Патент на изобретение №2387058

(54) ПЕТЛЕВОЙ ВИБРАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к антенной технике, работающей в сантиметровом диапазоне длин волн. Техническим результатом заявляемого изобретения является достижение согласования, возможность изготовления вибратора небольших габаритных размеров, упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления петлевого вибратора. Петлевой вибратор сформирован изогнутыми проводниками с образованием двух ромбических ячеек из двух отрезков коаксиального кабеля, при этом один отрезок коаксиального кабеля формирует две смежные стороны одной ромбической ячейки, а другой отрезок коаксиального кабеля формирует вторую ромбическую ячейку и две другие смежные стороны первой ромбической ячейки. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано как в качестве самостоятельной приемопередающей антенны, так и в качестве излучающего элемента антенных систем различных радиотехнических комплексов. Преимущественно, заявляемый вибратор предназначен для использования в составе облучателя зеркальных антенн радиорелейных станций специального и общетехнического назначения. Причем, предпочтительно использовать заявляемое решение для вибраторов, работающих в сантиметровом диапазоне длины волны.

Уровень техники

Известна конструкция рамочной антенны (см. патент RU 2054764, МПК H01Q 7/00, опубл. 20.02.1996), которая выполнена из двух отрезков коаксиального кабеля, каждый из которых образует, по меньшей мере, один виток. Витки кабеля намотаны в противоположном направлении относительно друг друга. На первых концах каждого отрезка кабеля между центральным и внешним проводниками включены нагрузки, а внешние проводники соединены накоротко, причем это место соединения является средней точкой антенны и может заземляться. На других концах – центральный и внешний проводники одного отрезка кабеля соединены соответственно с внешним и центральным проводниками другого отрезка.

Антенна по патенту 2054764 предназначена для измерения переменных и импульсных магнитных полей в условиях больших электрических помех и не может выполнять функцию направленной приемопередающей антенны в диапазоне сантиметровых волн.

Известна антенна (см. описание изобретения к патенту RU 2231179, МПК H01Q 7/00, опубл. 20.06.04), содержащая отрезок коаксиального кабеля, часть которого выполнена в виде петли, расположенной в плоскости, параллельной электропроводному основанию, а концы петли загнуты и ортогональны электропроводному основанию, при этом участки коаксиального кабеля между петлей и загнутыми концами расположены в плоскости петли. Центральный проводник упомянутого отрезка коаксиального кабеля, с одного его конца, предназначен для подключения к генератору или приемнику, а оплетка с другого конца отрезка подключена к электропроводному основанию. Согласно вышеуказанному изобретению форма петли может быть близка к овалу, или может быть выполнена с дополнительными изгибами в плоскости расположения петли, формирующими волнистую или меандрообразную линию. Техническое решение по патенту 2231179 может быть использовано в антенно-фидерных устройствах, когда приемопередатчик установлен на подвижном объекте, например автомобиле, судне и т.п., и направлено на устранение асимметрии диаграммы направленности антенны в Е и Н плоскостях поляризации, на уменьшение высоты антенны и упрощение ее конструкции по сравнению с аналогичной антенной, выполненной из коаксиального кабеля с формированием Г-образных излучающих элементов.

Однако конструкция такой антенны, так же как и выше охарактеризованного аналога, характеризуется невысокими направленными свойствами, причем предназначена такая антенна для работы в диапазоне волн с относительно большой длиной.

Высоким коэффициентом направленного действия и способностью работы в широком диапазоне частот, в том числе, и в диапазоне СВЧ, обладают зигзагообразные антенны с отражающими экранами.

Известно техническое решение зигзагообразной антенны по патенту SU 1617501 (МПК H01Q 19/00, опубл. 30.12.90). Указанное решение содержит прямоугольный металлический экран, размеры которого больше или равны × (где – рабочая длина волны), и два идентичных зигзагообразных ленточных проводника, расположенных в плоскости, параллельной плоскости упомянутого экрана. Зигзагообразные проводники образуют две ромбовидные секции, имеющие общую ось симметрии, причем плоскость зигзагообразных ленточных проводников совмещена с внешней поверхностью диэлектрической пластины, установленной между проводниками и экраном, параллельно последнему. Длина и ширина диэлектрической пластины равна соответствующим размерам металлического экрана, и на обеих ее сторонах выполнены дополнительные ленточные проводники, параллельные оси симметрии зигзагообразных проводников. Ромбовидные секции зигзагообразных ленточных проводников возбуждаются синфазно питающим коаксиальным кабелем, внутренний проводник которого подключен к середине одного зигзагообразного ленточного проводника, а внешний проводник – к середине другого зигзагообразного ленточного проводника. При этом коаксиальный кабель пропущен вдоль двух сторон одной из ромбовидных секций.

