Щелевая антенна

Щелевая антенна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к антеннам. Цель изобретения - увеличение и стабилизация действующей высоты - достигается введением компенсирующего электрода, изолированного от рабочего электрода и экранирующей ванны, а также выполнением антенного усилителя в виде повторителя напряжения и соответствующим его подключением .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Н 01 Q 9!28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 (лЭ

О 4

О (21) 4808925/09 (22) 02.04.90 (46) 30.04.92. Бюл. Rh 16 (71) Институт космофизических исследований и распространения радиоволн Дальневосточного отделения АН СССР ,72) С.Г. Долгополов (53) 621.396,67(088.8) (56) Wan А. О, И F Radio Engineering, N.Y.: Pergamon, 1967, р. 576f, Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенно-фидерным устройствам, и может быть использовано как невыступающие приемные средневолновые антенны в средствах связи на движущихся объектах, например на самолетах, Известна конструкция щелевой антенны, представляющая собой вырезанное в обшивке самолета отверстие произвольной формы, которое закрывается диэлектрической пластиной заподлицо с обшивкой, а к внутренней поверхности пластины крепится рабочий электрод, подобный по форме отверстию, но меньшего размера. Принимаемое электромагнитное поле, электрический вектор которого перпендикулярен проводящей поверхности фюзеляжа самолета, возбуждает между рабочим электродом и обшивкой самолета разность потенциалов, которая и является выходным напряжением щелевой антенны. Для того, чтобы на параметры этой антенны не оказывали влияние предметы, расположенные внутри фюзеляжа самолета, под вырезанным отверстием устанавливается металлическая ванна. Потенциал рабочего

» SU, 1730701 А1 (54) ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА (57) Изобретение относится к антеннам.

Цель изобретения — увеличение и стабилизация действующей высоты — достигается введением компенсирующего электрода, изолированного от рабочего электрода и экранирующей ванны, а также выполнением антенного усилителя в виде повторителя напряжения и соответствующим его подключением, электрода снимается с помощью проводника, прикрепленного к нему в центральной его части и выходящему через изолятор в центре днища ванны. Рабочий электрод данной антенны опущен в ванну на величину толщины диэлектрической пластины, что приводит к значительному уменьшению ее действующей высоты вследствие экранирующего влияния ванны. Собственный импеданс этих "электрически коротких" антенн вследствие малости их геометрических размеров по отношению к длине волны принимаемого поля определяется в основном большим емкостным сопротивлением Хс =

= 1! м Са, где Са — собственная емкость антенны. Из условия исключения шунтирующего воздействия сопротивлением изолятора R<> должно выполняться неравенство

Rgg» Xc, что означает предъявление высоких требований к материалу изолятора и чистоте его поверхности.

Приведенная конструкция антенны не обеспечивает стабильности ее действующей высоты как вследствие гальванических утечек через загрязненную внутреннюю поверхность изолятора, так и возникновения

1730701

45

55 экранирующето эффекта при загрязнении

его внешней поверхности, Кроме того, значительная площадь диэлектрической пластины отрицательно сказывается на прочности антенны при воздействии на нее термических и механических нагрузок.

Наиболее близкой к предлагаемой является антенна, состоящая из изолированной от остальной обшивки части произвольной формы, например в виде диска, которая является рабочим электродом антенны. Под изолятором и рабочим электродом располагается проводящая ванна. Сигнал через центральный электрод соединительной коаксиальной линии, проходящей через днище ванны, подается с рабочего электрода антенны на входной зажим антенного усилителя, внешний электрод этой линии является общим и соединяется с корпусом. За счет расположения рабочего электрода на уровне обшивки самолета действующая высота такой антенны больше чем у предыдущей, а сведение площади диэлектрической пластины к площади кольца увеличивает ее термическую и механическую прочность, К недостаткам антенны относятся высокие требования к материалу и чистоте поверхности изолятора для исключения токов утечки, а также наличие значительных шунтирующих емкостей в виде емкости между рабочим электродом и ванной, а также погонной емкости соединительной коаксиальной линии, что приводит к уменьшению ее действующей высоты.

Цель изобретения — увеличение действующей высоты щелевой антенны и повышение ее стабильности, Поставленная цель достигается тем, что в щелевой антенне, содержащей рабочий электрод, который размещен заподлицо с проводящей поверхностью и отделенный от нее изолятором, экранирующую ванну под рабочим электродом, коаксиальный фидер, соединяющий рабочий электрод с входом антенного усилителя, дополнительно введен компенсирующий электрод, изолированный от рабочего электрода и экранирующей ванны, охватывающий рабочий электрод со стороны экранирующей ванны и с торцов, который соединен посредством изолированного от экранирующей ванны внешнего проводника коаксиальной линии, размещенной в экране, с выходом антенного усилителя, причем антенный усилитель выполнен в виде повторителя напряжения. С целью уменьшения емкости между рабочим электродом и компенсирующим дно компенсирующего электрода может быть выполнено в виде сетки, 5

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой антенны; на фиг. 2 — рабочий и компенсирующий электроды.

