Широкополосная вибраторная антенна



Широкополосная вибраторная антенна
Широкополосная вибраторная антенна
Широкополосная вибраторная антенна
Широкополосная вибраторная антенна
Широкополосная вибраторная антенна
Широкополосная вибраторная антенна
Широкополосная вибраторная антенна
Широкополосная вибраторная антенна
Широкополосная вибраторная антенна
Широкополосная вибраторная антенна

 


Владельцы патента RU 2618776:

Войтович Николай Иванович (RU)

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам. Антенна содержит два параллельных вибратора, соединенные с помощью двух перемычек с регулируемой длиной, симметрирующее устройство, устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны, фидер, соединитель радиочастотный, диэлектрические концевые распорки, установленные на концы вибраторов, и диэлектрическую распорку, причем первый вибратор имеет разрыв (зазор), в области которого соединяется с проводниками симметрирующего устройства, две шайбы, возбуждающий проводник, диэлектрическую подложку, защитную крышку. Технический результат заключается в обеспечении широкой полосы согласования антенны с фидером. При этом антенна имеет высокую степень защиты от антенного эффекта фидера, удобна для размещения на мачтах или на поясах башен, допускает излучение сигналов большой мощности. 3 з.п. ф-лы, 16 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к симметричным вибраторным антеннам, питаемым коаксиальным кабелем. Эта новая симметричная вибраторная антенна обеспечивает широкую полосу согласования антенны с фидером. При этом имеет высокую степень защиты от антенного эффекта фидера, удобна для размещения на мачтах или на поясах башен, допускает излучение сигналов большой мощности. Согласование антенны с фидером обеспечивается устройством для регулировки действительной части входного сопротивления антенны и устройством для регулировки мнимой части входного сопротивления антенны.

Уровень техники

Известна широкополосная вибраторная антенна (патент РФ на изобретение №2199805, МПК: H01Q 9/16, опубл. 27.02.2003), содержащая первый вибратор с первым и вторым плечами, второй вибратор с первым и вторым плечами, первую и вторую перемычки, симметрирующее устройство с первым и вторым проводниками и короткозамыкателем, устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны с первым и вторым полюсами, фидер, соединитель радиочастотный, первую и вторую диэлектрические концевые распорки, диэлектрическую распорку, причем плечи первого вибратора расположены соосно с образованием зазора между ними, первая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец первого плеча первого вибратора и на конец первого плеча второго вибратора, а вторая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец второго плеча первого вибратора и на конец второго плеча второго вибратора, при этом первое плечо первого вибратора гальванически соединено с первым плечом второго вибратора первой перемычкой, второе плечо первого вибратора гальванически соединено со вторым плечом второго вибратора второй перемычкой, плечи первого вибратора соединены с соответствующими по номеру проводниками симметрирующего устройства.

Использование упомянутого защищенного патентом технического решения позволило использовать ранее предложенную антенну в качестве излучающего элемента передающих многоканальных антенных решеток. По указанному патенту изготовлены антенны, которые в настоящее время эксплуатируются в составе УКВ радиостанций в ряде городов Урала и Сибири. Конструкция антенны и полученные при этом характеристики антенны опубликованы в ряде работ:

1. Войтович Н.И., Ершов А.В., Соколов А.Н. УКВ вибраторные антенны: учебное пособие.- Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2007.- 85 с.

2. Войтович Н.И., Вахтин Ю.И., Ершов А.В., Русяев Е.О. Моделирование передающих антенн УКВ диапазона для радиовещания и связи. Научные труды МНПК «Связьпром-2006» в рамках III Евро-азиатского Форума «Связь-Промэкспо 2006». - Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2006. - Стр. 367-370.

3. Войтович Н.И., Вахтин Ю.И., Ершов А.В. Передающие антенны УКВ диапазона для радиовещания. Научные труды МНПК «Связьпром-2004» в рамках I Евро-азиатского Форума «Связь-Промэкспо 2004». - Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2004. - Стр. 256-267.

4. Войтович Н.И., Вахтин Ю.И., Ершов А.В. Широкополосная симметричная вибраторная антенна. Вестник УГТУ-УПИ. №15 (45). Часть 1. - Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ. - 2004.

5. Войтович Н.И., Ершов А.В. Исследование влияния размеров антенны на ее входной импеданс и согласование с фидером. Материалы Всероссийской научно-технической конференции 31 мая - 4 июня 2004 «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций».- Самара: СГАУ, 2004. - С.43.

6. Войтович Н.И., Вахтин Ю.И., Ершов А.В. Широкополосная симметричная вибраторная антенна. // Доклад на 3-й МНТК «На передовых рубежах науки и инженерного творчества», г. Екатеринбург, 28-30 окт.2004. Тезисы докладов.

7. Войтович Н.И., Ершов А.В., Соколов А.Н. УКВ вибраторные антенны. (Учебное пособие).- Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2002. - 85 с. Рекомендовано УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской технике и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов ВУЗов, обучающихся по специальности 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» направления подготовки дипломированных специалистов 654300 «Проектирование и технология электронных средств».

8. Voitovich N.I, Ershov A.V. Wideband dipole antenna. IEEE Xplore p.12144-1218, 2013.

Предложенный ранее вариант широкополосной вибраторной антенны (фиг. 1) содержит первый вибратор с первым и вторым плечами, второй вибратор с первым и вторым плечами, первую и вторую перемычки, симметрирующее устройство с первым и вторым проводниками и короткозамыкателем, устройство компенсации реактивной составляющей входного импеданса антенны (устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны) с первым и вторым полюсами (далее - устройство согласования), фидер, соединитель радиочастотный, первую и вторую диэлектрические концевые распорки, диэлектрическую распорку. Причем первое и второе плечи первого вибратора расположены соосно с образованием зазора между ними, первая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец первого плеча первого вибратора и на конец первого плеча второго вибратора, а вторая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец второго плеча первого вибратора и на конец второго плеча второго вибратора. При этом первое и второе плечи второго вибратора гальванически соединены между собой, первое плечо первого вибратора гальванически соединено с первым плечом второго вибратора первой перемычкой, второе плечо первого вибратора гальванически соединено со вторым плечом второго вибратора второй перемычкой, плечи первого вибратора соединены с соответствующими по номеру проводниками симметрирующего устройства. Здесь и далее мы пользуемся определением полюса как одного из двух противоположных концов электрической цепи устройства.

Реализация технических решений, предложенных в указанном патенте, как показала практика, позволила создать новую и полезную вибраторную антенну, обеспечивающую рабочие характеристики в широком диапазоне частот.

