Биконическая антенна
Реферат
Использование: широкодиапазонные антенны ОВЧ-УВЧ-диапазона, например, для судовых систем радиосвязи. Сущность изобретения: в биконической антенне шунты, соединяющие кромки основания конусов, состоят из отрезков проводников, выполненных из двух равных частей. Верхние части смещены относительно нижних на угол 360/2N, где N - число шунтов, и соединены между собой проводящими перемычками, расположенными в плоскости, проходящей через общую вершину конусов перпендикулярно их оси. 4 ил.
Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкодиапазонным антеннам.
Известны дипольные антенны, состоящие из цилиндрических проводников (см. , например, Фрадина А. З. , Антенно-фидерные устройства, М.: Связь. 1977). Эти антенны имеют круговую диаграмму направленности в плоскости Н в широком диапазоне частот, но при этом узкополосны по согласованию с фидером. Известны также шунтовые вибраторы, два плеча которых шунтированы третьим проводником. Эти антенны имеют круговые диаграммы направленности в плоскости Н, шунт антенны обеспечивает грозозащиту, повышает электромагнитную совместимость, но при этом коэффициент перекрытия шунтовых вибраторов по частоте не превышает 3:1. Известна биконическая антенна, которая состоит из двух металлических конусов, соединенных вершинами. Указанная антенна имеет удовлетворительные характеристики в широком диапазоне частот ( 6:1, ДН в плоскости Н - круговая, КБВ > 0,3). Но биконическая антенна имеет большие объемные габариты (продольные размеры около 0,3 max), не имеет грозозащиты, верхний конус держится на изоляторе, что затрудняет выполнение механически прочной конструкции. Для уменьшения габаритов примерно на 20%, обеспечения грозозащиты, повышения ЭМС и прочности конструкции биконус часто используют с шунтом. При этом шунт не портит согласования на более высоких частотах, но его присутствие - искажает ДН в плоскости Н при увеличении частоты, что ограничивает рабочий диапазон антенны до значений 3:1. Известна также биконическая антенна, выбранная в качестве прототипа, содержащая N шунтов, расположенных между основаниями конусов по окружности с угловым интервалом = параллельно оси вибратора. Недостатком такой конструкции является возрастание суммарной проводимости шунтов, которое приводит к ухудшению рабочего диапазона частот. Требуемое уменьшение поперечного сечения шунта не всегда возможно по конструктивным соображениям. Цель изобретения - расширение рабочего диапазона частот. Это достигается тем, что в биконической антенне, содержащий N шунтов, расположенных между основаниями конусов по окружности с угловым интервалом = параллельно оси вибратора, каждый из N шунтов разделен на две части, при этом отрезки шунтов, соединенные с верхним конусом, смещены вокруг оси антенны на угол =/2 относительно отрезков шунтов, соединенных с нижним конусом. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенная антенна отличается тем, что каждый из N шунтов разделен на две части, кроме того, отрезки шунтов верхней части смещены на угол =/2, относительно отрезков шунтов нижней части. Таким образом, предложенная антенна соответствует критерию "новизна". Указанные признаки известны, но свойства, которые благодаря им приобретает изобретение, приводят к расширению верхней части рабочего диапазона, что обеспечивает получение положительного эффекта и дает основание сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". Разделение каждого из N шунтов на две части и расположение этих 2N частей равномерно по окружности оказывается эквивалентным по своему влиянию на диаграмму направленности в плоскости Н увеличению числа шунтов в 2 раза и, как следствие, расширению рабочего диапазона частот в два раза. На фиг. 1 схематически изображена известная антенна; на фиг.2 - предложенная антенна; на фиг. 3 - экспериментальные диаграммы направленности известной антенны в горизонтальной плоскости; на фиг.4 - экспериментальные диаграммы направленности предложенной антенны тех же габаритов. Верхнее 1 и нижнее 2 плечи антенны (см. фиг.1) выполнены в виде одинаковых металлических конусов, ориентированных вершинами друг к другу. Основания конусов 1 и 2 соединены N шунтами 3, расположенными по окружности с угловым интервалом = параллельно оси вибратора. К вершине конусов 1 и 2 подключен генератор 4. В предложенной антенне (см.