Патент на изобретение №2316855

(54) МАЛОГАБАРИТНАЯ АНТЕННА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области радиоэлектроники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей в рабочих диапазонах длинных и коротких волн. Сущность изобретения состоит в том, что в малогабаритной антенне, содержащей вертикальный токоведущий вибратор, прямолинейные изолированные проводники, расположенные коаксиально параллельно токоведущему вибратору, и проводящую трубку с опорным фланцем в основании, в полости которой вдоль осевой длины расположен токоведущий проводник, электрически соединенный одним концом с токоведущим вибратором, вторым – с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, внешний проводник которого электрически соединен с опорным фланцем проводящей трубы и горизонтальным экраном, изолированные проводники выполнены из отрезков токопроводящего изолированного провода длиной, равной осевой длине токоведущего вибратора, и расположены на его внешней поверхности равномерно на расстоянии, равном шести диаметрам токопроводящего изолированного провода. Изолированные концы прямолинейных изолированных проводников электрически разомкнуты между собой и с токоведущим вибратором, при этом введены дополнительно N проводящих цилиндров, коаксиально расположенных, электрически соединенных между собой верхними концами, установленных в полости вышеуказанной проводящей трубы, и петлевой изолированный проводник, который выполнен из отрезка токопроводящего изолированного провода длиной, равной длине волны нижней рабочей частоты, и расположен в виде неразрывной петли на внешней поверхности каждого из N проводящих цилиндров вдоль образующей равномерно на расстоянии, равном шести диаметрам токопроводящего изолированного провода. Первый проводящий цилиндр установлен на изолированную внешнюю поверхность вышеуказанного токоведущего проводника, а N-1 проводящие цилиндры установлены поочередно по мере расположения петлевого изолированного проводника, первый изолированный конец которого расположен на верхней кромке первого проводящего цилиндра, второй конец, расположенный на верхней кромке последнего N проводящего цилиндра, электрически соединен через индуктивности с верхним концом проводящей трубы. Токоведущий вибратор выполнен в виде металлической трубы, в полости которой вдоль осевой длины установлен металлический штырь, верхний конец которого электрически соединен с верхним концом металлической трубы токоведущего вибратора, а нижний конец электрически разомкнут. 2 ил.

Настоящее изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано для работы с широкополосными устройствами.

Известны конструкции антенн (А.С. СССР №1478272, H01Q 9/02, 1989 г. и А.С. СССР №1601669, H01Q 9/02, 1990 г.).

Эти антенны выполнены в виде двухпроводной линии с распределенными параметрами, которые содержат два изолированных друг от друга, электрически разомкнутых на концах проводника, один изолированный проводник является активным – электрически соединен с генератором, второй изолированный проводник – пассивный, возбуждаемый полем, которое создает активный токоведущий проводник, за счет электродинамического взаимодействия друг на друга изолированных проводников улучшаются электродинамические характеристики антенны. Так как изолированные проводники не содержат дополнительных активных сопротивлений, то линия относится к линиям без потерь.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой антенне является антенна, выбранная в качестве прототипа (А.С. СССР №1478272, H01Q 9/02, 1989 г.).

Антенна содержит вертикальный токоведущий вибратор, прямолинейные изолированные проводники, расположенные параллельно токоведущему вибратору, и проводящую трубу с опорным фланцем в основании, во внутренней полости которого вдоль осевой длины расположен токоведущий проводник, электрически соединенный одним концом с токоведущим вибратором, вторым – с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, внешний проводник которого электрически соединен с опорным фланцем проводящей трубы и горизонтальным экраном.

Недостатком как аналогов, так и прототипа является высокое численное значение коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) на входе антенны в диапазоне длинных волн: длина рабочей волны намного превышает геометрическую длину антенны, и в диапазоне коротких волн: между полосами естественного согласования антенны при параллельном резонансе.

Указанные недостатки уменьшают функциональные возможности малогабаритной геометрически короткой антенны, так как высокое численное значение КСВН ведет к искажению сигнала при прохождении через антенну, уменьшению входного тока при измененном напряжении генератора, что уменьшает зону уверенного приема информации и надежности радиосвязи.

В связи с этим поставленной технической задачей является расширение функциональных возможностей малогабаритной геометрически короткой антенны в рабочих диапазонах длинных и коротких волн.