Однако предложенная в указанном патенте антенна обладает недостатком, который поясняется ниже со ссылкой на фиг. 1. При практической реализации упомянутого варианта антенны симметрирующее устройство выполняется в виде короткозамкнутого четвертьволнового отрезка двухпроводной линии передачи, проводники которой выполнены из металлических трубок. Причем расстояние между трубками больше ширины зазора между плечами первого вибратора. Плечи вибраторов выполняются также из металлических трубок. В месте соединения одной из трубок симметрирующего устройства с трубкой плеча вибратора в последней выполняется отверстие. Это отверстие используется для прокладки фидера. В качестве фидера используется коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель прокладывается в трубке проводника симметрирующего устройства, изгибается и выводится через упомянутое отверстие в трубку плеча вибратора и далее прокладывается в плече вибратора в сторону зазора между плечами вибратора. Поскольку трубки проводников симметрирующего устройства и плеч вибраторов выбираются с малым внутренним радиусом (0,8-1,6 см), то и радиус изгиба коаксиального кабеля должен быть малым. По техническим условиям минимальный радиус изгиба кабеля при транспортировании, хранении и при монтаже должен быть не менее 10 диаметров кабеля. Стало быть, внутри труб конструкции вибраторной антенны с упомянутым симметрирующим устройством можно использовать лишь кабели с небольшим диаметром внешнего проводника. Кабели с небольшим диаметром внешнего проводника по сравнению с кабелями с большим диаметром внешнего проводника имеют меньшую допустимую мощность передаваемых сигналов, большее погонное ослабление сигналов в фидере. В результате заявленная ранее антенна, запитанная коаксиальным кабелем с небольшим поперечным сечением, имеет большие потери, не позволяет излучать сигналы большой мощности из-за опасности теплового пробоя фидера.

Другим недостатком известной антенны является сложность в настройке антенны, обусловленная отсутствием регулировочного элемента, позволяющего изменить величину действительной части входного сопротивления антенны.

Раскрытие изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является увеличение допустимой мощности излучения антенны, уменьшение потерь электромагнитной энергии в антенне, повышение удобства регулировки согласования антенны с фидером, защита от неблагоприятного воздействия дождя и снега на параметры антенны.

Поставленная цель достигается тем, что широкополосная вибраторная антенна, содержащая первый вибратор с первым и вторым плечами, второй вибратор с первым и вторым плечами, первую и вторую перемычки, симметрирующее устройство с первым и вторым проводниками и короткозамыкатель, устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны с первым и вторым полюсами (далее - устройство согласования), фидер, соединитель радиочастотный, первую и вторую диэлектрические концевые распорки, диэлектрическую распорку, причем первое и второе плечи первого вибратора расположены соосно с образованием зазора между ними, первая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец первого плеча первого вибратора и на конец первого плеча второго вибратора, а вторая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец второго плеча первого вибратора и на конец второго плеча второго вибратора. При этом первое и второе плечи второго вибратора гальванически соединены между собой, первое плечо первого вибратора гальванически соединено с первым плечом второго вибратора первой перемычкой, второе плечо первого вибратора гальванически соединено со вторым плечом второго вибратора второй перемычкой, плечи первого вибратора соединены с соответствующими по номеру проводниками симметрирующего устройства, отличается тем, что дополнительно содержит первую и вторую шайбы, диэлектрическую подложку, возбуждающий проводник с первым и вторым полюсами (далее - диполь), защитную крышку. Причем первая шайба расположена на торце первого проводника симметрирующего устройства с образованием гальванического контакта, вторая шайба расположена на торце второго проводника симметрирующего устройства с образованием гальванического контакта, диэлектрическая подложка расположена в упомянутом зазоре с опорой на первую и вторую шайбы, а диполь расположен на диэлектрической подложке, при этом внешний проводник фидера гальванически соединен со второй шайбой, центральный проводник фидера соединен со вторым полюсом диполя, первый полюс которого соединен с первым полюсом устройства согласования, второй полюс устройства согласования соединен со второй шайбой, диполь с полюсами закрыт крышкой.

В предложенной антенне первая и вторая перемычки выполнены каждая в виде винтовой стяжки, содержащей первую и вторую втулки и стержень, первая втулка имеет правую внутреннюю резьбу, вторая втулка имеет левую внутреннюю резьбу, стержень на одном конце имеет правую резьбу, а на втором конце - левую резьбу.

В другом варианте исполнения перемычек первая и вторая перемычки выполнены каждая в виде первого и второго стержня и втулки, первый стержень имеет правую резьбу, второй стержень имеет левую резьбу, втулка на одном конце имеет правую внутреннюю резьбу, а на втором конце - левую внутреннюю резьбу.

В предпочтительном варианте симметрирующее устройство выполнено в виде первого и второго проводников и короткозамыкателя, образующих короткозамкнутый отрезок двухпроводной линии, а устройство компенсации выполнено в виде отрезка коаксиальной линии, причем отрезок коаксиальной линии смонтирован внутри трубы, являющейся первым проводником симметрирующего устройства, центральный проводник фидера соединен со вторым полюсом возбуждающего проводника, первый полюс которого соединен с центральным проводником отрезка коаксиальной линии, внешний проводник отрезка коаксиальной линии соединен с первым проводником симметрирующего устройства. Первое и второе плечи первого и второго вибраторов, а также первый и второй проводники отрезка двухпроводной линии выполнены в виде трубчатой конструкции диаметром 20 мм и 30 мм соответственно, фидер смонтирован внутри второго трубчатого проводника двухпроводной линии, внешний проводник фидера соединен со вторым проводником симметрирующего устройства, центральный проводник фидера соединен со вторым полюсом возбуждающего проводника, первый полюс которого соединен с центральным проводником отрезка коаксиальной линии, внешний проводник которого соединен с первым проводником симметрирующего устройства, при этом расстояние между первым и вторым вибраторами равно от двух до трех сотых доли длины волны на средней частоте диапазона, а расстояние между первой и второй перемычками равно восьми сотым доли длины волны.

Антенна содержит диэлектрическую распорку, установленную между первым и вторым проводниками двухпроводной линии, первую и вторую диэлектрические концевые распорки, при этом первая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец первого плеча первого вибратора и на конец первого плеча второго вибратора, а вторая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец второго плеча первого вибратора и на конец второго плеча второго вибратора.

Антенна для защиты от воздействия климатических факторов внешней среды содержит обтекатель вибраторов и обтекатель симметрирующего устройства, выполненные из диэлектрического материала. Обтекатель вибраторов защищает излучающую часть антенны, включающую в себя первый и второй вибратор, первую и вторую перемычки и возбуждающий проводник, первую и вторую диэлектрические концевые распорки. Обтекатель симметрирующего устройства защищает симметрирующее устройство.

Введение в состав антенны диэлектрической пластины и возбуждающего проводника, размещение возбуждающего проводника на диэлектрической пластине и соединение внешнего проводника фидера со вторым проводником симметрирующего устройства, центрального проводника фидера со вторым полюсом возбуждающего проводника, а первого полюса возбуждающего проводника - с первым полюсом устройства согласования, второго полюса устройства согласования с первым проводником симметрирующего устройства позволило избежать изгиба кабеля при его прокладке в антенне, в результате появилась возможность применения в антенне коаксиального кабеля с достаточно большим поперечным сечением. По существу, диаметр оболочки коаксиального кабеля может быть близок к внутреннему диаметру трубки проводника симметрирующего устройства, который с целью обеспечения жесткости и прочности антенны выбран достаточно большим.

