Патент на изобретение №2383974

(54) ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНАЯ АНТЕННА

(57) Реферат:

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при изготовлении малогабаритных антенн KB и УКВ диапазонов. Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритов антенны. Согласно изобретению индуктивно-емкостная антенна содержит элемент, подключенный к оплетке фидерной линии, элемент, подключенный к основной жиле фидерной линии, при этом элемент, подключенный к оплетке фидерной линии, содержит токопроводящую поверхность, выполняющую функцию конденсаторной обкладки, расположенной напротив элемента, подключенного к основной жиле фидерной линии, выполненного в виде плоской катушки индуктивности, витки которой расположены в одной плоскости по направлению от центра к периметру катушки индуктивности с увеличением радиуса намотки витков катушки индуктивности, а элемент с токопроводящей поверхностью и элемент в виде плоской катушки индуктивности расположены параллельно относительно друг друга на изоляционном элементе индуктивно-емкостной антенны, и для настройки на резонансную частоту элемент с токопроводящей поверхностью имеет возможность перемещения для уменьшения или увеличения расстояния относительно плоской катушка индуктивности, а плоская катушка индуктивности имеет возможность перемещения для уменьшения или увеличения расстояния относительно элемента с токопроводящей поверхностью. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при изготовлении малогабаритных антенн KB и УКВ диапазонов.

Как известно, установка коротковолновых и ультракоротковолновых полноразмерных антенн зачастую вызывает целый ряд затруднений. Одна из основных причин этого – относительно большие размеры антенны, особенно на коротких волнах, так как электрическая длина вибратора в виде линейных проводников оказывается очень близкой к геометрической. Так, например, общая длина полноразмерного диполя, настроенного на частоту 2 МГц, составляет около 75 метров. К тому же, для эффективной работы такой антенны необходима большая высота ее установки относительно земли, что во многих случаях является неприемлемым.

Известны также укороченные антенны, у которых геометрические размеры в 2-2,5 раза меньше, чем у полноразмерных диполей, как например, укороченная антенна диапазона 160 м – журнал «Радио», 1986 год, 1, с.58 – с укорочением примерно в 2 раза. Общая длина каждой из половин излучателя около 60 м, которые сложены втрое и удерживаются в таком положении двумя концевыми и несколькими промежуточными изоляторами.

Недостатком данной антенны являются ее большие габариты. Несмотря на сложение каждого из плеч диполя в три раза общий размах антенны составляет 40,5 метров.

Дальнейшее укорочение подобных антенн является нецелесообразным, так как при укорочении в три и более раз резко снижается КПД антенны и уменьшается дальность связи.

Эта известная антенна взята за прототип.

Целью изобретения является многократное уменьшение габаритов антенны, многократное уменьшение площади, необходимой для ее размещения, уменьшение высоты установки антенны при относительно высокой эффективности ее работы.

Технический результат достигается тем, что индуктивно-емкостная антенна, содержащая элемент, подключенный к оплетке фидерной линии, элемент, подключенный к основной жиле фидерной линии, отличается тем, что элемент, подключенный к оплетке фидерной линии, содержит токопроводящую поверхность, выполняющую функцию конденсаторной обкладки, расположенной напротив элемента, подключенного к основной жиле фидерной линии, выполненного в виде плоской катушки индуктивности, витки которой расположены в одной плоскости по направлению от центра к периметру катушки индуктивности с увеличением радиуса намотки витков катушки индуктивности, а элемент с токопроводящей поверхностью и элемент в виде плоской катушки индуктивности расположены параллельно относительно друг друга на изоляционном элементе индуктивно-емкостной антенны, и для настройки на резонансную частоту элемент с токопроводящей поверхностью конструктивно имеет возможность перемещения для уменьшения или увеличения расстояния относительно элемента в виде плоской катушки индуктивности, как и элемент в виде плоской катушки индуктивности имеет возможность перемещения для уменьшения или увеличения расстояния относительно элемента с токопроводящей поверхностью.

На чертежах и фотографиях изображено:

на фиг.1 – общая схема расположения индуктивно-емкостной антенны (вариант).

На фиг.2 – элемент индуктивно-емкостной антенны, выполненный в виде плоской катушки индуктивности.

