Быстро перестраиваемая емкостная приемо-передающая антенна коротковолнового диапазона
Владельцы патента RU 2751648:
Акционерное общество Научно-производственное предприятие "Авиационная и Морская Электроника" (RU)
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании приемо-передающих антенных устройств аппаратуры радиосвязи КВ диапазона частот. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей емкостной приемо-передающей антенны путем реализации в ней скачкообразной перестройки резонансной частоты антенного контура. Согласно изобретению быстро перестраиваемая емкостная приемо-передающая антенна коротковолнового диапазона содержит развернутый в пространстве емкостной элемент в виде двух плоских токопроводящих поверхностей, расположенных перпендикулярно друг к другу, а также катушку переменной индуктивности и подвижную катушку связи, соединенные с емкостным элементом так, что электрически образуется перестраиваемый по частоте резонансный колебательный контур. Катушка переменной индуктивности обеспечивает плавную перестройку рабочей частоты емкостной антенны. Скачкообразную перестройку обеспечивают дополнительные разновеликие токопроводящие пластины, установленные в емкостном элементе, которые с помощью блока коммутации могут электрически подключаться к нижней горизонтальной токопроводящей поверхности емкостного элемента по заданному алгоритму. При этом скачкообразно изменяется емкость в антенном контуре и, соответственно, рабочая частота антенны. Величина скачка частоты будет зависеть от площади дополнительно подключаемых пластин, а число дискретных рабочих частот настройки антенны будет определяться их количеством. 1 ил.
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании приемо-передающих антенных устройств для аппаратуры радиосвязи коротковолнового диапазона частот.
Известными аналогами являются антенна малогабаритная емкостная с согласующей катушкой индуктивности (см. патент на изобретение РФ №2470424, М. кл. H01Q 9/04, опубл. 20.12.2012 г.), а также емкостная приемо-передающая антенна средневолнового диапазона (см. патент на изобретение RU 2728736, МПК H01Q 9/04, опубл. 30.07.2020), выбранная в качестве прототипа.
Данный прототип содержит развернутый в пространстве емкостный элемент в виде двух плоских токопроводящих поверхностей, расположенных перпендикулярно друг к другу. К емкостному элементу подключены катушка переменной индуктивности и подвижная катушка связи так, что электрически образуется перестраиваемый по частоте резонансный колебательный контур (антенный контур).
В коротковолновой радиосвязи часто применяется режим передачи, при котором рабочая частота скачкообразно изменяется по определенному алгоритму, задаваемому программным образом. Длительность передачи на любой из частот не превышает сотен или даже десятков миллисекунд, что требует соответствующей скорости перестройки резонансной частоты антенного контура емкостной антенны.
В прототипе перестройка резонансной частоты антенного контура осуществляется путем введения в катушку переменной индуктивности ферромагнитного сердечника. При этом время перестройки рабочей частоты емкостной антенны оказывается существенно больше требуемого и в зависимости от интервала перестройки может составлять десятки и более секунд.
Быстрая (скачкообразная) перестройка частоты в емкостной антенне может быть реализована путем скачкообразного изменения величины емкости емкостного элемента антенного контура.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей емкостной приемо-передающей антенны путем реализации скачкообразной перестройки ее рабочей частоты по заданному алгоритму.
Технический результат достигается тем, что:
- с целью реализации скачкообразной перестройки резонансной частоты антенного контура в его емкостный элемент введены дополнительные токопроводящие пластины, подключение которых позволяет скачкообразно изменять его емкость и, соответственно, рабочую частоту антенны;
- с целью обеспечения возможности задания алгоритма скачкообразной перестройки рабочей частоты емкостной антенны введен блок коммутации, обеспечивающий электрическое подключение в заданном порядке дополнительных токопроводящих пластин к нижней горизонтальной токопроводящей поверхности емкостного элемента.
На чертеже изображено:
Фиг. 1 - Электрическая схема антенного контура быстро перестраиваемой емкостной приемо-передающей антенны коротковолнового диапазона, где цифрами обозначено:
1 - токопроводящие поверхности емкостного элемента;
2 - катушка переменной индуктивности;
3 - катушка связи;
4 - дополнительные токопроводящие пластины;
5 - блок коммутации.
Быстро перестраиваемая емкостная приемо-передающая антенна коротковолнового диапазона состоит из развернутого в пространстве емкостного элемента, образованного двумя плоскими токопроводящими поверхностями 1, например, из листовой меди. Одна из токопроводящих поверхностей располагается горизонтально, а другая устанавливается выше перпендикулярно к ней. К емкостному элементу подключены соединенные последовательно катушка переменной индуктивности 2 и подвижная катушка связи 3 так, что вместе с ним они образуют перестраиваемый по частоте резонансный колебательный (антенный) контур (см. фиг. 1). Рабочая частота емкостной антенны, равная резонансной частоте антенного контура, определяется величиной суммарной индуктивности катушек 2 и 3, а также величиной емкости емкостного элемента
Медленная перестройка резонансной (рабочей) частоты антенного контура осуществляется катушкой 2, индуктивность которой может изменяться путем введения в катушку ферромагнитного сердечника.
Для обеспечения возможности быстрой скачкообразной перестройки резонансной частоты под верхней токопроводящей поверхностью 1 вертикально установлены дополнительные токопроводящие пластины 4, разновеликие по площади. Эти пластины могут в любом сочетании и любой последовательности электрически подключаться блоком коммутации 5 к нижней горизонтальной токопроводящей поверхности 1 емкостного элемента. При этом будет дискретно изменяться его суммарная емкость и, соответственно, резонансная частота антенного контура в соответствии с заданным алгоритмом. Величина приращения (скачка) частоты будет зависеть от площади дополнительно подключаемых пластин, а число дискретных рабочих частот настройки антенны будет определяться количеством дополнительных пластин 4.
Ввод высокочастотной энергии сигнала в антенный контур от внешнего источника осуществляется через катушку связи 3, расположенную соосно с катушкой 2 и связанную с ней единым магнитным полем (автотрансформаторная связь). Эта связь может изменяться путем продольного перемещения катушки связи, что приводит к изменению параметров входного импеданса антенны и позволяет производить подстройку согласования антенны с фидерной линией.
При излучении по фидерной линии от передатчика к катушке связи подводится напряжение сигнала высокой частоты. На резонансе между развернутыми в пространстве токопроводящими поверхностями емкостного элемента возникает переменное напряжение высокой частоты, в Q раз превышающее по величине входное напряжение, где Q является добротностью антенного контура. Высокочастотное электрическое поле большой напряженности, действующее в раскрыве емкостного элемента, индуцирует в окружающем пространстве токи смещения, благодаря которым и возникает излучение электромагнитной энергии.
Промышленная применимость устройства достигается тем, что для его изготовления могут быть использованы широко распространенные материалы и технологии.
Быстро перестраиваемая емкостная приемо-передающая антенна коротковолнового диапазона, содержащая развернутый в пространстве емкостной элемент в виде двух плоских токопроводящих поверхностей, расположенных перпендикулярно друг к другу, катушку переменной индуктивности и катушку связи, соединенные с ним так, что электрически образуется перестраиваемый по частоте резонансный колебательный контур, отличающаяся тем, что для обеспечения скачкообразной перестройки рабочей частоты антенны между токопроводящими поверхностями емкостного элемента вертикально установлены дополнительные токопроводящие пластины, разновеликие по площади, а также введен блок коммутации, выполняющий электрическое подключение дополнительных токопроводящих пластин к нижней горизонтальной токопроводящей поверхности емкостного элемента по заданному алгоритму.