Коаксиальный кабель с большим поперечным сечением при прочих равных условиях имеет меньшее погонное ослабление, допускает передачу по нему большей мощности. Обычно выбор типа коаксиального кабеля выполняется исходя либо из требования обеспечения передачи по нему заданной мощности, либо исходя из допустимого погонного затухания линии передачи. Этот выбор может быть затруднен, если при прокладке кабеля в антенне его необходимо изгибать. Тогда накладывается ограничение на диаметр коаксиального кабеля, который не должен быть больше одной десятой радиуса изгиба.

Соединением внешних проводников фидера и устройства согласования с проводниками симметрирующего устройства (а не с плечами вибратора), введением в состав антенны возбуждающего проводника и соединением его указанным выше образом с фидером и устройством согласования позволило избежать указанного ограничения. В качестве фидера может быть использован серийный коаксиальный кабель, внешний диаметр оболочки которого лишь несколько меньше внутреннего диаметра трубки проводника симметрирующего устройства. Указанная разница обусловлена допуском на внутренний диаметр трубы и допуском на внешний диаметр оболочки коаксиального кабеля.

Таким образом достигается основной технический эффект от применения изобретения, заключающийся в том, что антенна может излучать больший уровень мощности, уменьшена величина потерь мощности на нагрев кабеля. Последнее приводит к повышению коэффициента полезного действия антенны.

Введение в состав антенны первой и второй перемычки, первой и второй диэлектрических концевых распорок, каждая из которых выполнена в виде винтовой стяжки, позволило обеспечить удобную настройку согласования антенны с фидером за счет регулировки действительной части входного сопротивления антенны и регулировки мнимой части входного сопротивления антенны.

Решение этих и других задач поясняется далее текстом и рисунками на фигурах.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен в плане прототип широкополосной вибраторной антенны (без обтекателя вибраторов); на фиг. 1-а приведен общий вид широкополосной вибраторной антенны и отмечена область зазора между плечами первого вибратора; на фиг. 1-б показана область зазора между плечами первого вибратора.

На фиг. 1 приняты обозначения, приведенные в описании патента РФ на изобретение №2199805, МПК: H01Q 9/16, опубл. 27.02.2003:

1 - первый вибратор,

2 - второй вибратор,

3 - первый проводник (первая перемычка),

4 - второй проводник (вторая перемычка),

5 - симметрирующее устройство,

6 - устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны (устройство согласования); показано на фиг 1-6),

7 - фидер,

8 - соединитель радиочастотный,

9 - первая диэлектрическая концевая распорка,

10 - вторая диэлектрическая концевая распорка,

11 - диэлектрическая распорка.

На фиг. 2 представлена в плане широкополосная вибраторная антенна (без обтекателя вибраторов, без обтекателя симметрирующего устройства) в соответствии с заявляемой конструкцией.

На фиг. 2 дополнительно введены обозначения:

12 - первая шайба,

13 - вторая шайба,

14 - диэлектрическая подложка,

15 - диполь с первым 16 и вторым 17 полюсом,

18 - защитная крышка,

19 - обтекатель вибраторов (на фиг. 2 не показан),

20 - обтекатель симметрирующего устройства (на фиг. 2 не показан),

21 - первое плечо первого вибратора,

22 - второе плечо первого вибратора,

23 - область зазора между первым 21 и вторым 22 плечами первого вибратора,

24 - первое плечо второго вибратора,

25 - второе плечо второго вибратора,

26 - первый проводник симметрирующего устройства,

27 - второй проводник симметрирующего устройства,

28 - короткозамыкатель,

29 - реактивный шлейф (отрезок коаксиальной линии),

30 - первый полюс реактивного шлейфа,

31 - второй полюс реактивного шлейфа.

На фиг. 2-а указана область зазора 23 между первым и вторым плечами первого вибратора; в зазоре на фиг. 2-6 показано соединение центрального проводника коаксиального кабеля, представляющего собой фидер, с диполем, а также диполя с центральным проводником отрезка коаксиального кабеля, представляющего собой устройство согласования входного сопротивления антенны; кроме того, показано соединение внешнего проводника коаксиального кабеля со вторым проводником симметрирующего устройства и соединение внешнего проводника устройства согласовании с первым проводником симметрирующего устройства.

На фиг. 3 показана перемычка с регулируемой длиной; перемычка выполнена в виде винтовой стяжки с вращающимся стержнем. На фиг.3 введены дополнительно следующие обозначения:

32 - первая втулка,

33 - вторая втулка,

34 - стержень.

На фиг. 4 показан другой вариант перемычки с регулируемой длиной; в другом варианте перемычка выполнена в виде винтовой стяжки с вращающейся втулкой. На фиг. 4 введены дополнительно следующие обозначения:

35 - первый стержень,

36 - второй стержень,

37 - втулка.

На фиг. 5 показана диэлектрическая концевая распорка вибраторов. На фиг. 5 введены дополнительно следующие обозначения:

38 - первый диэлектрический наконечник,

39 - второй диэлектрический наконечник,

40 - диэлектрический стержень.

На фиг. 6 изображена диэлектрическая распорка 11 симметрирующего устройства, предназначенная для повышения жесткости конструкции антенны.

На фиг. 7 приведены правая декартова система координат Oxyz и сферическая система координат Οθϕ с началом координат О, расположенным на оси ВВ в середине между вибраторами. Ось Οz направлена параллельно вибраторам вверх; ось Ох перпендикулярна к оси Οz, лежит в плоскости вибраторов, направлена влево; ось Oy перпендикулярна к плоскости вибраторов, направлена в сторону смотрящего. Обтекатель вибраторов и обтекатель симметрирующего устройства на фиг. 7 не показаны. Точка Ρ - точка наблюдения. Точка Р1 - проекция точки Ρ на плоскость Оху.

На фиг. 8 приведены расчетные зависимости от частоты нормированных действительной и мнимой частей входного сопротивления образца широкополосной вибраторной антенны в соответствии с настоящим изобретением при разных расстояниях между вибраторами. График, представленный сплошной линией, соответствует зависимости при исходном расстоянии между вибраторами. График, представленный линией с длинным штрихом, соответствует зависимости при расстоянии между вибраторами, равном 105% от исходного. График, представленный линией с длинным штрихом с точкой, соответствует зависимости при расстоянии между вибраторами, равном 110% от исходного. График, представленный линией с коротким штрихом, соответствует зависимости при расстоянии между вибраторами, равном 95% от исходного. График, представленный коротким линией с штрихом с точкой, соответствует зависимости при расстоянии между вибраторами, равном 90% от исходного.

