Широкополосная передающая антенна средневолнового диапазона
Владельцы патента RU 2770157:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского Флота "Военно-морская академия имени адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" (RU)
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве излучателей электромагнитных волн средневолнового диапазона в системах связи, требующих минимального времени настройки и относительно небольших габаритов антенных устройств. Техническим результатом при реализации заявленного изобретения является уменьшение габаритной высоты антенны при сохранении широкополосности и эффективности излучения. 3 ил.
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве излучателей электромагнитных волн средневолнового диапазона в системах связи, требующих минимального времени настройки и относительно небольших габаритов антенных устройств.
Известны передающие антенны средневолнового (СВ) диапазона:
1. Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством. РФ Патент №2013137779 от 19.09.2013 г.
2. Широкополосная несимметричная вибраторная антенна. РФ Патент №2324267 от 10.05.2008 г.
Общим недостатком всех известных передающих антенн СВ диапазона является большая геометрическая высота их излучающих элементов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является широкополосная антенна, представленная в патенте №2324267.
В описании этой антенны указано, что высота 
вибратора этой антенны должна отвечать требованию 
где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот. В средневолновом диапазоне наибольшая длина волны в СВ диапазоне соответствует 0,3 МГц и равна λ=1000 М. Отсюда следует, что высота вибраторной антенны в нижней части СВ диапазона должна быть ровна
Высота вибраторной антенны может быть снижена, при условии, если ток в антенне по всей длине будет равен действующему значению тока, т.е. значению тока в его пучности в основании антенны, как это показано на Фиг. 1 [1. Справочник по радиоэлектронике. Под общей ред. А.А. Куликовского. Том 1, Энергия, 1967. Стр. 287.]
Действующая длина антенны для вибратора, длина которого 
определяется по формуле [1]:
В рассматриваемом нами случае λ=1000 М и 
Поскольку длина вибратора меньше 0,1 длины волны, то приведенная выше формула справедлива для определения величины 
- действующей длины антенны.
Произведенный расчет показал, что действующая длина рассматриваемой известной широкополосной антенны - аналога в заданном диапазоне равна 
Таким образом, чтобы возбуждаемый в эфире сигнал в предлагаемой антенне был не менее, чем сигнал от известной антенны-аналога необходимо, чтобы ток в предлагаемой антенне был равен току в пучности (в основании известной антенны в точке подвода в.ч. энергии к антенне) в любой точке предлагаемой антенны, длина которой должна быть равна действующей максимальной высоте антенны - аналога во всем СВ диапазоне.
Целью изобретения является уменьшение габаритной высоты антенны при сохранении широкополосности и эффективности излучения.
Для решения поставленной задачи предлагается широкополосная передающая антенна средневолнового диапазона, отличающаяся тем, что используется цилиндрическая конструкция, стенки которой представляют собой поверхность, состоящую из N отдельных блоков, каждый из которых представляет собой три плотно скрепленных элемента, 1-й элемент - пьезоэлектрический преобразователь переменного напряжения в механические колебания, причем входные клеммы вех этих преобразователей антенны включены параллельно и соединены с двумя входными клеммами антенны, 2-й элемент - керамический изолятор, 3-й элемент - пьезоэлектрический преобразователь механических колебаний в электрические, причем верхняя часть проводящей пластины, примыкающей к керамическому изолятору, соединена с верхним концом проводника-излучателя, а нижняя часть проводника-излучателя соединена с нижней частью проводящей пластины этого преобразователя, находящейся на внешней стороне цилиндра.
На Фиг. 2 Представлен вариант использования пьезоэлектрических преобразователей в качестве излучающих устройств:
1 - преобразователь напряжения в давление.
2 - проводники пьезоэлементов.
3 - пьезоэлемент преобразователь механических воздействий в электрические.
4 - излучающий проводник i=f(t).
5 - преобразователь давления в напряжение.
6 - керамическая пластина.
7 - линия возбуждения u(t).