Щелевая антенна состоит из проводящей обшивки 1 самолета, в которой расположен ее изолированный участок, например в виде плоского диска 2, компенсирующего электрода 3, изолятора 4, ванны 5, коаксиальной соединительной линии 6, экрана 7, антенного усилителя 8 и его экрана 9.

Рабочий электрод 2 щелевой антенны представляет собой проводящую часть обшивки 1 самолета, например в виде плоского диска. В изоляторе 4 располагается компенсирующий электрод 3 в виде малой ванны, охватывающий рабочий электрод 2 с нижней и боковой поверхностей и расположенный в непосредственной близости от него, Под системой электродов и изолятором находится ванна 5, конструктивно соединенная своей верхней кромкой с обшивкой 1, Центральным электродом коаксиальной линии 6, проходящей через отверстие в ванне 5 и компенсирующего электрода 3, соединяются рабочий электрод

2 с входом антенного усилителя 8, выполняющего функцию повторителя напряжения с коэфициентом усиления, предельно близким к единице, высоким входным R x, малым выходным сопротивлением Retax и малой входной емкостью С><. Выход повторителя напряжения через внешний изолированный электрод соединительной линии 6 соединен с компенсирующим электродом 3. При расположении антенного усилителя 8 на удалении от антенны соединительная коаксиальная линия располагается в трубчатом экране 7, соединяющем ванну 5 с заземленным экранирующим корпусом антенного усилителя 9. B случае закрепления корпуса

9 антенного усилителя 8 непосредственно на ванне 5 антенны переходной экран 7 соединительной линии отсутствует.

В предлагаемой щелевой антенне применена компенсация емкостной и гальванической утечек между рабочим электродом и ванной, а также между центральным и внешним электродами соединительной линии.

Для строгого расчета самолетной щелевой антенны необходимо решить граничную электродинамическую задачу, Однако, если размеры самолета и размеры антенны, установленной на самолете, много меньше длины волны, то решение этой электродинамической задачи можно в первом приближении заменить решением соответствующей квазистатистической задачи. В случае отсутствия компенсирующего электрода под воздействием напряженности Е(т) 1730701 принимаемого поля на рабочем эелктроде 2 щелевой антенны будет индукцироваться заряд q(t) = еоЯвЕ(т), где ео — диэлектрическая проницаемость вакуума, а Ss— эквивалентная площадь антенны, пред- 5 ставляющая величину площади ее рабочего электрода, перпендикулярной вектору электрической индукции D(t) = epE(t). При этом рабочий электрод принимает некоторый изменяющийся от времени потенциал 10 ,р(,)

С Св+Сн+Сл+ -вх где С вЂ” суммарная емкость нагруженной щелевой антенны;

Св и Сн — собственная емкость рабочего электрода в его верхней и нижней полусферах соответственно:

Сл и Свх — шунтирующая емкость соеди- 20 нительной линии 6 и входной цепи антенного усилителя 8 соответственно.

Активное шунтирующее сопротивление входной цепи антенного усилителя 8 здесь не учитывается, так как для диапазона час- 25 тот, в котором используется данная конструкция щелевой антенны, его входная цепь удовлетворяет неравенству Rsx >> Xsx =

= 1/ ж Свх. В то же время потенциал рабочего электрода антенны можно записать и че- 30 рез ее действующую высоту h:. B виде p(t) =

= h, E(t), Приравнивая эти два выражения для потенциала рабочего электрода антенны, находим выражения ее эффективной площади:

h >C

При наличии компенсации в щелевой антен- 40 не потенциал его рабочего электрода 2 центральным электродом соединительной линии 6 передается на вход антенного усилителя 8. В случае соблюдения условия и> г» 1, где т = Rsx(Cs + Csx) — постоянная времени нагруженной щелевой антенны с компенсацией, то на выходе антенного усилителя 8 возникает усиленное по мощности, синфазное с входным и повторенное по величине напряжение Vssix(t). Это выходное напряжение попадается на внешний изолированный электрод соединительной линии

6 и компенсирующий электрод 3. В этом случае потенциал рабочего электрода, компенсирующего и внешнего электрода сое- 55 динительной линии оказываются равными, поэтому емкостные токи и гальванические токи утечки между ними будут отсутствовать, что соответствует компенсации емкостей Сн и Сл, а также стабильно высокому сопротивлению изоляции между ними, Величины же емкостного и активного сопротивлений между компенсирующим электродом 3, внешним электродом соединительной линии 6 относительно корпуса 1 не ухудшают характеристики антенны, так как они включены параллельно низкому выходному сопротивлению антенного усилителя 8. Применяя компенсацию к существующей щелевой антенне с некоторой эквивалентной площадью рабочего электрода Ss получаем следующее для нее выражение: (2) S где h » — действующая высота антенны с компенсацией.