На фиг. 9 приведены расчетные зависимости нормированных действительной и мнимой частей входного сопротивления образца широкополосной вибраторной антенны в соответствии с настоящим изобретением при разных длинах согласующего отрезка. График, представленный сплошной линией, соответствует зависимости при исходной (оптимальной) длине согласующего отрезка. График, представленный линией с длинным штрихом, соответствует зависимости при длине согласующего отрезка, равной 105% от исходной. График, представленный линией с длинным штрихом с точкой, соответствует зависимости при длине согласующего отрезка, равной 110% от исходной. График, представленный линией с коротким штрихом, соответствует зависимости при длине согласующего отрезка, равной 95% от исходной. График, представленный линией с коротким штрихом с точкой, соответствует зависимости при длине согласующего отрезка, равной 90% от исходной.

На фиг. 10 приведена расчетная зависимость коэффициента стоячей волны по напряжению (далее - КСВН) от нормированной частоты образца широкополосной вибраторной антенны в соответствии с настоящим изобретением при исходном (оптимальном) расстоянии между вибраторами и при исходной (оптимальной) длине согласующего отрезка.

На фиг. 11 приведены экспериментальные зависимости действительной и мнимой части нормированного входного сопротивления образца широкополосной вибраторной антенны в соответствии с настоящим изобретением от частоты. Нормировка выполнена относительно волнового сопротивления фидера 7, равного 50 Ом. Длина вибраторов 1 и 2 равна 0,433λ, где λ - длина волны на средней частоте. Диаметр вибраторов 1 и 2 равен 0,0073λ. Расстояние между вибраторами 1 и 2 равно 0,026λ. Расстояние между перемычками 3 и 4 равно 0,0807λ. Диаметр перемычек 3 и 4 равен 0,0073λ. Длина согласующего отрезка кабеля 29 равна 0,0422λ. Длина труб проводников 26 и 27 симметрирующего устройства 5 равна 0,25λ. Диаметр труб проводников 26 и 27 симметрирующего устройства 5 равен 0,011λ. Расстояние между трубами проводников симметрирующего устройства равно 0,183λ. Диаметр трубы короткозамыкателя симметрирующего устройства равен 0,011λ.

На фиг. 12 приведена экспериментальная зависимость КСВН от частоты образца антенны с размерами, соответствующими образцу антенны, расчетные характеристики которой приведены на фиг. 10 и фиг. 11.

На фиг. 13 представлены экспериментальные зависимости действительной и мнимой части нормированного входного сопротивления антенны от частоты образца антенны с рефлектором.

На фиг. 14 представлена экспериментальная зависимость КСВН от частоты образца антенны с рефлектором.

На фиг. 15 приведена расчетная амплитудная пространственная диаграмма направленности широкополосной вибраторной антенны по настоящему изобретению в свободном пространстве.

На фиг. 16 приведен пример применения широкополосной вибраторной антенны по настоящему изобретению в качестве излучающего элемента антенной решетки с общим экраном. Антенна 41 по настоящему изобретению установлена на кронштейне, закрепленном на стойке антенны.

Осуществление изобретения

Обратимся к фиг. 2, на которой представлена широкополосная вибраторная антенна в соответствии с настоящим изобретением (далее - антенна). Антенна содержит первый вибратор 1, второй вибратор 2, первую 3 перемычку с регулируемой длиной, вторую 4 перемычку с регулируемой длиной, симметрирующее устройство 5 (СУ), устройство 6 компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны (далее - устройство согласования; показано на фиг. 2-а), фидер 7, соединитель радиочастотный 8, первую диэлектрическую концевую распорку 9, вторую диэлектрическую концевую распорку 10, диэлектрическую распорку 11, первую шайбу 12, вторую шайбу 13, диэлектрическую подложку 14, диполь 15 с первым 16 и вторым 17 полюсом, защитную крышку 18, обтекатель вибраторов 19, обтекатель симметрирующего устройства 20 (обтекатели 19 и 20 на фиг. 2 не показаны), элементы крепления.

Первый вибратор 1 состоит из первого плеча 21 и второго плеча 22. Первое 21 и второе 22 плечи первого вибратора 1 расположены соосно, вдоль оси АА, с образованием зазора 23 между плечами. Первое 21 и второе 22 плечи первого вибратора 1 выполнены из проводящего материала, например, из металлического стержня или металлической трубки.

Второй вибратор 2 состоит из первого плеча 24 и второго плеча 25. Плечи 24 и 25 второго вибратора 2 расположены на оси, параллельной оси АА. Плечи, 24 и 25, второго вибратора 2 гальванически соединены между собой. Плечи второго вибратора 2 выполнены из проводящего материала, например, из металлического стержня или металлической трубки.

Симметрирующее устройство 5 (СУ) представляет собой четвертьволновый короткозамкнутый на конце отрезок линии передачи. СУ 5 состоит из первого проводника 26, второго проводника 27, расположенных параллельно друг другу, и короткозамыкателя (перемычки) 28. Короткозамыкатель 28 соединяет между собой проводники 26 и 27 СУ 5 с образованием гальванического контакта. Короткозамыкатель 28 расположен на расстоянии, равном четверти длины волны (на средней частоте рабочего диапазона) от оси первого вибратора 1. Проводники 26 и 27 СУ 5 могут быть продолжены за короткозамыкателем 28, образуя конечные участки, предназначенные для крепления антенны на трубе или иной опоре. Короткозамыкатель 28 представляет собой, например, отрезок трубы либо металлический фланец для крепления антенны на некотором кронштейне. Проводники 26 и 27 выполнены, например, из металлического прутка или металлической трубки из алюминиевого сплава, латуни, стали или иного материала с хорошей проводимостью. Короткозамыкатель 28 выполнен из алюминиевой трубки, стального листа, алюминиевого листа или иного материала с хорошей проводимостью. Первый 1 и второй 2 вибраторы, первая 3 и вторая 4 перемычки с регулируемой длиной, проводники 26 и 27 СУ 5 лежат в плоскости Оху. При этом проводники 26 и 27 СУ 5 перпендикулярны оси АА первого вибратора 1. Ось ВВ на фиг. 2 является осью симметрии конструкции, состоящей из первого 1 и второго 2 вибраторов, первого 26 и второго 27 проводников СУ 5, короткозамыкателя 28, первой 3 и второй 4 перемычек с регулируемой длиной, первой 9 и второй 10 диэлектрической концевой распорки.