Керамическая пластина 6 должна плотно прилегать к обоим преобразователям 1 и 5, чтобы передавать давление со стороны преобразователя электрических колебаний в механические преобразователю механических колебаний в электрические и служить изолятором между проводящими пластинами пьезоэлектрических преобразователей 3.
При подаче электрического переменного напряжения от усилителя мощности передатчика СВ диапазона на входные клеммы антенны это напряжение поступает одновременно на все включенные в антенну преобразователи напряжения в механические колебания, частота которых равна частоте электрических колебаний на входных клеммах этих преобразователей. Эти механические колебания вызывают колебания керамической пластины 6, плотно прилегающей к этому преобразователю. В свою очередь, механические колебания керамической пластины 6 передаются преобразователю механических колебаний в электрические 3. В результате на проводящих пластинах второго преобразователя появиться разность потенциалов, величина которой будет подчинена закону изменения давления на этот преобразователь, зависящего в свою очередь от изменений уровня электрического сигнала на первом преобразователе. Под воздействием разности потенциалов на проводящих пластинах этого преобразователя в замыкающем эти проводящие пластины проводнике возникнет ток, изменения которого будут соответствовать изменению напряжения на пластинах, которые он замыкает и, соответственно, изменению напряжения на входных клеммах антенны.
Поскольку проводник-излучатель обращен во внешнюю среду, ток в нем вызовет в окружающей среде появление переменного электромагнитного поля, подчиняющегося закону изменения тока в проводнике.
Для того, чтобы ток был равен заданной величине, например току в пучности (в основании антенны - аналоге), необходимо использовать такое количество пьезоэлектрических блоков, суммарный ток от которых будет равен требуемому значению.
На Фиг. 3 представлена конструкция, объединяющая требуемое количество пьезоэлектрических блоков, обеспечивающее требуемую величину суммарного тока в проводниках-излучателях:
1-й элемент - пьезоэлектрический преобразователь переменного напряжения в механические колебания.
2-й элемент - керамический изолятор.
3-й элемент - пьезоэлектрический преобразователь механических колебаний в электрические.
Требуемое количество блоков N может быть определено из следующего равенства: N×in=Im,
где in - величина максимального значения тока в единичном излучателе;
Im - величина тока в пучности в антенне-аналоге.
Высота конструкции должна быть равна действующей высоте антенны-аналоге. В этом случае длина антенны, как было рассчитано выше, должна быть равна 19,023 М. Это почти в 2 раза меньше, чем у антенны-аналога, длина антенны у которого должна быть равна 
При условии, что при изменении рабочей частоты во всем СВ диапазоне амплитуда выходного напряжения усилителя мощности поддерживается постоянной, амплитуда тока во всех проводниках-излучателях так же будет постоянной. Постоянство тока в излучателях при смене рабочих частот обусловливает широкополосные свойства предложенной передающей антенны средневолнового диапазона.
Таким образом, достигнута поставленная задача достижения существенного снижении габаритов антенны СВ диапазона по высоте при сохранении ее широкополосных свойств.
Широкополосная передающая антенна средневолнового диапазона, отличающаяся тем, что используется цилиндрическая конструкция, стенки которой представляют собой поверхность, состоящую из N отдельных блоков, каждый из которых представляет собой три плотно скрепленных элемента, 1-й элемент - пьезоэлектрический преобразователь переменного напряжения в механические колебания, причем входные клеммы всех этих преобразователей антенны включены параллельно и соединены с двумя входными клеммами антенны, 2-й элемент - керамический изолятор, 3-й элемент - пьезоэлектрический преобразователь механических колебаний в электрические, причем верхняя часть проводящей пластины, примыкающей к керамическому изолятору, соединена с верхним концом проводника-излучателя, а нижняя часть проводника-излучателя соединена с нижней частью проводящей пластины этого преобразователя, находящейся на внешней стороне цилиндра, при этом требуемое количество блоков N определяется из расчета: N*in=Im, где in - величина максимального значения тока в единичном излучателе, Im - величина тока в пучности в антенне-аналоге.