В антенне по патенту SU 1617501, электромагнитные поля, обусловленные токами в периодической структуре дополнительных ленточных проводников, выполненных на поверхности диэлектрической пластины, компенсируют изменение реактивных электромагнитных полей, возникающих при уменьшении высоты расположения зигзагообразных ленточных проводников под прямоугольным металлическим экраном, при этом наличие между дополнительными ленточными проводниками щелей, возбуждаемых током зигзагообразных проводников и сильно взаимосвязанных по полю, обеспечивает более равномерное амплитудное распределение в апертуре предлагаемой зигзагообразной антенны. Эти факторы способствуют увеличению коэффициента усиления антенны по сравнению с известными антеннами-аналогами и возможности выполнения антенны с небольшими габаритами.

Однако процесс изготовления ленточного излучателя антенны, конструкция которой представлена в описании к патенту SU 1617501, характеризуется многооперационной технологией и требует соответствующего оборудования, что существенно повышает себестоимость изделия, что не всегда является целесообразным.

В качестве прототипа заявляемого технического решения принята конструкция диапазонной антенны (см. книгу: В.П.Кисмерешкин. Телевизионные антенны для индивидуального приема. 2-е изд. М., Радио и связь, 1982, стр.27-37, 77), петлевой вибратор которой сформирован зигзагообразными излучателями, формирующими две ромбовидные ячейки, обращенные друг к другу незамкнутыми вершинами, через которые проходит общая для ячеек ось симметрии. Излучатели выполнены из трубы диаметром 22 мм (см. стр.36 вышеуказанного источника). Вдоль смежных сторон одной из ромбовидных ячеек, внутри образующей эту ячейку трубы, пропущен кабель питания – коаксиальный кабель, внутренний проводник которого соединен с серединой одного зигзагообразного проводника, т.е. с его изгибом в зоне обращенных друг к другу вершин ромбов, а внешний проводник соединен в этой же зоне с другим зигзагообразным проводником.

Конструкция вибратора, принятого за прототип, характеризуется простотой изготовления. При этом, за счет получения направленной диаграммы в плоскости, перпендикулярной продольной оси вибратора, он характеризуется повышенным, по сравнению с обычным полуволновым вибратором, коэффициентом направленного действия. Это предопределило широкое использование антенн на основе вышеуказанных вибраторов в метровом и дециметровом диапазонах волн. Однако антенны такой конструкции характеризуются сложностью согласования. Использование излучателя в виде трубы с заведенным внутрь кабелем приводит к появлению «паразитных» реактивностей, ухудшающих согласование, что особенно проблематично для антенн, предназначенных для работы в сантиметровом диапазоне волн.

Раскрытие изобретения

Заявляемым изобретением решается задача улучшения согласования с одновременным упрощением технологии изготовления и сборки вибратора с симметричным возбуждением.

Поставленная задача решена за счет того, что в петлевом вибраторе, сформированном изогнутыми проводниками с образованием двух ромбических ячеек, обращенных друг к другу вершинами ромбов, через которые проходит их общая, совпадающая с диагональю каждого ромба ось симметрии, содержащем первый отрезок коаксиального кабеля, проложенный вдоль смежных сторон одной из ромбических ячеек по одну сторону от упомянутой оси симметрии, один конец которого является входом вибратора, согласно заявляемому изобретению, внешний проводник упомянутого первого отрезка коаксиального кабеля использован в качестве проводника петлевого вибратора, другие изогнутые проводники, формирующие вторую ромбическую ячейку и две другие смежные стороны первой ромбической ячейки, зеркальные сторонам, сформированным первым отрезком, выполнены из второго отрезка коаксиального кабеля, при этом выход центрального проводника первого отрезка кабеля соединен с внешним проводником второго отрезка кабеля на участке его изгиба в центральной части вибратора и образует первую точку его запитки, выход внешнего проводника первого отрезка кабеля соединен с входом внешнего проводника второго отрезка кабеля, образуя вторую точку запитки вибратора, а выход внешнего проводника второго отрезка кабеля соединен с внешним проводником первого отрезка на его входе.

Техническим результатом заявляемого изобретения является достижение согласования, возможность изготовления вибратора небольших габаритных размеров, что должно быть необходимо для излучателя, предназначенного для работы в сантиметровом диапазоне длин волн, упрощение конструкции и повышение технологичности изготовления петлевого вибратора.