Устройство компенсации 6 (фиг. 2-а) представляет собой реактивный шлейф 29 с первым 30 и вторым 31 полюсами, с режимом холостого хода на конце [Пименов Ю.В. и др. Техническая электродинамика / Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцев А.Д. Под ред. Ю.В. Пименова: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 2000. - 536 с] На фиг.2-а устройство компенсации 6 показано выполненным в виде короткого разомкнутого на конце отрезка 29 коаксиальной линии. Отрезок 29 коаксиальной линии расположен внутри трубки первого проводника 26 симметририрующего устройства 5. Центральный проводник отрезка 29 коаксиальной линии выходит из трубы первого проводника 26 СУ 5 и продолжается вплоть до первого полюса 16 диполя 15. Конец продолженного центрального проводника отрезка кабеля является при этом первым полюсом 30 устройства согласования 6. Внешний проводник отрезка 29 выведен из трубки и образует здесь второй полюс 31 устройства согласования 6. На фиг. 2-а второй полюс соединен с первой металлической шайбой 13, опирающейся на торец трубы с образованием гальванического контакта.

В качестве фидера 7 может быть использован серийный коаксиальный кабель, внешний диаметр оболочки которого меньше внутреннего диаметра трубки второго проводника 27 СУ 5.

В качестве соединителя 8 может быть использован стандартный соединитель радиочастотный.

В качестве диэлектрической подложки 14 может быть использована диэлектрическая пластина. Пластина имеет, например, прямоугольную или овальную форму, выполнена из полиэтилена, фторопласта, керамики или иного высокочастотного диэлектрика.

В качестве диполя 15 может быть использован отрезок проволоки, металлического прутка или другой проводник с круглым, прямоугольным, овальным сечением или сечением иного вида.

Первая 3 и вторая 4 перемычки с регулируемой длиной (фиг. 3) выполнены каждая в виде первой 32 и второй 33 втулки с внутренней резьбой и стержня 34 с наружной резьбой (фиг. 3). Первая 32 втулка имеет, например, правую внутреннюю резьбу. Тогда вторая 33 втулка имеет левую внутреннюю резьбу. При этом стержень 34 со стороны первой втулки 32 имеет правую резьбу, а со стороны второй втулки 33 - левую резьбу. Первая втулка и стержень, вторая втулка и стержень соединены между собой с помощью резьбы.

В другом варианте (фиг. 4) первая 3 и вторая 4 перемычки с регулируемой длиной выполнены каждая в виде первого 35 и второго 36 стержня с внешней резьбой и втулки 37 с внутренней резьбой. Первый 35 стержень имеет, например, правую резьбу. Тогда второй 36 стержень имеет левую резьбу. Втулка 37 со стороны стержня 35 имеет правую, а со стороны стержня 36 - левую внутреннюю резьбу. Первый стержень и втулка, второй стержень и втулка соединены между собой с помощью резьбы. Первая 3 и вторая 4 перемычки с регулируемой длиной расположены симметрично относительно оси ВВ, проходящей перпендикулярно к первому 1 и второму 2 вибраторам через их середины. Перемычки 3 и 4 выполнены из алюминиевого сплава, латуни, стали или иного материала с высокой электрической проводимостью.

Первая 9 и вторая 10 диэлектрическая концевая распорка (фиг. 5) вибраторов представляют собой, например, два наконечника 38 и 39 с осевым отверстием и ортогональным к нему отверстием с резьбой, а также диэлектрический стержень 40. В одном из наконечников, например, в 38, выполнено отверстие с правой резьбой. Тогда в другом наконечнике - 39 - выполнено отверстие с левой резьбой. Диэлектрический стержень 40 со стороны наконечника 38 имеет правую резьбу, а со стороны наконечника 39 имеет левую резьбу. Диэлектрические концевые распорки предназначены для повышения прочности конструкции широкополосной вибраторной антенны, обеспечения параллельности вибраторов, придания антенне эстетичного вида. Распорки 9 и 10 выполнены из диэлектрического материала, такого как, например, полиэтилен или капролон.

Диэлектрическая распорка 11 (фиг. 6) представляет собой две полукруглых пластины с вырезами с радиусом, равным радиусу труб первого 26 и второго 27 проводников СУ 5. Распорка 11 выполнена из диэлектрического материала, такого как, например, полиэтилен или капролон.

Защитная крышка 18 (фиг. 2-а) представляет собой крышку из диэлектрического материала, такого как, например, полиэтилен или капролон. Защитная крышка предназначена для защиты диполя 15 и мест его соединения с устройством согласования 6 и фидером 7 от воздействия климатических факторов внешней среды.

Обтекатель вибраторов 19 (фиг. 16) представляет собой полую форму, выполненную из диэлектрического материала, такого как, например, стеклопластик. Обтекатель симметрирующего устройства 20 (фиг. 16) представляет собой трубу, выполненную из диэлектрического материала, такого как, например, стеклопластик, блок-сополимера полипропилен. Упомянутые обтекатели обеспечивают защиту антенны от воздействия дождя, снега, льда, агрессивных сред.

Указанные выше устройства и детали соединены между собой следующим образом. Первая перемычка 3 гальванически соединяет первое плечо 21 первого вибратора 1 с первым плечом 24 второго вибратора 2. Вторая перемычка 4 гальванически соединяет второе плечо 22 первого вибратора 1 со вторым плечом 25 второго вибратора 2. Первое плечо 21 первого вибратора 1 в зазоре 23 гальванически присоединено к первому проводнику 26 симметрирующего устройства 5. Второе плечо 22 первого вибратора в зазоре 23 гальванически соединено со вторым проводником 27 симметрирующего устройства 5. Фидер 7 проложен внутри второго проводника 27 симметрирующего устройства 5. Внешний проводник фидера 7 гальванически соединен со второй шайбой 13. Центральный проводник фидера 7 соединен со вторым полюсом 17 диполя 15, первый полюс которого соединен с первым полюсом 30 устройства согласования 6. Вторым полюсом 31 устройства согласования 6 служит конец внешнего проводника отрезка коаксиального кабеля 29. Внешний проводник отрезка коаксиального кабеля 29 гальванически соединен с первой шайбой 12, которая гальванически соединена с первым проводником 26 симметрирующего устройства 5. Второй конец фидера 7 заделан в соединитель радиочастотный 8. При этом в качестве отрезка 29 коаксиальной линии используют либо отрезок стандартного коаксиального кабеля либо отрезок специальной линии передачи, состоящей из внешнего проводника в виде трубки, центрального проводника в виде стержня или трубки и расположенного между ними полого диэлектрического цилиндра.

Первая диэлектрическая концевая распорка 9 установлена на концы первых плеч 21 и 24 первого 1 и второго 2 вибраторов (фиг. 2-а). Вторая диэлектрическая концевая распорка 10 установлена на противоположные концы первого 1 и второго 2 вибраторов.

Диэлектрическая распорка 11 установлена между проводниками 26 и 27 симметрирующего устройства 5 и закреплена посредством винтов или болтов таким образом, что она плотно прилегает к проводникам 26 и 27 полукруглыми вырезами. Диэлектрическая распорка 11 располагается на некотором расстоянии от зазора 23.

Обтекатель вибраторов 19 смонтирован на вибраторах 1 и 2 с помощью диэлектрических плеч-кронштейнов (на фиг. 2 не показано). Обтекатель 20 смонтирован на первом и втором проводниках симметрирующего устройства.

