Яновский Б.М. Земной магнетизм. Часть II. - 1963, С. 233-237], которые позволили сравнить эффективность (по параметру «действующая высота» hД) средневолновых антенн по заявленному изобретению для излучателя из одной, двух, трех и четырех параллельных рамок. Результаты, представленные на графике на фиг. 2, нормированы относительно действующей высоты для антенны с излучателем из одной рамки. Из результатов экспериментов следует, что с увеличением числа параллельных рамок, согласованных по вышеизложенной схеме, происходит заметный рост эффективности антенны.

Таким образом, проведенные эксперименты подтверждают выводы из ранее приведенных зависимостей, что говорит о том, что заявленное изобретение позволяет повысить эффективность малогабаритной резонансной рамочной коаксиальной антенны.

1. Малогабаритная резонансная рамочная коаксиальная антенна, состоящая из коаксиального излучателя и схемы настройки и согласования, включающей настроечные катушки индуктивности, подключенные с одного конца коаксиального излучателя, настроечные конденсаторы переменной емкости, подключенные с другого конца коаксиального излучателя, разделительный конденсатор и трансформатор, причем один из настроечных конденсаторов включен между оболочкой коаксиального излучателя и заземлением, второй настроечный конденсатор включен между внутренним проводником коаксиального излучателя и разделительным конденсатором, одна катушка индуктивности включена между внутренним проводником коаксиального излучателя и заземлением, другая катушка индуктивности включена между оболочкой коаксиального излучателя и разделительным конденсатором, отличающаяся тем, что коаксиальный излучатель дополнительно содержит N параллельных коаксиальных рамок, намотанных в один или несколько витков так, что с одного конца излучателя оболочки рамок электрически соединены друг с другом, а между внутренними проводниками и заземлением включены дополнительно N настроечных катушек индуктивности, с другой стороны коаксиального излучателя оболочки рамок электрически также соединены друг с другом, а между внутренними жилами и разделительным конденсатором включены дополнительно N настроечных конденсаторов переменной емкости.

2. Малогабаритная резонансная рамочная коаксиальная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве катушек индуктивности использованы вариометры.



 

Похожие патенты:

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.

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. 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