Вибраторная антенна с емкостными включениями

Вибраторная антенна с емкостными включениями

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосной антенны для УКВ и КВ-радиостанций. Сущность изобретения: вибраторная антенна с емкостными включениями содержит отрезки проводника, соединенные между собой последовательно через емкостные нагрузки, при этом длина каждого отрезка проводника равна(0,1-0,2)Дтах, гдеЛпа - максимальная рабочая длина волны, а величина, каждой емкостной нагрузки сь ftMtin2/Lc, где Сь - распределенная индуктивность отрезка проводника. Предотвращение изменения диаграммы направленности в области высоких рабочих частот обеспечивается выбором длины каждого плеча 3/4 Amin, гдеЛт1п -длина волны, распространяющейся в плече на минимальной рабочей длине волны; 3 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 01 0 1/36

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Гн С Ф .R Ом а. (с" 1; с. (a м), (21) 4635522/09 (22) 10.01,89 (46) 07,04.93. Бюл. N. 13 (72) В,П.Киселев, В.Е.Федяев, Ю.B.Êèñåëåâ, А, В.Артемьев, и В, Г. Сайко (73) В,П.Киселев, В.Е,Федяев, А.В,Артемьев и В,Г.Сайка (56) Левин Б,M., Яковлев А.Д. Антенна с нагрузками как импедансный вибратор с переменным импедансом // Радиотехйика и электроника, — Вып.l, 1985 — прототип, (54) ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА С ЕМКОСТНЫМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ (57) Использование: изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосной антенны

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосной антенны для УКВ и КВ радиостанций, например как широкополосный симметричный диполь или как широкополосная штыревая антенна — несимметричный вибратор.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности вибраторной антенны с емкостными включениями путем расширения полосы рабочих частот, повышения коэффициента усиления антенны в области нижних частот и предотвращения изменения (развала) диаграммы направленности антенны на верхних рабочих частотах.

Изобретение поясняется фиг,1 — 3.

Для доказательства нового свойства рассмотрим однородную двухпроводную

5U, 1808153 АЗ для УКВ и КВ-радиостанций. Сущность изобретения: вибраторная антенна с емкостными включениями содержит отрезки проводника, соединенные между собой последовательно через емкостные нагрузки, при этом длина каждого отрезка проводника равна (0,1 — 0,2) 2max где knax — максимальная рабочая длина волны, а величина

КажДОй ЕМКОСтНОй НаГРУЗКИ Cb = C in /Lg, 2 где Cb — распределенная индуктивность отрезка проводника. Предотвращение изменения диаграммы направленности в области высоких рабочих частот обеспечи.вается выбором длины каждого плеча 3/4

knin, где Я п — длина волны, распространяющейся в плече на минимальной рабочей длине волны; 3 ил. длинную линию с включениями, эквивалентная схема которой имеет вид, показанный на фиг,2, От однородной линии без емкостных включений она отличается равномерно распределенной по асей длине емкостью

С, включенной последовательно в каждый элемент dx линии. При этом параметры та-. кой линии будут иметь размерность

Такое допущение об эквивалентности вибратора с сосредоточенными включениями вибратору с распределенными емкост-.

1808153

Z = (Rp + ) NLО + — ;-, Y = (Gp + )1лу СО) (2) 1

Я в

Ч

20 (P L, С, о

1 (8)

25 —, -((Ф= иР

Фазовая (электрическая) длина волны в таком случае будет равна

30 (4) где А- длина волны в свободном простран35 стве.

Из полученного выражения видно, что в двухсвязной линии с последовательно включенными емкостными вставками, распределенными равномерно по всей длине, 40 фазовая скорость зависит от частоты, т.е,в ней проявляется явление дисперсии.