Для крепления фидера 7 к трубе второго проводника 27 симметрирующего устройства 5 могут быть использованы стандартизованные хомуты, винты и гайки.

Антенна работает следующим образом.

Антенна возбуждается диполем 15 в области зазора 23 между первым 21 и вторым 22 плечами первого вибратора 1. Длина диполя 15 не превышает одной пятидесятой длины волны, поэтому неравномерностью в распределении тока вдоль диполя 15 можно практически пренебречь. Следовательно, диполь 15 введен в область возбуждения антенны таким образом, что он не нарушает ни физической, ни электрической симметрии антенны. Токи смещения, возникающие между первым вибратором 1 и проводниками 26 и 27 симметрирующего устройства 5, между вторым вибратором 2 и проводниками 26 и 27 симметрирующего устройства продолжаются токами проводимости на проводниках 26 и 27 симметрирующего устройства 5. При этом амплитуды токов проводимости в упомянутых первом 26 и втором 27 проводниках симметрирующего устройства 5 равны между собой, а фазы токов отличаются друг от друга на 180°. Вследствие этого, за пределами короткозамыкателя 28 суммарный ток на внешней стороне внешнего проводника фидера 7 равен нулю. Поскольку на внешней стороне внешнего проводника фидера 7 ток равен нулю, то оболочка фидера 7 не излучает (не принимает) электромагнитные волны. Таким образом исключается антенный эффект фидера 7 и связанные с ним непредсказуемые искажения диаграммы направленности антенны, изменения входного сопротивления антенны, излучение кросс-поляризованного поля.

В качестве регулировочных элементов в антенне применены первая 3 и вторая 4 перемычки переменной длины и согласующий отрезок коаксиального кабеля 29. Например, при вращении стержня 34 в первом варианте выполнения перемычек 3 и 4 (фиг. 3) происходит разведение или сведение втулок 32 и 33. Соответственно увеличивается или уменьшается расстояние между вибраторами 1 и 2. С увеличением расстояния между вибраторами 1 и 2 увеличивается действительная часть входного сопротивления антенны, и, наоборот, с уменьшением расстояния между вибраторами 1 и 2 действительная часть входного сопротивления антенны уменьшается. На фиг. 8 приведены расчетные зависимости нормированной действительной части входного сопротивления антенны от частоты для некоторых расстояний между первым 1 и вторым 2 вибраторами. Как видно из рассмотрения графиков на фиг. 8 выбором расстояния между первым 1 и вторым 2 вибраторами можно добиться, чтобы нормированныя действительная часть входного сопротивления отличалась бы от единицы на величину не более чем, например, ±5% в полосе частот, составляющей примерно 10% относительно средней частоты диапазона. При этом значение мнимой части нормированного входного сопротивления антенны близко к нулю, КСВН имеет значение не более 1,05. При изменении расстояния между вибраторами 1 и 2 наряду с изменением действительной составляющей в общем случае изменяется и мнимая составляющая входного сопротивления антенны. При этом изменение мнимой составляющей таково, что график на фиг. 8, отображающий ее зависимость от частоты смещается вдоль ординаты, оставаясь параллельным самому себе. Зависимость мнимой части входного сопротивления ImZ от частоты в окрестности частоты максимального значения действительной части входного сопротивления ReZ близка к прямой линии с тангенсом угла наклона, равным нулю. Отклонения мнимой составляющей входного сопротивления от величины, равной нулю, при изменении расстояния между вибраторами 1 и 2 может быть компенсировано за счет изменения входного сопротивления согласующего отрезка кабеля 29 (фиг. 2-6) путем изменения его длины (фиг. 9).

Согласующий отрезок коаксиального кабеля 29 с холостых ходом на конце является реактивным элементом. При длине упомянутого отрезка менее четверти длины волны в линии передачи его входное сопротивление, определяемое сопротивлением между его первым 30 и вторым 31 полюсами, имеет емкостный характер. Согласующий отрезок коаксиального кабеля 29 соединен последовательно с диполем 15. Следовательно, при удлинении согласующего отрезка кабеля 29 мнимая составляющая входного сопротивления антенны увеличивается. Подбором длины согласующего отрезка 29 достигается компенсация мнимой (реактивной) составляющей входного сопротивления антенны. На фиг. 9 приведена зависимость мнимой части входного сопротивления антенны от частоты для некоторых длин согласующего отрезка 29. Как видно из рассмотрения графиков на фиг. 9 выбором длины согласующего отрезка кабеля 29 можно добиться, чтобы мнимая часть нормированного входного сопротивления отличалась бы от нулевого значения не более чем, например, на ±8% в широкой полосе частот. При этом при равенстве действительной части нормированного входного сопротивления антенны единице, КСВН имеет значение менее 1,05.

Таким образом, указанная выше конструкция антенны обеспечивает согласование антенны с фидером 7 в широкой полосе частот.

Расчет зависимости действительной и мнимой частей входного сопротивления антенны, результаты которого представлены на фиг. 8 и фиг. 9, выполнен на основе решения интегрального уравнения для плотности тока в тонкопроволочном приближении [Широкополосная вибраторная антенна для многоканального радиовещания: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.12.04 / Ершов Алексей Валентинович; Количество страниц: 160 с. ил. 61 05-5/35.]

На фиг. 10 приведена расчетная зависимость КСВН от частоты для одного из вариантов настройки антенны. Как видно из рассмотрения графика на фиг. 10, КСВН<1,1 в полосе частот, составляющей 10% от средней частоты. Рост КСВН при уменьшении частоты за пределами полосы согласования объясняется уменьшением действительной составляющей входного сопротивления. Рост КСВН при увеличении частоты за пределами полосы согласования объясняется ростом мнимой составляющей входного сопротивления.

Примеры

Были изготовлены два образца широкополосной вибраторной антенны в соответствии с настоящим изобретением.

Первый образец предназначен для излучения электромагнитных волн в свободном пространстве. Второй образец предназначен для излучения электромагнитных волн в присутствии экрана, роль которого выполняет апериодический рефлектор.

При описании конструкции образцов мы пользуемся обозначениями, введенными при описании антенны на фиг. 1…5. Первый и второй образцы антенн конструктивно одинаковы, отличаются лишь размерами конструктивных элементов. Сначала рассмотрим первый образец антенны, а затем отметим отличия в размерах конструктивных элементов второго образца от первого.

Первый образец антенны состоит из первого вибратора 1, второго вибратора 2, симметрирующего устройства 5, устройства согласования 6, фидера 7, соединителя радиочастотного 8. Первый вибратор 1 состоит из первого плеча 21 и второго плеча 22. Второй вибратор состоит из первого плеча 24 и второго плеча 25. Первое 21 и второе 22 плечи первого вибратора 1 расположены соосно вдоль оси АА с образованием зазора 23 длиной 0,02880λ (λ - длина волны на средней частоте диапазона). Первое 21 и второе 22 плечи первого вибратора 2 выполнены из трубы алюминиевого сплава марки АМг6. Второй вибратор 2 параллелен первому вибратору 1. Длина вибраторов 1 и 2 равна 0,433λ. Плечи второго вибратора 2 также выполнены из алюминиевой трубы.

