Широкополосная антенна ультракоротковолнового диапазона



Широкополосная антенна ультракоротковолнового диапазона
Широкополосная антенна ультракоротковолнового диапазона
Широкополосная антенна ультракоротковолнового диапазона
Широкополосная антенна ультракоротковолнового диапазона
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 2646534:

федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и предназначено для использования в качестве приемно-передающей антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями. Антенна выполнена в виде полого металлического конуса (ПМК) 1, установленного вертикально над проводящей поверхностью (ПП) 2 и обращенного к ней вертикально. С помощью диэлектрического зазора (ДЗ) 3 ПМК 1 разделена на две части: нижнюю 4 высотой hH и верхнюю 4 высотой hB. В полости верхней части 5 ПМК 1 установлен спиральный проводник (СП) 6, с возможностью коммутации числа его витков, включаемых в цепь высокочастотного тока антенны. Коммутацию числа витков осуществляют с помощью коммутатора 7, управляемого с выхода радиостанции. ПМК 1 подключен вершиной к центральному проводнику коаксиального фидера 11, экранная оболочка которого подключена к ПП 2. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот в низкочастотную область без увеличения ее физических размеров. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и, в частности, широкополосная антенна (ШПА) ультракоротковолнового (УКВ) диапазона предназначена для использования совместно с диапазонными УКВ радиостанциями.

Известна ШПА по патенту Франции №2446090, опубл. 25.04.1975 г. Антенна аналог состоит из биконического вибратора. К основанию каждого из конусов подключены логоспиральные проводники. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к вершине одного из конусов, а экранной оболочкой к вершине другого конуса.

Недостатком аналога является относительно узкий диапазон рабочих частот.

Известна также ШПА по патенту РФ №2207673, опубл. 27.06.2003 г. Антенна состоит из полого металлического конуса (ПМК) и расположенного над его вершиной параллельно плоскости основания проводника в форме однозаходной плоской спирали и коаксиального фидера, подключенного к ПМК.

Недостатком данного аналога является относительно узкий диапазон рабочих частот.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности к заявленной ШПА является ненаправленная ШПА по патенту РФ №2535178 от 10.12.2014 г.

Антенна-прототип состоит из полого металлического конуса (ПМК) высотой Н и с углом при вершине α. ПМК установлен вертикально над проводящей поверхностью (ПП) и обращен к ней вершиной. В полости ПМК установлен спиральный проводник (СП) в виде конической спирали высотой НС и с углом β при вершине. Вершина конической спирали подключена к внутренней поверхности ПМК у его вершины. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к вершине ПМК, а экранной оболочкой к ПП.

Недостатками прототипа являются:

относительно малый рабочий диапазон частот по согласованию, характеризуемый величиной коэффициента бегущей волны (КБВ).

Целью изобретения является разработка широкополосной антенны УКВ диапазона, обеспечивающей расширение диапазона рабочих частот в низкочастотную область.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной ШПА УКВ диапазона, содержащей ПМК высотой Н и с углом при вершине α, установленный вертикально над ПП и обращенный к ней вершиной, спиральный проводник (СП), установленный в полости ПМК, и коаксиальный фидер, подключенный центральным проводником к вершине ПМК, а экранной оболочкой к ПП, ПМК разделен диэлектическим зазором (ДЗ) Δ на нижнюю высотой hH и верхнюю высотой hB части. СП выполнен с возможностью коммутации числа его витков и подключен одним концом к примыкающей к ДЗ кромке нижней части ПМК. N≥2 витков СП снабжены выводами, которые подключены к соответствующим N входам коммутатора витков СП. Высокочастотный (в.ч.) выход коммутатора подключен к примыкающей к ДЗ кромке нижней части ПМК. N - разрядный управляющий вход коммутатора подключен к управляющему выходу радиостанции.

Высота Н ПМК выбрана из условия Н≥0,2λmax, где λmax - максимальная длина волны рабочего диапазона волн антенны. Соотношение высот hH и hB выбрано в пределах hH/hB=0,4-0,55, а угол α выбран в интервале α=80°-100°. СП установлен в полости верхней части ПМК.

Благодаря новой совокупности существенных признаков при работе антенны в диапазоне частот путем коммутации числа витков СП, подключенных к ДЗ, обеспечивается изменение электрической высоты конического излучателя, что позволяет повышать качество согласования и, следовательно, обеспечивает расширение диапазона рабочих частот в низкочастотную область.