Приравнивая выражения (1) и (2), находим для действующей высоты щелевой антенны с компенсацией ее значение

,= (1+ н+С ).

Св + Свх (3) Из выражения (3) следует, что у» > hp u определяется как действующей высотой

hq антенны без компенсации, так и эффектом от компенсации, выражающимся в отношении емкостей второго слагаемого. Для плоского круглого рабочего электрода в ще1 левой антенне Св = — Св, где Св-собственная емкость этого электрода в отсутствии ванны под ним, которую с достаточной точностью можно определять по формуле (1):

Са = 8.88 V p О1 (1 + y) x

2)10- (Ф), x f fn

1 — y где D — внутренний диаметр щели в метрах;

Ог — внешний диаметр щели в метрах;

1 = 01Иг.

Величину Сн такой щелевой антенны можно определить по формуле

С =С

h где е —. относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей полость ванны;

S — площадь рабочего электрода;

h — глубина ванны.

1730701

Л к Сн + Сл и,: Св+Свх (4) 50

Анализируя выражение (3), можно определить требования и к конструктивным особенностям щелевой антенны с компенсацией. Необходимо отметить, что это выражение отражает только электрическую компенсацию емкостей Сн и С>, но не отражает изменение ее параметров, обусловленных конструктивными в ней изменениями. Введение компенсирующего электрода, который является эквипотенциальным рабочему электроду, можно рассматривать вместе с ним как единый электрод. Увеличение диаметра компенсирующего электрода или уменьшение его высоты в полости ванны не вызывает изменения в электрической компенсации Сн и Сл, но приводит к уменьшению hi по формуле (3). Поэтому, с точки зрения получения максимальной величины Ь>, необходимо конструктивно компенсирующий электрод приблизить к рабочему электроду, Но, с другой стороны, это может привести к увеличению нестабильности работы этой щелевой антенны по причине малой величины зазора в изоляторе между электродами и увеличением емкости между ними. Поэтому флуктуация коэффициента передачи К(со ) повторителя напряжения относительно единицы может приводить либо к шунтированию рабочего электрода антенны при

К(а) < 1 через малое выходное сопротивление повторителя, либо при К(й)) > 1 привести к его самовозбуждению, Из этого следует, что при введении компенсирующего электрода в конструкцию щелевой антенны предельно малый зазор между электродами определяется степенью устойчивости работы повторителя напряжения. С целью уменьшения взаимной емкости между рабочим и компенсирующими электродами дно компенсирующего электрода может выполняться в виде сетки 10 (фиг. 2).

Введение в конструкцию известной щелевой антенны элементов компенсации с предельно допустимым зазором между рабочим и компенсирующим электродами дает одинаковые величины S3. Отсюда из выражения (3) находим отношение

Отсюда следует, что при любых значениях, 10 входящих в выражение (4) емкостей, оно будет больше единицы, Для существующих щелевых антенн применение компенсации позволяет получать увеличение действующей высоты h>/h = 4 — 6, т.е, в 4 — 6 раз, 15 Увеличение стабильности действующей высоты антенны с компенсацией обуславливает ее невосприимчивость к степени загрязнения изолятора.

20 Формула изобретения

1. Щелевая антенна, содержащая рабочий электрод, размещенный заподлицо с проводящей поверхностью и отделенный от

25 нее изолятором, экранирующую ванну под рабочим электродом, коаксиальный фидер, соединяющий рабочий электрод с входом антенного усилителя, отличающаяся тем, что, с целью увеличения и стабилиза30 ции действующей высоты, введен компенсирующий электрод, изолированный от рабочего электрода и экранирующей ванны, охватывающий рабочий электрод со стороны экранирующей ванны и с торцов, кото35 рый соединен посредством изолированного от экранирующей ванны внешнего. проводника коаксиальной линии, размещенной в экране, с выходом антенного усилителя, причем антенный усилитель выполнен в ви40 де повторителя напряжения, 2, Антенна по и, 1, отличающаяся тем, что дно компенсирующего электрода выполнено сетчатым.

1730701

Составитель С.Долгополов

Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор Э.Слиган

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1516 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5