Симметрирующее устройство 5 состоит из первого проводника 26 и второго проводника 27. Проводники (плечи) 26 и 27 симметрирующего устройства 5 выполнены из трубы алюминиевого сплава АМг6 Проводники 26 и 27 расположены симметрично относительно плоскости, проходящей через центр антенны, перпендикулярно вибраторам 1 и 2. Проводники 26 и 27 симметрирующего устройства 5 соединены между собой короткозамыкателем (перемычкой) 28, выполненным из алюминиевой трубы. Плечи 21 и 22 первого вибратора 1 в области зазора 23 присоединены путем сварки к трубкам проводников 26 и 27 симметрирующего устройства 5. Присоединяемые торцы плеч 21 и 22 первого вибратора 1 выполнены с круговой цилиндрической выточкой так, что плечи 21 и 22 соприкасаются с трубами - проводниками 26 и 27 СУ 5 по всему периметру торцов плеч. Места соединения плеч 21 и 22 первого вибратора 1 с трубами проводников 26 и 27 СУ 5 смещены относительно их торцов на величину, большую радиуса трубок плеч 21 и 22 первого вибратора и равную 0,0037λ. Такое смещение, с одной стороны, позволило выполнить сварочный шов по всему периметру соприкосновения плеча вибратора с трубой СУ и тем самым обеспечить прочное соединение плеча с трубой СУ, и, с другой стороны, обеспечить возможность соединения шайб 12 и 13 с проводниками фидера 7 и устройства согласования 6 по всему периметру торцов труб проводников 26 и 27 СУ 5. Первый 1 и второй 2 вибраторы, проводники 26 и 27 симметрирующего устройства 5 лежат в плоскости расположения первого 1 и второго 2 вибраторов.

Конструктивные элементы первого образца антенны имеют следующие размеры:

- диаметр вибраторов 1 и 2 равен 0,0073λ;

- расстояние между вибраторами 1 и 2 равно 0,026λ;

- расстояние между перемычками 3 и 4 равно 0,0807λ;

- диаметр перемычек 3 и 4 равен 0,0073λ;

- длина согласующего отрезка кабеля 29 равна 0,0422λ;

- длина труб проводников 26 и 27 симметрирующего устройства 5 равна 0,25λ;

- диаметр труб проводников 26 и 27 симметрирующего устройства 5 равен 0,011λ;

- расстояние между трубами проводников симметрирующего устройства равно 0,183λ;

- диаметр трубы короткозамыкателя СУ равен 0,011λ.

Фидер 7 выполнен из коаксиального кабеля РК-50-7-22, проложен внутри трубы второго проводника 27 симметрирующего устройства 5. Центральный проводник фидера 7 продолжен до второго полюса 17 диполя 15, соединен со вторым полюсом 17, первый полюс 16 диполя 15 соединен с центральным проводником согласующего отрезка кабеля 29 устройства согласования 6. Наружная изоляция кабеля надрезана и снята на длине 0,032λ. Экранирующая оплетка (внешний проводник фидера) расчесана и выпрямлена, на выпрямленную оплетку надета шайба 13. Оплетка распределена по пазам шайбы 13 и припаяна к ней. Шайба 13 припаяна к торцу проводника 27.

Второй конец фидера 7 заделан в соединитель радиочастотный 8, в качестве которого использован серийный соединитель радиочастотный СР-50-163ФВ.

Устройство согласования выполнено в виде отрезка 29 коаксиального кабеля РК-50-7-22 длиной 0,0352λ. Отрезок 29 расположен внутри трубы проводника 26 симметрирующего устройства 5. Центральный проводник отрезка коаксиального кабеля 29 выходит из трубки проводника 26 и продолжается до диполя 15. Внешний проводник отрезка коаксиального кабеля 29, аналогично указанному выше, соединяется с первой шайбой 12, которая соединена с трубкой проводника 26 симметрирующего устройства 5. Центральный проводник отрезка 29 коаксиального кабеля соединен с диполем 15. Другой конец отрезка 29 разомкнут, ни с чем не соединен, закрыт диэлектрическим колпачком (на фиг. 2-б не показан).

Экспериментальная зависимость действительной и мнимой составляющих нормированного входного сопротивления первого образца антенны от частоты показана графиками на фиг. 11.

Измеренные на первом образце антенны значения КСВН в диапазоне частот приведены в виде графика на фиг. 12. Как видно из рассмотрения графика, диапазон частот, в котором КСВН не превышает величину, равную 1,10, составляет 9% от средней частоты.

Результаты измерений, приведенные на фиг. 11 и фиг. 12, получены при установке первого образца антенны на высоте 0,66 длины волны на средней частоте относительно подстилающей поверхности антенного полигона.

Второй образец широкополосной вибраторной антенны, предназначенный для излучения электромагнитных волн в присутствии экрана, роль которого в антенне выполняет апериодический рефлектор, имел следующие отличия в размерах конструктивных элементов:

- длина первого вибратора (с учетом размера зазора) и длина второго вибраторов равна 0,396λ;

- экран выполнен из тринадцати алюминиевых трубок диаметром 0,0073λ, на трех вертикально установленных стойках из алюминиевых труб сечением 0,044λ×0,022λ;

- размеры экрана: вертикальный 0,88λ, горизонтальный 1,47λ;

- расстояние между трубками экрана равно 0,073λ;

- широкополосная вибраторная антенна установлена на расстоянии от центра экрана, равном четверти длины волны на средней частоте рабочего диапазона.

Остальные размеры второго образца антенны такие же, как в первом образце.

Экспериментальные зависимости действительной и мнимой частей нормированного входного сопротивления второго образца антенны от частоты приведены на фиг. 13.

Экспериментальная зависимость КСВН второго образца антенны от частоты приведена на фиг. 14.

Экспериментальные исследования влияния мокрого снега, влажного льда на входное сопротивление антенны, согласование антенны с фидером, на амплитуду и начальную фазу колебаний излученной электромагнитной волны показало, что влияние метеоосадков на характеристики антенны практически пренебрежимо мало.

Применение изобретения

Изобретение может быть применено в качестве самостоятельной антенны, в качестве элементов более сложных вибраторных антенн, излучающих элементов антенных решеток, облучателей зеркальных и линзовых антенн.