Не сложно убедиться, что включение в линию последовательно распределенной реактивности индуктивного характера не

45 приведет к появлению дисперсионных свойств рассматриваемой системы, Именно этим, а не "трудностью создания отрицательной индуктивности", следует обьяснить отрицательный результат, полученный

50 В.M.Ëåâèíûì и А,Д,Яковлевым при исследовании индуктивных вставок.

Распределение тока вдоль линии с ем- . костными включениями будет носить до. вольно сложный характер и закон

55 распределения будет зависеть не только от величины емкостных включений, но и от того, на каком расстоянии от начала штыря установлена первая емкость, и от расстояния между каждой последующей емкостью

0Tдиаметры штыря, Однако. общеизвестно, ными включениями оказалось правомерным и используется многими авторами, Полное комплексное погонное сопротивление и полная комплексная проводимость такой линии соответственно примут вид, Решая телеграфные уравнения для линий, эквивалентная схема которой приведена на фиг.1, получим следующее выражение, определяющее постоянную распространения волны тока или напряжения:, j ZY=(Rî+ j O) Lо+ )

2 .1

J o) C(j (Gp + ) о)СО). (3) Для простоты рассмотрим случай, когда эквивалентные потери в линии соответствуют Ro = 0 и G —.— О, При этом постоянная распространения будет равна:

j = (jcuLp+ — и — )) (лу Со = ((л Là Со — ) .г 1, у Со

J (L) 8 Св

Видно. что в зависимости от частоты в постоянная распространения может быть величиной действительной, мнимой или равной нулю. По аналогии с волноводами, частоту, при которой постоянная распространения становится равной нулю, назовем критической частотой

j = ткМср 1 о Со + — =- 0 {5)

2 2, Со

Св

ОтКуда rrrrrr = или rrrrrr =

2 1 1 к. с. " j. c. (6)

Иначе говоря критическая частота рассматриваемой линии определяется величинами погонной индуктивности и включенной в линию последовательно емкости. Теперь, подставим значение критической частоты в выражение (5), имеем;

j=-)и (.c, — 2% (7)

ОР

Из полученного выражения видно, что на частотах ниже критической постоянной распространения будет величиной действительной, т.е. волна в двухпроводной линии с включениями распространяться не будет (как в волноводе). На частотах выше критической постоянная распространения будет величиной мнимой и следовательно будет определять только изменение фазы с распространяющейся волны. Именно явление дисперсии в двухпроводной линии с емкостными включениями и в частности наличием в такой системе передачи электромагнитной энергии критической частоты следует обьяснить тот факт. что 6 — метровый штырь, описанный в опытах В.М, Левина и А .Д.Яковлева практически не излучал энергии на частотах ниже 50 МГц.

Фазовая скорость в линии с емкостными вставками соответственно определится выражением т1ф = --и- — .. (9)

2я

1- (ллл„, )

1808153 что для вибраторных антенн синусоидапьное распределение тока вдоль вибратора более предпочтительно, чемлинейноубывающее и тем более экспоненциально убывающее, Больше того, распределение тока 5 вдоль вибратора с включениями постоянно только в узкой полосе частот, в широкой же полосе частот оно изменяется в зависимости от электрической длины вибратора.

Таким образом из вышеизложенного 10 можно определить признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа.

1, Количество емкостных включений в вибраторе должно быть таким, чтобы можно 15 было считать емкостные включения как бы равномерно распределенными вдоль эквивалентной двухсвязной линии передачи электромагнитной энергии, Практически оказалось можно принять длину каждой 20 секции меньше четверти рабочей длины волны на порядок {0,1-0,2) Япвх.

2. Величину емкостей включения следует выбирать из соображений обеспечения максимально возможной действующей дли- 25

Ны антенны, т.е. из соображений получения квазисинусоидального распределения тока вдоль вибратора, Это возможно лишь в случае, когда величина емкости включения С, выбрана равной или большей, чем величина 30 распределенной емкости каждой секции С>.