При конкретной реализации заявляемого технического решения является предпочтительным размещение изогнутых проводников, формирующих ромбические ячейки, на поверхности диэлектрической пластины. Это обеспечит жесткость конструкции вибратора и расположение ячеек в одной плоскости.

Для повышения уровня согласования вибратор содержит два шлейфа, каждый из которых выполнен в виде дугообразно изогнутой металлической ленты с Г-образным ответвлением. Шлейфы размещены симметрично относительно общей оси ромбических ячеек с направлением выпуклостей дуг к центру вибратора и с ориентацией Г-образных ответвлений внутрь соответствующей ромбической ячейки, причем отгибы Г-образных ответвлений противоположно направлены относительно друг друга. Концы шлейфов гальванически соединены с изогнутыми проводниками на участках, формирующих внешние стороны ромбических ячеек, причем концы одного шлейфа соединены с внешним проводником второго отрезка кабеля, а концы другого шлейфа соединены: один конец – с внешним проводником второго отрезка кабеля, а второй конец – с внешним проводником первого отрезка кабеля.

Краткое описание чертежей

Сущность заявленного изобретения поясняется следующими чертежами, на которых:

на фиг.1 схематично представлен общий вид заявляемого петлевого вибратора, размещенного на поверхности диэлектрической пластины;

на фиг.2 – вид петлевого вибратора, изображенного на фиг.1 с обратной его стороны и без диэлектрической пластины (вид со стороны крепления шлейфов);

на фиг.3 – сечение А-А на фиг.1;

на фиг.4 – фрагмент I на фиг.1;

на фиг.5 – сечение В-В на фиг.4;

на фиг.6 – сечение С-С на фиг.2.

Осуществление изобретения

Заявляемый петлевой вибратор может быть воспроизведен промышленным способом с использованием любой из известных марок радиочастотного коаксиального кабеля, имеющего сплошной медный экран и соответствующие электрические характеристики.

Петлевой вибратор, конструкция которого представлена на иллюстрирующих заявляемое решение чертежах, содержит изогнутые проводники, формирующие полотно вибратора в форме двух ромбических ячеек Q и G, обращенных друг к другу незамкнутыми вершинами ромбов в центральной части вибратора. Через эти и через противолежащие вершины ромбов проходит общая для обеих ячеек Q и G ось симметрии L, совпадающая с диагоналями упомянутых ромбических ячеек. Изогнутые проводники вибратора образованы двумя отрезками коаксиального кабеля: первым отрезком 1, который формирует две смежные стороны ромбической ячейки G, расположенные по одну сторону от упомянутой оси симметрии L; и вторым отрезком 2, который формирует полностью вторую ромбическую ячейку Q и две смежные стороны первой ромбической ячейки G, которые являются зеркальными вышеупомянутым смежным сторонам этой ячейки G, образованным отрезком 1 коаксиального кабеля. Отрезок 1, одним концом K₁ являющийся входом вибратора, подсоединен к приемопередатчику, в частности к генератору СВЧ-мощности. Другим концом К₂ (см. фиг.5) отрезок 1 соединен с отрезком 2 коаксиального кабеля в центральной части вибратора, при этом выход центрального проводника отрезка 1 (т.е. жилы коаксиального кабеля) соединен с внешним проводником (т.е. с медным экраном коаксиального кабеля) отрезка 2 на участке его изгиба в центральной части вибратора, образуя таким образом первую точку 3 запитки вибратора. Внешний проводник (экран) отрезка 1 на его конце К₂ соединен с внешним проводником отрезка 2 на его входе, образуя вторую точку 4 запитки вибратора. Второй конец внешнего проводника отрезка 2 соединен с внешним проводником отрезка 1 на его входе – точка 5. Таким образом, внешний проводник отрезка 1 коаксиального кабеля, являющегося питающим кабелем вибратора, является экраном этого кабеля и одновременно выполняет функцию излучающего элемента петлевого вибратора, что позволяет улучшить его согласование и симметричность возбуждения.

Является целесообразным, с целью повышения конструктивной прочности изделия и технологичности его изготовления, вибратор с проводниками, изготовленными из двух отрезков коаксиального кабеля, выполнить с размещением этих проводников на поверхности диэлектрической пластины 6. В качестве такой пластины могут быть использованы, в частности, пластина из материала на основе полистирола. На фронтальной поверхности пластины выполняют канавки, повторяющие контур ромбических ячеек вибратора, в которые размещают отрезки коаксиального кабеля. Соединяют проводники между собой широко распространенным в производстве антенн гальваническим способом.