При этом антенна:

- имеет за счет симметричной системы питания симметричную диаграмму направленности в плоскости вектора Е, без раздвоения диаграммы и без отклонения максимума диаграммы направленности от плоскости, перпендикулярной вибраторам антенны;

- имеет круговую диаграмму направленности в плоскости вектора Н, за счет синфазного питания двух вибраторов, разнесенных друг от друга на расстояние, существенно меньшее половины длины волны;

- обеспечивает устойчивые характеристики излучения при использовании как тонких вибраторов с высоким волновым сопротивлением, так и толстых вибраторов с низким волновым сопротивлением;

- обеспечивает компенсацию мнимой составляющей входного сопротивления антенны в широком диапазоне частот;

- сопротивление излучения антенны в широком диапазоне частот изменяется в небольших пределах;

- имеет низкий КСВН в линии питания за счет согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидера в широкой полосе частот;

- снижен уровень мощности, возвращающийся к передатчику при работе антенны на передачу, за счет согласования антенны с фидером;

- снижен уровень искажений спектра передаваемого (принимаемого) антенной сигнала за счет равномерной амплитудно-фазовой характеристики антенны в диапазоне частот;

- имеет повышенную устойчивость к высокочастотному пробою за счет снижения напряженности поля в соединителе радиочастотном вследствие снижения КСВН в линии питания при работе антенны в режиме передачи;

- обеспечена устройствами согласования, во-первых, за счет изменения длины плеч вибраторов, во-вторых, за счет изменения расстояния между первым и вторым вибратором, между проводниками, соединяющими между собой первый и второй вибраторы, и, в-третьих, за счет изменения мнимого сопротивления устройства согласования и тем самым расширена полоса рабочих частот антенны;

- имеет простой метод компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны в диапазоне частот;

- обеспечивает максимальную передачу мощности за счет согласования с волновым сопротивлением фидера;

- повышает потенциально возможный уровень мощности в выбранном заранее фидере за счет снижения КСВН в нем;

- минимизирует потери в фидере и в результате снижает нагрев фидера при передаче по нему мощности;

- минимизирует излучение (прием) электромагнитных волн фидером (внешней стороной внешнего проводника коаксиального кабеля);

- может быть реализована в микрополосковом исполнении;

- может использоваться как самостоятельная антенна, а также как элемент антенной решетки;

- удобна для ее монтажа на трубе или на поясе решетчатой башни.

Реализация данного изобретения позволит использовать существующие в настоящее время башни для ввода в эксплуатацию новых объектов связи с большим радиусом действия.

Предложенная широкополосная вибраторная антенна оказывается полезной во всех тех случаях, когда требуется либо самостоятельная вибраторная антенна, либо излучающий (приемный) элемент более сложного антенного устройства или антенной системы, от которых требуется согласование в широкой полосе частот, низкие потери в фидере, высокий к.п.д. антенны, малый уровень кроссполяризационного излучения, большой уровень излучаемой мощности, независимость характеристик в сложных метеорологических условиях.

1. Широкополосная вибраторная антенна, содержащая первый вибратор с первым и вторым плечами, второй вибратор с первым и вторым плечами, первую и вторую перемычки, симметрирующее устройство с первым и вторым проводниками и короткозамыкателем, устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны с первым и вторым полюсами, фидер, соединитель радиочастотный, первую и вторую диэлектрические концевые распорки, диэлектрическую распорку, причем плечи первого вибратора расположены соосно с образованием зазора между ними, первая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец первого плеча первого вибратора и на конец первого плеча второго вибратора, а вторая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец второго плеча первого вибратора и на конец второго плеча второго вибратора, при этом первое плечо первого вибратора гальванически соединено с первым плечом второго вибратора первой перемычкой, второе плечо первого вибратора гальванически соединено со вторым плечом второго вибратора второй перемычкой, плечи первого вибратора соединены с соответствующими по номеру проводниками симметрирующего устройства, отличающаяся тем, что дополнительно содержит первую и вторую шайбы, диэлектрическую подложку, возбуждающий проводник с первым и вторым полюсами, защитную крышку, причем первая шайба расположена на торце первого проводника симметрирующего устройства с образованием гальванического контакта, вторая шайба расположена на торце второго проводника симметрирующего устройства с образованием гальванического контакта, диэлектрическая подложка расположена в упомянутом зазоре с опорой на первую и вторую шайбы, а возбуждающий проводник расположен на диэлектрической подложке, при этом внешний проводник фидера гальванически соединен со второй шайбой, центральный проводник фидера соединен со вторым полюсом возбуждающего проводника, первый полюс которого соединен с первым полюсом устройства согласования, второй полюс устройства согласования соединен с первой шайбой, возбуждающий проводник с полюсами закрыт крышкой.

2. Широкополосная вибраторная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что первая и вторая перемычки, первая и вторая диэлектрические концевые распорки выполнены каждая в виде винтовой стяжки, содержащей первую и вторую втулки и стержень.

3. Широкополосная вибраторная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что первое и второе плечи первого вибратора, а также первый и второй проводники симметрирующего устройства выполнены из металлической трубки, фидер выполнен в виде коаксиальной

линии, устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны выполнено в виде отрезка коаксиальной линии, причем фидер смонтирован внутри трубы, являющейся вторым проводником симметрирующего устройства, отрезок коаксиальной линии смонтирован внутри трубы, являющейся первым проводником симметрирующего устройства, центральный проводник и диэлектрик фидера проложены через отверстие во второй шайбе, при этом внешний проводник фидера гальванически соединен со второй шайбой, центральный проводник фидера соединен со вторым полюсом возбуждающего проводника, первый полюс возбуждающего проводника соединен с центральным проводником отрезка коаксиальной линии, внешний проводник отрезка коаксиальной линии соединен с первой шайбой.

4. Широкополосная вибраторная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что первая и вторая перемычки, каждая, выполнены в виде первого и второго стержня и втулки.



 

Похожие патенты:

Способ динамического изменения приемо-передающих характеристик антенны заключается в том, что осциллятор выполняют в виде трехмерной фигуры с множеством граней и ребер.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве антенны для излучения высокочастотного электромагнитного поля коротковолнового диапазона.

Изобретение относится к области телекоммуникаций, более конкретно - к конструкции сверхширокополосных (СШП) дипольных антенн, предназначенных для связи между датчиками и другими устройствами на поверхности или вблизи поверхности тела человека.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиотехнических устройствах подводных судов. Технический результат - уменьшение громоздкости без увеличения задержки излучения и приема электромагнитных сигналов.

Изобретение относится к системам обработки, которые используются для создания продуктов из множества отдельных ингредиентов. Система RFID включает в себя узел RFID-антенны, сконфигурированный с возможностью расположения на узле модуля продуктов в системе обработки.

Изобретение относится к области радиотехники и антенно-фидерной техники. .

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах на частотах выше 1 ГГц при использовании различных питающих линий.

Изобретение относится к технике СВЧ-антенн. .

Антенна // 2260883
Изобретение относится к области сверхширокополосных антенн СВЧ диапазона и может найти применение в составе фазированных антенных решеток для систем связи, сверхширокополосной радиолокации и метрологии.

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