Всенаправленная кольцевая антенна
Владельцы патента RU 2625251:
Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" (RU)
Изобретение относится к антенной технике, в частности к всенаправленным вертикально поляризованным антеннам. Всенаправленная кольцевая антенна содержит основание, изолятор, коаксиальную линию питания, разомкнутый кольцевой проводник, одним концом соединенный с основанием, и переменный конденсатор, включенный между другим концом кольцевого проводника и основанием. Кольцевой проводник выполнен в виде печатного металлического разомкнутого кольца, расположенного по краю одной стороны круглой диэлектрической платы, установленной на изоляторе, параллельном основанию. Конденсатор в виде отдельного радиоэлемента, вмонтированного в антенну, как таковой, отсутствует, а образован концевой частью печатного кольца и печатной металлической полоской, на другой стороне диэлектрической платы. Полоска расположена напротив зазора в печатном кольце и соединена с короткозамыкателем, установленным между началом печатного кольца и основанием антенны. Технический результат заключается в расширении рабочей полосы частот антенны, упрощении конструкции, уменьшении металлоемкости, массы и габаритов, повышении технологичности изготовления. 1 ил.
Изобретение относится к антенной технике, в частности к всенаправленным вертикально поляризованным антеннам.
Широко известны всенаправленные вертикально поляризованные антенны в виде несимметричного вертикального вибратора, расположенного над идеально проводящей металлической поверхностью или над системой противовесов. Основным недостатком таких антенн с точки зрения использования их в переносной контрольно-проверочной аппаратуре является их высота, составляющая (0,2-0,25)λ, где λ - рабочая резонансная длина волны антенны.
Существуют различные варианты конструктивного исполнения таких антенн, имеющие целью уменьшение высоты антенны, например, использование индуктивных нагрузок или исполнение в виде вибраторной малогабаритной спиральной антенны. При этом, даже при КПД=40%, минимальная высота антенны не менее 0,08λ (В.В. Овсянников «Вибраторные антенны с реактивными нагрузками». Москва. «Радио и связь». 1985, стр. 41).
Из известных технических решений наиболее близкой по технической сущности к всенаправленной кольцевой антенне является четвертьволновая вертикально поляризованная кольцевая антенна, отличающаяся предельно малой высотой (Карл Ротхаммель. Антенны. Том 1, Минск. «Наш город», 2001, стр. 393-395). Она состоит из вертикальной антенны длиной 0,007λ, нагруженной концевой емкостью. Как отмечено там же, указанная длина антенны наименьшая. С ее увеличением КПД антенны резко растет. Диаметр кольца кольцевого проводника равен 0,078λ, что соответствует длине антенны 0,25λ. Антенна настраивается с помощью переменного конденсатора. Кольцевой проводник изготавливается из медной трубки с внешним диаметром 7 мм и более.
Одним из недостатков четвертьволновой кольцевой антенны является ее узкополосность (меньше 2%). Другим недостатком антенны является сложность точного изготовления и однозначной установки кольцевого проводника, изготовленного из металлической трубки. Это в значительной мере проявляется в антеннах дециметрового и особенно сантиметрового диапазонов длин волн. Кроме того, использование переменного конденсатора и его навесной монтаж усложняют конструкцию антенны, снижают ее технологичность и надежность.
Целью настоящего изобретения является разработка маловысотной всенаправленной вертикально поляризованной антенны с увеличенной рабочей полосой частот, с упрощенной конструкцией и повышенной технологичностью изготовления.
Указанная цель достигается тем, что во всенаправленной кольцевой антенне, содержащей основание, изолятор, коаксиальную линию питания, разомкнутый кольцевой проводник, одним концом соединенный с основанием, и переменный конденсатор, включенный между другим концом кольцевого проводника и основанием, кольцевой проводник выполнен в виде печатного металлического разомкнутого кольца, расположенного по краю одной стороны круглой диэлектрической платы, установленной на изоляторе, параллельном основанию. Конденсатор в виде отдельного радиоэлемента, вмонтированного в антенну, как таковой, отсутствует, а образован концевой частью печатного кольца и печатной металлической полоской, на другой стороне диэлектрической платы. Полоска расположена напротив зазора в печатном кольце и соединена с короткозамыкателем, установленным между началом печатного кольца и основанием антенны.
На рис. 1 представлена конструкция антенны, где 1 - печатное кольцо, 2 - диэлектрическая плата, 3 - коаксиальная линия, 4 - короткозамыкатель, 5 - изолятор, 6 - печатная полоска.
Отмеченная, как недостаток, узкополосность четвертьволновой кольцевой антенны в определенной степени зависит от диаметра трубки кольцевого проводника. Тонкий проводник сужает и без того неширокую полосу частот антенны (К. Ротхаммель, стр. 395).
Кольцевой проводник должен быть как можно большего диаметра или иметь, возможно, большую поверхность. Однако трубка большего диаметра увеличит высоту антенны и ее массу. Широкий плоский печатный кольцевой проводник, изготовленный на фольгированной диэлектрической плате, обеспечивает минимальную высоту антенны и уменьшает зависимость входного сопротивления от частоты, расширяя тем самым рабочую полосу частот.
Использование в антенне фольгированной с двух сторон диэлектрической платы позволяет отказаться от настроечного конденсатора в виде отдельного радиоэлемента, вмонтированного в антенну, а выполнить его на той же диэлектрической плате. Конденсатор образован концевой частью печатного кольца и печатной металлической полоской на другой стороне диэлектрической платы. Полоска расположена напротив зазора в печатном кольце и соединена с короткозамыкателем, установленным между началом печатного кольца и основанием антенны. Настройка антенны на резонансную частоту осуществляется изменением ширины зазора в печатном кольце.
Печатное исполнение кольцевого проводника упрощает конструкцию антенны и уменьшает ее металлоемкость, массу и габариты.
Современная прогрессивная технология фотохимического травления, используемая при изготовлении печатного кольцевого проводника, обеспечивает хорошую повторяемость геометрических размеров и стабильность радиотехнических характеристик антенны.
Таким образом, использование в кольцевой антенне печатного кольцевого проводника решает поставленную задачу и обеспечивает достижение требуемого технического результата - расширение рабочей полосы частот, упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления.
Всенаправленная кольцевая антенна с печатным кольцевым проводником изготовлена, проверена и используется в переносном контрольно-проверочном оборудовании.
Антенна, установленная на металлической плоскости с размерами 0,15λ×0,15λ, имеет круговую диаграмму направленности с неравномерностью не более 1,5 дБ. Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) на резонансной частоте равен 1,17. Ширина рабочей полосы частот при малых потерях рассогласования (не более 1 дБ, т.е. 25% по мощности) составляет 4%.
Габаритные размеры антенны: длина - 0,015λ; диаметр - 0,06%.
Приведенные характеристики полностью удовлетворяют техническим требованиям к антенне.
Всенаправленная кольцевая антенна, содержащая основание, изолятор, коаксиальную линию питания, кольцевой проводник, конденсатор, отличающаяся тем, что кольцевой проводник выполнен в виде печатного металлического кольца на одной стороне диэлектрической платы, а конденсатор образован концевой частью печатного кольца и печатной металлической полоской на другой стороне той же диэлектрической платы.