Заявленная антенна поясняется чертежами, на которых показаны:

на фиг. 1 - общий вид антенны;

на фиг. 2 - электрическая схема коммутатора;

на фиг. 3 - рисунок, поясняющий работу антенны;

на фиг. 4 - эквивалентная схема антенны;

на фиг. 5 - результаты сравнительных измерений;

качества согласования – КБВ.

Заявленная ШПА УКВ диапазона, показанная на фиг. 1, состоит из ПМК 1 высотой Н и с углом α при вершине. ПМК 1 установлен вертикально над ПП 2 и обращен к ней вершиной. С помощью диэлектрического зазора 3, выполненного, например, в виде диэлектрической вставки толщиной Δ, ПМК 1 электрически разделен на две части: нижнюю 4 высотой hH и верхнюю 5 высотой hB. В полости верхней части 5 ПМК 1 установлен СП 6 в виде многовитковой катушки индуктивности. В общем случае СП 6 может быть установлен и в полости нижней части ПМК 1. Выбор места установки СП 6 определяется из конструктивных соображений. N≥2 витков СП 6 снабжены выводами 61-6N, которые подключены к соответствующим N входам коммутатора 7 СП 6 (на фиг. 1 показано пять выводов, т.е. N=5). Выводами 61-6N могут быть снабжены все витки или некоторые из них. Выбор числа N витков, снабженных выводами 61-6N, определяют, исходя из условия сохранения требуемого качества согласования в рабочем диапазоне частот.

В.ч. выход 7.1 коммутатора 7 подключен (точка «к») к примыкающей к ДЗ 3 кромке верхней части 5 ПМК 1. N-разрядный управляющий вход 7.2, коммутатора 7 с помощью N-разрядной шины 8 через отверстие 9 в ПМК 1 подключен к управляющему выходу радиостанции (на фиг. 1, 2 не показана).

Вход 6.6 СП 6 через отверстие 10 в ДЗ 3 подключен к примыкающей к ДЗ 3 кромке нижней части 4 ПМК 1 (точка «а»).

Коммутатор 7 предназначен для подключения (отключения) соответствующего числа витков СП 6, в цепь в.ч. тока ПМК 1 в зависимости от поддиапазона рабочих частот, в пределах которого работает радиостанция. Электрическая схема коммутатора может быть реализована различным образом, в частности, как показано на фиг. 2. Коммутатор 7 состоит из N автоматических переключателей 7.31-7.3N (на фиг. 2 N=5), с помощью которых изменяют номинал индуктивности СП 6, включаемого в в.ч. цепь ПМК 6. Управляющий сигнал на подключение (отключение) соответствующего контакта 7.4 автоматического переключателя 7.3 поступает по N-разрядному кабелю 8 на исполнительный элемент 7.5 от управляющего выхода радиостанции (на фиг. 1, 2 не показана).

Коаксиальный фидер 11 подключен центральным проводником к вершине ПМК 1 (точка «в»), а экранной оболочкой к ПП 2 (точки «с»).

Заявленная антенна работает следующим образом.

При включении радиостанции в сечении точек «с-в» подключения коаксиального фидера 11 (см. фиг. 2) возбуждается ЭДС. В зависимости от выбранного поддиапазона рабочих частот по N-разрядной шине 8 поступает управляющий сигнал на подключение соответствующей группы витков СП 6. На фиг. 2 показано, в частности, что замкнут контакт 7.4 автоматического переключателя 7.33. Это означает, что в цепь в.ч. тока включено индуктивное сопротивление XL части СП 6 от точки «а» до точки подключения вывода 7.2 (см. также фиг. 4).

Под действием возбуждающей ЭДС в.ч. ток проводимости Iпр протекает от точки «в» по образующей внешней поверхности нижней части 4 ПМК 1, затем по ее верхней кромке до точки «в» подключения вывода 6.6 СП 6 (см. фиг. 3 и фиг. 1). Затем в.ч. ток протекает по проводникам подключенных витков и через замкнутый контакт к точке «к» подключения СП 6 к кромке верхней части 5 ПМК 1. Далее в.ч. ток проводимости протекает по образующей внешней поверхности верхней части 5 ПМК 1 и от ее верхней кромки замыкается токами смещения I см на ПП 2, протекает по ней токами проводимости к точкам «с-с» подключения экранной оболочки коаксиального фидера 11 (см. фиг. 3).