фиг.2) каждый шунт разделен на две части 5 и 6 и соединен проводящими перемычками 7, при этом отрезки шунтов 5 смещены вокруг оси антенны на угол =/2 относительно отрезков шунтов 6. Работа предложенной и известной антенн была осуществлена на макетах, экспериментальные данные следующие. Геометрические параметры испытуемых антенн были одинаковы и соответственно равны: Угол при вершине конус o 90о Диаметр основания конуса D 375 мм Высота антенны 2h 375 мм Количество шунтов 3шт Диаметр шунта 60 мм Ширина кольца 6мм На фиг. 3 приведены ДН в плоскости Н известной антенны в диапазоне 233-1200 МГц. В низкочастотной части диапазона антенна имеет круговую диаграмму направленности. При повышении частоты, начиная с f = 800 МГц диаграмма направленности становится трехлепестковой с Еmin < <0,7Е, причем неравномерность увеличивается с увеличением частоты. Таким образом рабочий диапазон известной антенны ограничивается на низкой частоте малым значением КБВ, а на высокой частоте - неравномерностью диаграммы направленности. При этом получаем отношение крайних частот рабочего диапазона = = 3,2 . При этом предложенная антенна разделена на две части (допустим, на равные части). Очевидно, что диаграмма направленности в плоскости Н является результатом суперпозиции ДН верхней и нижней частей антенны. У известной антенны верхняя и нижняя части симметричны относительно поперечной плоскости, их индивидуальные диаграммы направленности одинаковы и совпадают с суммарной диаграммой направленности, приведенной на фиг.3. Если сместить нижнюю половину антенны вокруг оси на угол =/2, то на частотах f 800 МГц минимумы диаграммы направленности верхней части совпадут с максимумами диаграммы направленности нижней части, что в сумме дает равномерную диаграмму направленности в плоскости Н в более широком диапазоне, чем у известной антенны. О том, что этот положительный эффект реализуется на практике, свидетельствуют экспериментальные данные, приведенные на фиг.4. Равномерная ДН в плоскости Н у предлагаемой антенны сохраняется в диапазоне 193-1200 МГц (КБ > 0,3, начиная с частоты 193 МГц и выше). Отношение крайних частот рабочего диапазона предложенной антенны = > 6,2 . При одинаковых размерах известной и предложенной антенн рабочий диапазон расширен не только в сторону высоких, но и в сторону низких частот. Сдвиг в сторону низких частот в предлагаемом устройстве с частоты 233 МГц до 193 МГЦ обусловлен удлинением шунтов, т.е. за счет увеличения их индуктивности. Так как минимальные размеры антенны определяются максимальной длиной волны (max), то при одинаковых значениях max предложенная антенна может быть выполнена в = 1.21 раза (т.е. на 17,5%) меньше по габаритам, чем известная антенна. Таким образом, предложенное устройство по сравнению с известным имеет почти в 2 раза более широкий диапазон и на 18% меньшие габариты. Положительный эффект заключается в том, что предложенная антенна может заменить на подвижном объекте две-три антенны. Кроме того, одну антенну легче разместить на подвижном объекте и не ухудшить ее характеристики, чем две или три антенны. Благодаря высоким электрическим характеристикам и малым размерам антенна может найти широкое применение на судах в качестве многоцелевой совмещенной антенны ОВЧ-УВЧ-диапазона для радиосвязи с другими судами и самолетами.Формула изобретения
БИКОНИЧЕСКАЯ АНТЕННА, содержащая N шунтов, выполненных в виде отрезков проводника, соединяющих кромки оснований конусов, отличающаяся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот, отрезки проводника выполнены из двух равных частей, смещенных одна относительно другой на угол = 360 / 2N , расположенных с равным угловым смещением вокруг оси конусов и соединенных одна с другой посредством введенных проводящих перемычек, размещенных в плоскости, проходящей через вершину конусов перпендикулярно их оси.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4