3, Длина плеча антенны должна быть меньше четверти максимальной рабочей длины волны и не более трех четвертей минимальной рабочей длины волны, Для ан- 35 тенны с емкостными включениями электрическая длина изменяется с изменением частоты с учетом дисперсионных свойств системы. При этом первое условие превращается в условие квазисинусоидаль- 40 ного распределения тока вдоль линии, обла,рающей дисперсией, и может быть записано, как условие пропорциональной, зависимости минимальной частоты от величины индуктивности секции вибратора и ем- 45 кости включения: в!и—

1 — й> р (10) -с Св 50

Откуда, величина емкости вставки равна

Св = гптпь / -с г

55 где, Ьс — распределенная индуктивность отрезка проводника, Выполнение этого соотношения обеспечит получение максимального коэффициента усиления антенн на нижних частотах, делая его не хуже, чем коэффициент усиления на нижних частотах вибраторной антенны без включений, Второе условие можно записать с учетом дисперсионных свойств системы, как условие равенства длины антенны с емкостными включениями трем четвертям длины минимальной рабочей волны.

При этом вместо длины волны в свободном пространстве следует брать фазовую длину волны в дисперсионной линии с емкостными включениями, определенную фОрмулой (9)

4 -(.4 )

Это соотношение определяет минимальную длину волны, при которой диаграмма направленности еще не изрезана. На более коротких волнах в диаграмме направленности появляются провалы.

Как видно из фиг.3 дисперсионные свойства проявляются активно при соотношении емкости секции и емкости включения

0,25...1. Следовательно, можно утверждать, что диапазон рабочих частот в котором будет выполняться вышеизложенные требования составит до 4 аЬ!и, ig>min Сс

= — =1...0.25

Ивах Св

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что антенна с емкостными включениями приобретает усиленное, количественное изменение) свойство, поскольку закономерность расширения полосы рабочих частот до сих пор не была известна, что соответствует критерию изобретения новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки (закономерности), отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлены штыревая антенна с емкостными включениями (фиг.1), эквивалентная схема однородной двухсвязной линии с емкостными включениями (фиг.2) и график зависимости дисперсионных свойств такой линии от ее- параметров (фиг.3);

Экспериментальные исследования позволили сделать вывод о том, что выполняя штыревую антенну из элементов, соответст1808153

/ /

Ы кциР Йй а торной антйнны rриспраделмной индукн8ноатыо

6 бекас ть включения Lg

Фал. 2 ной лр

cd a б

ЧЬг. 3

Составитель В,Сайко

Редактор Л. Волкова Тех ред М, Моргентал Корректор M,Àíäðóøåíêî

Заказ 1401 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 вующих заявляемым закономерностям, можно получить антенну с постоянными входным сопротивлением в диапазоне от 30 до 120 МГц с коэффициентом усиления не хуже, чем у четвертьволновой штыревой антенны и с диаграммой направленности, не имеющей провалов в указанном диапазоне частот, Выбор параметров штыревой антенны с емкостными включениями позволил не только расширить диапазон рабочих частот, но и управляу %арактеристиками антенны как в области низких, так и высоких рабочих частот.

Формула изобретения

1. Вибраторная антенна, содержащая плечи, каждое из которых выполнено из отрезков проводника, соединенных между собой последовательно через емкостные нагрузки, отличающаяся тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот и повышения коэффициента усиления в области низких рабочих частот, длина каждого

5 отрезка проводника выбрана порядка (0,1—

0,2) Апах, где 4пэх — максимальная рабочая длина волны, а величина каждой емкостной нагрузки выбрана равной Св = ахи/Lc, где

Lc — распределенная индуктивность отрезка проводника; в®,— частота, соответствующая минимальной рабочей длине волны, 2. Антенна по п,1, о тл и ч а ю ща я с я тем, что, с целью предотвращения изменения диаграммы направленности в области высоких рабочих частот, длина каждого плеча выбрана 3/4 knin, где4пь — длина волны, распространяющейся в плече на минимальной рабочей длине волны,