На фиг.3 – элемент индуктивно-емкостной антенны с токопроводящей поверхностью, выполняющий функцию конденсаторной обкладки.

На фиг.4 – фотография индуктивно-емкостной антенны с горизонтальной поляризацией.

На фиг.5 – фотография индуктивно-емкостной антенны с вертикальной поляризацией.

На фиг.6 – фотография индуктивно-емкостной антенны с элементом, выполненным в виде плоской катушки индуктивности, и элементом с токопроводящей поверхностью, выполняющей функцию конденсаторной обкладки, выполненным также в виде плоской катушки индуктивности.

На фиг.1 индуктивно-емкостная антенна содержит мачту 1, изоляционный элемент 2, элемент 3, выполненный в виде плоской катушки индуктивности, элемент 4 с токопроводящей поверхностью, выполняющей функцию конденсаторной обкладки.

На фиг.2 – элемент 3, выполненный в виде плоской катушки индуктивности, содержит плоскую катушку 5 индуктивности, элементы 6 крепления плоской катушки 5 индуктивности, металлический диск 7.

На фиг.3 – элемент индуктивно-емкостной антенны с токопроводящей поверхностью, выполняющей функцию конденсаторной обкладки, содержит металлический элемент 8 дискообразной формы, алюминиевое кольцо 9, лепестки 10 из алюминиевых трубок.

Базовая конструкция индуктивно-емкостной антенны содержит два основных элемента – фиг.1. Элемент 3, выполненный в виде плоской катушки индуктивности, и элемент 4 с токопроводящей поверхностью, выполняющей функцию конденсаторной обкладки, расположены на изоляционном элементе 2 в виде диэлектрической трубы. Конструктивно элемент 3 в виде плоской катушки индуктивности может иметь соединение с металлическим диском 7 и намотку витков вокруг металлического диска 7, находящегося в одной плоскости с плоской катушкой 5 индуктивности – фиг.2, а элемент 4 с токопроводящей поверхностью может быть изготовлен из металлического листа или из 1+n металлических листов, где 1+n – количество металлических листов больше одного, может иметь решетчатую структуру, дискообразную форму, может содержать элемент 8 дискообразной формы с алюминиевым кольцом 9 и лепестками 10 из алюминиевых трубок – фиг.3, или может быть выполнен также в виде плоской катушки индуктивности, витки которой расположены по направлению от центра к периметру катушки индуктивности с увеличением радиуса намотки витков катушки индуктивности – фиг.6, и в этом случае индуктивно-емкостная антенна является симметричной.

Элементы индуктивно-емкостной антенны могут иметь прямое подключение к фидерной линии или подключение к фидерной линии через согласующее устройство, могут иметь горизонтальную поляризацию – фиг.4, или вертикальную поляризацию – фиг.5.

Небольшие габариты и малая площадь, необходимая для размещения индуктивно-емкостной антенны, при относительно высокой эффективности определяют широкий круг ее применения.

В различных конструктивных модификациях индуктивно-емкостная антенна может использоваться как стационарная, устанавливаемая на мачтах, крышах зданий и сооружений, так и внутри чердачных помещений не только с радиопрозрачной крышей, но и с металлической кровлей, имеющей небольшие кирпичные вставки, в полевых условиях не только на открытой местности, но и в лесных массивах.

В мобильном варианте заявленная антенна может использоваться на железнодорожном транспорте, в автофургонах, на малоразмерных судах и т.д. На развертывание такой антенны требуется 5-10 минут. Индуктивно-емкостная антенна нормально работает при высоте установки уже 2-3 метра от земли.

По габаритам индуктивно-емкостная антенна в десятки раз меньше полноразмерного диполя, а по эффективности, при наличии согласующего устройства, индуктивно-емкостная антенна приравнивается к четвертьволновой вертикальной штыревой антенне, при этом индуктивно-емкостной антенне не требуются противовесы, что многократно сокращает занимаемую площадь. Ввиду того что магнитная составляющая для данной конструкции имеет малое значение, влияние окружающих предметов и земли существенно уменьшается.