Ее решение достигается тем, что в известной малогабаритной антенне прямолинейные изолированные проводники выполнены из отрезков токопроводящего изолированного провода длиной, равной осевой длине токоведущего вибратора, и расположены на его внешней поверхности равномерно по диаметру на расстоянии, равном шести диаметрам токопроводящего изолированного провода, изолированные концы прямолинейных изолированных проводников электрически разомкнуты между собой и токоведущим вибратором, при этом введены дополнительно N проводящих цилиндров, коаксиально расположенных, изолированных друг от друга, электрически соединенных между собой верхними концами, установленных во внутренней полости вышеуказанной проводящей трубы с опорным фланцем в основании, и петлевой изолированный проводник, который выполнен из отрезка токопроводящего изолированного провода длиной, равной длине , и расположенный в виде неразрывной петли на внешней поверхности каждого N проводящего цилиндра вдоль образующей равномерно по диаметру на расстоянии, равном шести диаметрам токопроводящего изолированного провода, причем первый проводящий цилиндр установлен на изолированную внешнюю поверхность вышеуказанного токоведущего проводника, а N-1 проводящие цилиндры установлены поочередно по мере расположения петлевого изолированного проводника, первый изолированный конец которого расположен на верхней кромке первого проводящего цилиндра, а второй конец, расположенный на верхней кромке последнего N проводящего цилиндра, электрически соединен через индуктивности с верхним концом проводящей трубы с опорным фланцем в основании, при этом токоведущий вибратор выполнен в виде металлической трубы, во внутренней полости которой вдоль осевой длины установлен металлический штырь, верхний конец которого электрически соединен с верхним концом металлической трубы токоведущего вибратора, а нижний конец электрически разомкнут.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, где схематично изображена предлагаемая малогабаритная антенна.

На фиг.2 показано экспериментальное подтверждение электродинамических характеристик заявляемой антенны: частотная зависимость численного значения КСВН антенны h=2,5 м в диапазоне рабочих частот 1,5-100 МГц.

Предлагаемая антенна состоит из токоведущего вибратора 1, выполненного из отрезка металлической трубы длиной, равной 2 метрам, с внешним диаметром 30 мм×1,0 мм; металлического штыря 2, установленного во внутренней полости вдоль осевой длины токоведущего вибратора 1 и электрически соединенного с ним верхним концом, выполненного из отрезка металлической трубы длиной, равной 1,8 м, с внешним диаметром 12 мм×1,5 мм; прямолинейных изолированных проводников 3, выполненных из десяти равных по длине 2,0 м отрезков токопроводящего изолированного провода типа МГШВ 1,5 мм, расположенных на внешней поверхности вдоль осевой длины токоведущего вибратора 1 равномерно по диаметру на расстоянии 9 мм; диэлектрического изолятора 4, выполненного из фторопласта типа 4ГН с внешним диаметром 90 мм, толщиной 15 мм; проводящей трубы с опорным фланцем в основании 5, изготовленной из металлической трубы типа Амr6 длиной 500 мм, с внутренним и внешним диаметрами соответственно 80 мм и 92 мм, опорный фланец выполнен также из трубы типа Амr6 с внешним диаметром 120 мм×20 мм; токоведущего проводника 6, расположенного во внутренней полости вдоль осевой длины проводящей трубы с опорным фланцем в основании 5 и выполненного из отрезка металлической трубы типа ДКРНП НД Л63 длиной 500 мм с внешним диаметром 12 мм×1,5 мм, электрически соединенного верхним концом с нижним концом токоведущего вибратора 1; проводящих цилиндров 7, N=30, установленных во внутренней полости проводящей трубы с опорным фланцем в основании 5, коаксиально расположенных и изолированных друг от друга, электрически соединенных верхними концами, выполненных из тридцати отрезков металлической фольги типа НДМ1 толщиной 0,5 мм, длина образующей проводящих цилиндров равна 400 мм, внешний диаметр цилиндров равен 60 мм, первый проводящий цилиндр 7 установлен коаксиально на изолированную внешнюю поверхность токоведущего проводника 6, тридцать проводящих цилиндров устанавливаются поочередно по мере расположения петлевого изолированного проводника 8; петлевого изолированного проводника 8, выполненного из отрезка токопроводящего изолированного провода типа МГШВ 1,5 мм длиной 200 м (длина волны нижней рабочей частоты f=1,5 МГц), расположенного в виде неразрывной петли на внешней поверхности каждого проводящего цилиндра 7 вдоль образующей равномерно по диаметру на расстоянии 9 мм, первый изолированный конец расположен на верхнем конце первого проводящего цилиндра 7 и электрически соединен через индуктивность 9 с верхним концом проводящей трубы с опорным фланцем в основании 5; индуктивности 9, численное значение индуктивности составляет =1,2 мкГн, выполненной из отрезка провода типа ПЭВ-2-1,5, шаг намотки индуктивности 3,0 мм. Антенна также содержит высокочастотный коаксиальный разъем 10, установленный в нижней части проводящей трубы с опорным фланцем в основании 5, который обеспечивает электрическое и механическое соединение с коаксиальным фидером 11.

Изоляция проводящих цилиндров 7, токоведущего проводника 6 выполнена фторопластовой лентой типа Ф-430 толщиной 0,05 мм. Токоведущий вибратор 1 с прямолинейными изолированными проводниками 3 покрыт трубкой типа ТЕРМОФИТ-ТУТ.

Антенна работает следующим образом.