Таким образом, эквивалентная схема антенны, показанная на фиг. 4, состоит из последовательно включенных: комплексного сопротивления ZH нижней части 4 ПМК 1, реактивного сопротивления индуктивного характера подключенных витков СП 6 и комплексного сопротивления ZB верхней части 5 СП 6. Коммутируя число витков, включенных в цепь в.ч. тока можно изменять величины XL и, следовательно, оказывается возможным в широком диапазоне рабочих частот антенны сдвигать рабочий диапазон по согласованию в низкочастотную область; сохраняя тем самым требуемый уровень КБВ, который для УКВ радиостанций принимают на уровне КБВ≥0,4.

Соотношения элементов конструкции ШПА УКВ диапазона, при которых достигается указанный технический результат, были определены экспериментально и составили:

hH/hB=0,4-0,55; Н≥0,2 λmax; α=80°-100°; число витков N СП 6 выбирают исходя из возможности достижения величины индуктивного сопротивления XL, обеспечивающего эквивалентное увеличение электрической высоты ПМК, при которой сохраняется величина КБВ≥0,4. В заявленной антенне общая длина провода СП 6 составляет (2,5-4) Н.

Оптимальными конструктивными параметрами являются средние значения указанных выше интервалов этих параметров.

Экспериментальная проверка возможности достижения указанного технического результата была выполнена путем сравнительных измерений качества согласования (КБВ) заявленной ШПА при следующих условиях:

Для заявленной ШПА: λmax=2 м; волновое сопротивление фидера ρф=50 Ом; Н=0,4 м; hH=0,2 м; hB=0,2 м; длина провода витков составила 2,5 м; число витков N=8, диаметр провода - 2 мм; α=80°; диэлектрическая вставка из стеклотекстолита Δ=5 мм.

Для прототипа: λmax=2 м; ρф=50 Ом; Н-0,4 м; α=80°; длина провода витков составила 1,5 м; диаметр провода 2 мм.

Результаты измерений, приведенные на фиг. 5, дают основание для следующих выводов. При равных физических высотах заявленной ШПА и прототипа у заявленной антенны уровень КБВ≥4 обеспечивается, начиная с электрического размера Н/λ=0,12 у прототипа с Н/λ=0,19. Расширение рабочего диапазона антенны по согласованию в область более низких частот обеспечивается за счет трехкратного изменения числа витков СП 6 и, следовательно, значений реактивных сопротивлений включенных в цепь в.ч. токов, без увеличения физической высоты Н ПМК.

Полученные результаты сравнительных измерений подтверждают возможность достижения указанного технического результата при использовании заявленной ШПА.

1. Широкополосная антенна (ШЛА) ультракоротковолнового (УКВ) диапазона, содержащая полый металлический конус (ПМК) высотой Н и с углом при вершине α, установленный вертикально над проводящей поверхностью (ПП) и обращенный к ней вершиной, спиральный проводник (СП), установленный в полости ПМК, и коаксиальный фидер, подключенный центральным проводником к вершине ПМК, а экранной оболочкой к ПП отличающаяся тем, что ПМК разделен диалектическим зазором (ДЗ) Δ на две части: нижнюю высотой hH и верхнюю высотой hB, СП выполнен с возможностью коммутации числа его витков и подключен одним концом к примыкающей к ДЗ кромке нижней части ПМК, N≥2 витков СП снабжены выводами, которые подключены к соответствующим N входам коммутатора витков СП, высокочастотный выход которого подключен к примыкающей к ДЗ кромке нижней части ПМК, а N-разрядный управляющий вход коммутатора подключен к управляющему выходу радиостанции.

2. УКВ антенна по п. 1, отличающаяся тем, что высота Н ПМК выбрана из условия Н≥0,2λmax, где λmax - максимальная длина волны рабочего диапазона волн антенны.

3. УКВ антенна по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение высот hH и hB выбрано в пределах hH/hB=0,4-0,55, а угол α выбран в интервале α=80°-100°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве малогабаритной широкодиапазонной рамочно-петлевой антенны, например, в системах телевидения, радиовещания, радиосвязи и прочих аналогичных системах.