Для улучшения согласования к внешним проводникам отрезка 1 и отрезка 2 коаксиального кабеля присоединены замыкающие шлейфы 7 и 8, выполненные в виде дугообразно изогнутых металлических лент или металлических полос. Шлейфы расположены симметрично относительно общей оси L ромбических ячеек с направлением выпуклостей дуг к центру вибратора. Выполнены шлейфы с согласующими неоднородностями в виде Г-образных ответвлений 9 и 10, ориентированных внутрь соответствующей ромбической ячейки, причем отгибы Г-образных ответвлений противоположно направлены один относительно другого. Концы шлейфа 7 гальванически соединены с внешним проводником отрезка 2 коаксиального кабеля на участках, соответствующих внешним сторонам ромбических ячеек G и Q. Концы шлейфа 8 гальванически соединены: один с внешним проводником отрезка 2 кабеля на участке, соответствующем внешней стороне ячейки Q, а второй – с внешним проводником первого отрезка 1 кабеля на участке, соответствующем внешней стороне ячейки G.

Вибратор работает следующим образом.

Сигнал, поданный на вход 1, по центральной жиле отрезка 1 коаксиального кабеля подается в точку запитки 3 вибратора. Сигнал по внешнему проводнику кабеля 1 подается в точку запитки 4 вибратора, при этом строго выполняются условия симметричного согласования. При работе вибратора в качестве передающей антенны, на внешних проводниках отрезков 1 и 2 коаксиального кабеля возбуждаются токи, излучающие энергию в пространство на заданной частоте.

Использование жесткого коаксиального кабеля с медным экраном в качестве излучающего элемента вибратора и одновременно в качестве элемента, подводящего энергию к точке запитки (а не только в качестве питающего кабеля, размещенного в трубчатом проводнике, как это имеет место в известных решениях), не требует радиогерметичного выхода кабеля из трубы для сохранения стабильности параметров при эксплуатации. При этом значительно упрощается технология изготовления вибратора.

Экспериментально было установлено, что вибратор, выполненный согласно вышеописанной конструкции, в диапазоне частот 1,5-1,85 ГГц, обеспечивает хорошее согласование в 50-омном тракте.

Формула изобретения

1. Петлевой вибратор, сформированный изогнутыми проводниками с образованием двух ромбических ячеек, обращенных друг к другу незамкнутыми вершинами ромбов в центральной части вибратора, через которые проходит их общая, совпадающая с диагональю каждого ромба ось симметрии, содержащий первый отрезок коаксиального кабеля, проложенный вдоль смежных сторон одной из ромбических ячеек по одну сторону от упомянутой оси симметрии, один конец которого является входом вибратора, подсоединенным к генератору или приемнику, отличающийся тем, что внешний проводник упомянутого первого отрезка коаксиального кабеля использован в качестве одного из изогнутых проводников вибратора, другие изогнутые проводники, формирующие вторую ромбическую ячейку и две другие смежные стороны первой ромбической ячейки, зеркальные сторонам, сформированным первым отрезком, выполнены из второго отрезка коаксиального кабеля, при этом выход центрального проводника первого отрезка кабеля соединен с внешним проводником второго отрезка кабеля на участке его изгиба в центральной части вибратора и образует первую точку его запитки, выход внешнего проводника первого отрезка кабеля соединен с входом внешнего проводника второго отрезка кабеля, образуя вторую точку запитки вибратора, а выход внешнего проводника второго отрезка кабеля соединен с внешним проводником первого отрезка на его входе.

2. Вибратор по п.1, отличающийся тем, что изогнутые проводники, формирующие ромбические ячейки, размещены на поверхности диэлектрической пластины.

3. Вибратор по п.1, отличающийся тем, что он содержит два шлейфа, выполненные каждый в виде дугообразно изогнутой металлической ленты с Г-образным ответвлением, расположенные симметрично относительно общей оси ромбических ячеек с направлением выпуклостей дуг к центру вибратора и с ориентацией Г-образных ответвлений внутрь соответствующей ромбической ячейки, причем отгибы Г-образных ответвлений противоположно направлены, при этом концы шлейфов гальванически соединены с изогнутыми проводниками на участках, формирующих внешние стороны ромбических ячеек, и концы одного шлейфа соединены с внешним проводником второго отрезка кабеля, один конец другого шлейфа соединен с внешним проводником второго отрезка кабеля, а второй его конец соединен с внешним проводником первого отрезка кабеля.

РИСУНКИ