В процессе разработки конструкции антенны на низкочастотном участке KB диапазона изготавливались различные варианты и проводились их измерения и испытания в эфире на любительских диапазонах. Испытания проводились на участках 3500-3800, 7000-7100, 14000-14250 кГц. Эффективность работы индуктивно-емкостной антенны определялась по силе сигнала, принимаемого корреспондентом, и сравнивалась с сигналом от вертикальной штыревой четвертьволновой антенны на частоте 7-7,1 МГц. Размеры испытываемой антенны: диаметр излучающих элементов – 620 мм, расстояние между ними – 300 мм. Ширина полосы пропускания индуктивно-емкостной антенны на частоте 7,0-7,1 МГц при КСВ=2 составила 240 кГц. Время переключения испытуемой антенны на классическую занимало не более 1 секунды. Высота верхней части штыревой четвертьволновой антенны составляла 12 метров, испытываемой антенны – 3 метра. С использованием индуктивно-емкостной антенны было проведено порядка 120 связей с корреспондентами от Италии до Красноярского края в различное время суток. С 28 корреспондентами были проведены сравнения сигналов с обеих антенн, при этом 20 корреспондентов разницы уровней не зафиксировали, 5 корреспондентов зафиксировали минимальное увеличение сигнала при использовании штыревой четвертьволновой антенны, 3 корреспондента зафиксировали увеличение сигналов при использовании индуктивно-емкостной антенны.

При снижении высоты установки антенны до 1,5 метра уровень сигнала почти не изменялся. Эта же конструкция антенны была установлена на чердаке двухэтажного дома с металлической крышей и железобетонными плитами перекрытия у торцевой кирпичной стены на расстоянии двух метров. Индуктивно-емкостная антенна работала так же, как на открытом пространстве.

Ввиду небольшого веса – 3,2 кг, малых габаритов и высокой эффективности работы данная конструкция индуктивно-емкостной антенны может также применяться как элемент сложных направленных антенн, логопериодических антенн, антенных решеток.

Формула изобретения

1. Индуктивно-емкостная антенна, содержащая элемент, подключенный к оплетке фидерной линии, элемент, подключенный к основной жиле фидерной линии, отличающаяся тем, что элемент, подключенный к оплетке фидерной линии, содержит токопроводящую поверхность, выполняющую функцию конденсаторной обкладки, расположенной напротив элемента, подключенного к основной жиле фидерной линии, выполненного в виде плоской катушки индуктивности, витки которой расположены по направлению от центра к периметру катушки индуктивности с увеличением радиуса намотки витков катушки индуктивности.

2. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что содержит изоляционный элемент, на котором расположен элемент с токопроводящей поверхностью и элемент в виде плоской катушки индуктивности.

3. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элемент с токопроводящей поверхностью конструктивно имеет возможность перемещения для уменьшения или увеличения расстояния относительно элемента в виде плоской катушки индуктивности.

4. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элемент в виде плоской катушки индуктивности имеет возможность перемещения для уменьшения или увеличения расстояния относительно элемента с токопроводящей поверхностью.

5. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элемент в виде плоской катушки индуктивности имеет намотку витков вокруг металлического диска, находящегося в одной плоскости с плоской катушкой индуктивности.

6. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элемент с токопроводящей поверхностью изготовлен из металлического листа.

7. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элемент с токопроводящей поверхностью изготовлен из 1+п металлических листов, где 1+n – количество металлических листов больше одного.

8. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элемент с токопроводящей поверхностью имеет решетчатую структуру.

9. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элемент с токопроводящей поверхностью имеет дискообразную форму.

10. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элемент с токопроводящей поверхностью выполнен также в виде плоской катушки индуктивности, витки которой расположены по направлению от центра к периметру катушки индуктивности с увеличением радиуса намотки витков катушки индуктивности, и индуктивно-емкостная антенна является симметричной.

11. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элементы индуктивно-емкостной антенны имеют горизонтальную поляризацию.

12. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элементы индуктивно-емкостной антенны имеют вертикальную поляризацию.

13. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элементы индуктивно-емкостной антенны имеют прямое подключение к фидерной линии.

14. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элементы индуктивно-емкостной антенны имеют подключение к фидерной линии через согласующее устройство.

15. Индуктивно-емкостная антенна по п.1, отличающаяся тем, что элемент с токопроводящей поверхностью и элемент в виде плоской катушки индуктивности расположены параллельно относительно друг друга.

РИСУНКИ