В передающем режиме входное напряжение генератора 12 подводится по коаксиальному фидеру 11 к токоведущему проводнику 6 и распространяется в токоведущем вибраторе 1. В диапазоне длинных волн 1,5-12 МГц, от нижней рабочей частоты до частоты естественного согласования антенны, работают одновременно первая и вторая двухпроводные линии. В первой двухпроводной линии, расположенной во внутренней полости проводящей трубы с опорным фланцем в основании 5, ток, текущий по токоведущему проводнику 6, создает поле, которое возбуждает токи в проводящих цилиндрах 7 и петлевом изолированном проводнике 8. Экспериментально установлено, что проводящие цилиндры 7 и петлевой изолированный проводник 8 представляют один пассивно возбуждаемый изолированный проводник. Ток, возбуждаемый в петлевом изолированном проводнике 8, через индуктивность 9, электрически соединенную с проводящей трубой с опорным фланцем в основании 5, поступает во внешний проводник коаксиального фидера 11 к корпусу генератора 12. За счет этого тока и электродинамического воздействия изолированных проводников 6, 7 и 8 первой линии в диапазоне длинных рабочих волн устанавливается режим, близкий к режиму бегущей волны. Кроме этого, во внешний проводник коаксиального фидера к корпусу генератора 12 поступают токи проводимости горизонтального экрана, возбуждаемые полем излучения токоведущего вибратора 1 с прямолинейными изолированными проводниками 3. В диапазоне коротких рабочих волн 12-100 МГц, от частоты естественного согласования антенны до верхней рабочей частоты, работает только вторая двухпроводная линия – токоведущий вибратор 1 с прямолинейными изолированными проводниками 3, в токе петлевого изолированного проводника 8 нет необходимости, поэтому поступление тока во внешний проводник коаксиального фидера 11 ограничивается индуктивностью 9, величина которой возрастает на верхних рабочих частотах. Расширение естественной полосы согласования в область длинных волн от 30 МГц к 12 МГц, см. фиг.2, обеспечивается за счет металлического штыря 2, установленного во внутренней полости токоведущего вибратора 1 и электрически соединенного с ним верхним концом; режим, близкий к режиму бегущей волны в диапазоне коротких волн, обеспечивается за счет электродинамического взаимодействия токоведущего вибратора 1 и прямолинейных изолированных проводников 3, которое увеличивается с ростом рабочей частоты. В диапазоне коротких волн во внешний проводник коаксиального фидера 11 к корпусу генератора 12 поступают только токи проводимости горизонтального экрана, возбуждаемые полем излучения токоведущего вибратора 1 с прямолинейными изолированными проводниками 3. На фиг.2 показана частотная зависимость численного значения КСВН в диапазоне частот 1,5-100 МГц геометрически короткой антенны высотой h=2,5 м, волновое сопротивление =75 Ом.

Таким образом, заявляемая конструкция малогабаритной антенны с сильной емкостной связью между изолированными проводниками и соответственно сильным электродинамическим воздействием друг на друга изолированных проводников обеспечивает новое качество – режим, близкий к режиму бегущей волны в рабочих диапазонах длинных и коротких волн, что обеспечивает увеличение функциональных возможностей антенны. Предлагаемая антенна может быть использована для ведения радиосвязи и радионавигации в совмещенных рабочих диапазонах частот от 0,3 до 600 МГц.

Формула изобретения

Малогабаритная антенна, содержащая вертикальный токоведущий вибратор, прямолинейные изолированные проводники, расположенные коаксиально параллельно токоведущему вибратору, и проводящую трубку с опорным фланцем в основании, в полости которой вдоль осевой длины расположен токоведущий проводник, электрически соединенный одним концом с токоведущим вибратором, вторым – с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера, внешний проводник которого электрически соединен с опорным фланцем проводящей трубы и горизонтальным экраном, отличающаяся тем, что изолированные проводники выполнены из отрезков токопроводящего изолированного провода длиной, равной осевой длине токоведущего вибратора, и расположены на его внешней поверхности равномерно на расстоянии, равном шести диаметрам токопроводящего изолированного провода, изолированные концы прямолинейных изолированных проводников электрически разомкнуты между собой и с токоведущим вибратором, при этом введены дополнительно N проводящих цилиндров, коаксиально расположенных, электрически соединенных между собой верхними концами, установленных в полости вышеуказанной проводящей трубы, и петлевой изолированный проводник, который выполнен из отрезка токопроводящего изолированного провода длиной, равной длине волны нижней рабочей частоты, и расположен в виде неразрывной петли на внешней поверхности каждого из N проводящих цилиндров вдоль образующей равномерно на расстоянии, равном шести диаметрам токопроводящего изолированного провода, причем первый проводящий цилиндр установлен на изолированную внешнюю поверхность вышеуказанного токоведущего проводника, а N-1 проводящие цилиндры установлены поочередно по мере расположения петлевого изолированного проводника, первый изолированный конец которого расположен на верхней кромке первого проводящего цилиндра, второй конец, расположенный на верхней кромке последнего N проводящего цилиндра, электрически соединен через индуктивности с верхним концом проводящей трубы, при этом токоведущий вибратор выполнен в виде металлической трубы, в полости которой вдоль осевой длины установлен металлический штырь, верхний конец которого электрически соединен с верхним концом металлической трубы токоведущего вибратора, а нижний конец электрически разомкнут.

РИСУНКИ