Изобретение относится к антенной технике, и в частности составной конический несимметричный вибратор (СКНВ) может быть использован в качестве приемной и/или передающей ультракоротковолновой (УКВ) антенн совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями применяемых для подвижных объектов связи.

Изобретение относится к антенной технике и, более конкретно, к зеркальной антенне с облучающей антенной решеткой с широким углом сканирования. Антенна содержит рефлектор, который имеет профиль параболической формы в первом сечении и гиперболической формы во втором сечении, причем второе сечение является ортогональным первому сечению; и облучающую структуру, содержащую по меньшей мере одну фазированную антенную решетку, выполненную с возможностью облучения по меньшей мере части рефлектора и сканирования луча.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к широкополосным антеннам приемопередающих устройств. Устройство содержит три излучающих элемента (ИЭ), расположенных на одной продольной оси, ориентированной вертикально, и коаксиальный кабель (КК).

Изобретение относится к широкополосным антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и может использоваться в приемопередающих устройствах систем передачи информации.

Изобретение относится к области антенн вертикальной поляризации для радиосвязи предпочтительно в СВ, KB и УКВ диапазонах с возможностью перестройки по частоте. Технический результат заключается в уменьшении ограничений по габаритам и увеличении коэффициента перекрытия рабочего диапазона частот по критерию «доля номинальной мощности радиопередатчика, уходящая в антенну», а также в снижении требований к размещению антенны на объектах установки.

Изобретение относиться к антенной технике. Спиральная антенна содержит полусферическую спираль, плоскую спираль, поглотитель, основание и симметрирующее устройство, корректор, выполненный в виде дополнительного диэлектрического кольца, соосного с антенной и установленного в нижней части витков спиральной антенны, при этом на внешней поверхности кольца крепятся свои спиральные витки, верхние концы которых контактно соединяются с нижними концами антенны.

Изобретение относится к антеннам, конструкциям из антенных элементов. Антенный излучатель включает фланец и два вибратора.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в антенных решетках. Технический результат - обеспечение согласования устройства в широком диапазоне частот, уменьшение коэффициента отражения и габаритов устройства.

Изобретение относится к антенной технике. Особенностью заявленного промежуточного возбудителя невыступающей коротковолновой передающей антенны подвижного объекта является то, что горизонтальные части П-образных элементов объединены и электрически соединены друг с другом и установлены вдоль продольной оси симметрии экранированного подкрышевого пространства подвижного объекта, а их периферийные трети выполнены в виде плавных переходов, подключенных к вершинам соответствующих пар вертикальных частей П-образных элементов, размещенных вне экранированного подкрышевого пространства подвижного объекта.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенной технике, и может быть использовано в качестве приемной антенны декаметрового диапазона. Устройство содержит 3 взаимно ортогональные антенны, которые соединены с согласующими устройствами. При этом согласующие устройства расположены на диэлектрической опоре, на которой установлены 3 шарнира таким образом, что угол между продольными осями шарниров в горизонтальной плоскости составляет 120 градусов, в шарнирах перпендикулярно продольным осям расположены оси вращения, на которых установлены антенны в виде несимметричных вибраторов с возможностью вращения вокруг осей вращения шарниров в пределе от 0 до 45 градусов в вертикальной плоскости относительно нормали к плоскости диэлектрической опоры. Несимметричные вибраторы выполнены из полых круглых проводников и электрически соединены с выходными высокочастотными разъемами согласующих устройств. Технический результат заключается в обеспечении идентичности приема ортогональных компонент электромагнитного поля и снижении времени развертывания антенны. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и предназначено для использования в качестве приемно-передающей антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями. Антенна выполнена в виде полого металлического конуса 1, установленного вертикально над проводящей поверхностью 2 и обращенного к ней вертикально. С помощью диэлектрического зазора 3 ПМК 1 разделена на две части: нижнюю 4 высотой hH и верхнюю 4 высотой hB. В полости верхней части 5 ПМК 1 установлен спиральный проводник 6, с возможностью коммутации числа его витков, включаемых в цепь высокочастотного тока антенны. Коммутацию числа витков осуществляют с помощью коммутатора 7, управляемого с выхода радиостанции. ПМК 1 подключен вершиной к центральному проводнику коаксиального фидера 11, экранная оболочка которого подключена к ПП 2. Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот в низкочастотную область без увеличения ее физических размеров. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх