Широкополосная несимметричная вибраторная антенна

Широкополосная несимметричная вибраторная антенна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритных вибраторных антеннах для ведения радиосвязи и навигации как отдельная антенна, предназначенная для установки на борту летательного аппарата.

Известны конструкции антенн с включенными в разрыв токоведущего вибратора или имеющими с ним гальванический контакт активными сопротивлениями (патенты РФ №№2042991, 2046470, 2127477 и др.).

Недостатком известных антенн является их значительная геометрическая высота и малый КПД.

В известных конструкциях антенн их электрическая длина ограничена максимальной геометрической длиной токоведущего вибратора, кроме того, они имеют сложную конструкцию и низкую надежность, что затрудняет их практическое применение.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является несимметричная вибраторная антенна по патенту РФ №2168819, МПК H01Q 9/18, опубл. 30.08.1999, содержащая вертикальный вибратор, присоединенный к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, N прямолинейных проводников противовеса, присоединенных под углом к внешнему проводнику коаксиального кабеля, и N симметрично расположенных между ними прямолинейных проводников, присоединенных к вертикальному вибратору. В разрыв между основанием вертикального вибратора и точкой соединения с ним проводников включено согласующее устройство, выполненное из дискретных электронных элементов.

Указанная выше несимметричная вибраторная антенна обладает недостатком: высота вертикального вибратора составляет 0,125 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, что на частоте 30 МГц составляет 1,25 м. Применение такой антенны на борту летательного аппарата в большинстве случаев невозможно.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении габаритной высоты антенны при сохранении достаточной эффективности излучения.

Указанный технический результат достигается тем, что в широкополосной несимметричной вибраторной антенне, содержащей вертикальный вибратор, присоединенный к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, согласующее устройство, включающее первую и вторую индуктивности, катушку индуктивности, первый и второй резисторы, а также излучатель с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, согласно изобретению, вертикальный вибратор выполнен в виде прямоугольной пластины высотой 0,038 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, конструктивная емкость основания пластины выполняет функцию упомянутого излучателя, первая индуктивность, катушка индуктивности и второй резистор согласующего устройства образуют последовательно соединенную цепь, при этом свободный вывод первой индуктивности соединен с точкой соединения вертикального вибратора и внутреннего проводника коаксиального кабеля, свободный вывод второго резистора соединен с наружным проводником коаксиального кабеля, а последовательная цепь, состоящая из второй индуктивности и первого резистора, включена между внутренним проводником коаксиального кабеля и точкой соединения первой индуктивности и катушки индуктивности, причем первая и вторая индуктивности выполнены в виде индуктивных шлейфов, образованных конфигурированием прямоугольной пластины вертикального вибратора, а катушка индуктивности выполнена печатной.

Охарактеризованное указанными выше существенными признаками изобретение на дату подачи заявки не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".

Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".

Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с совокупностью отличительных признаков заявляемого изобретения, обеспечивающей достижение заявляемого технического результата, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена упрощенная конструктивная схема предлагаемой широкополосной несимметричной вибраторной антенны; на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема антенны.

Широкополосная несимметричная вибраторная антенна содержит вертикальный вибратор 1, выполненный в виде прямоугольной пластины из фольгированного стеклотекстолита, присоединенный к внутреннему проводнику 2 коаксиального кабеля, согласующее устройство, включающее первую 3 и вторую 4 индуктивности, выполненные в виде шлейфов, образованных конфигурированием прямоугольной пластины вертикального вибратора 1, печатную катушку 5 индуктивности, первый 6 и второй 7 резисторы.

Прямоугольная пластина вибратора 1 имеет высоту 0,038 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, при этом конструктивная емкость основания 8 пластины выполняет функцию излучателя с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.

Индуктивность 3, катушка 5 индуктивности и резистор 7 согласующего устройства образуют последовательно соединенную цепь. Свободный вывод индуктивности 3 соединен с точкой соединения вертикального вибратора 1 и внутреннего проводника 2 коаксиального кабеля, а свободный вывод резистора 7 соединен с заземленным наружным проводником коаксиального кабеля.

Последовательная цепь, состоящая из индуктивности 4 и резистора 6, включена между внутренним проводником 2 коаксиального кабеля и точкой соединения индуктивности 3 и печатной катушки 5 индуктивности.

Вертикальный вибратор 1 заключен в выполненный из диэлектрического материала обтекатель 9, закрепленный на наружной поверхности фюзеляжа летательного аппарата.

Широкополосная несимметричная вибраторная антенна работает следующим образом.

При подаче высокочастотного сигнала через коаксиальный разъем в диапазоне длин волн, которому соответствует геометрическая длина вертикального вибратора 1 от 0,038 λ до 0,1 λ, наиболее эффективно возбуждаются токи в контуре, образованном вертикальным вибратором 1, индуктивным шлейфом 3, катушкой индуктивности 5 и резистором 7. Незначительная часть высокочастотного сигнала в указанном диапазоне длин волн проходит через индуктивный шлейф 4 и резистор 6, поскольку сопротивление последнего превышает величину индуктивного сопротивления шлейфа 3. При этом, благодаря последовательному включению между плоскостью вертикального вибратора 1 и заземленным основанием 8 согласующего устройства, включающего индуктивный шлейф 3, катушку 5 индуктивности и резистор 7, в нижней части диапазона частот электрическая длина вертикального вибратора 1 превосходит его геометрическую длину, и, как следствие, повышается его эффективность по сравнению с несогласованным вибратором.

С ростом частоты высокочастотного сигнала в диапазоне длин волн, которому соответствует геометрическая длина вертикального вибратора 1 от 0,1 λ, до 0,25 λ, наиболее эффективно возбуждаются токи в контуре, образованном вертикальным вибратором 1, индуктивным шлейфом 4, резистором 6, катушкой индуктивности 5 и резистором 7, поскольку величина индуктивного сопротивления шлейфа 3 превосходит величину суммарного сопротивления цепочки, состоящей из элементов 4 и 6. При этом, благодаря последовательному включению между плоскостью вертикального вибратора 1 и заземленным основанием 8 согласующего устройства, включающего индуктивный шлейф 4, резистор 6, катушку 5 индуктивности и резистор 7, в указанной части диапазона частот электрическая длина вертикального вибратора 1 также превосходит его геометрическую длину, что повышает его эффективность по сравнению с низкочастотным участком диапазона рабочих частот.

При дальнейшем увеличении частоты высокочастотного сигнала в диапазоне длин волн, которому соответствует геометрическая длина вертикального вибратора 1 от 0,25 λ до 0,5 λ, наиболее эффективно возбуждаются токи в плоскости, образованной вертикальным вибратором 1, поскольку его входное сопротивление становится близким к волновому сопротивлению питающего фидера, обе последовательные цепочки согласующего устройства исключаются из работы, поскольку их суммарное сопротивление становится намного выше входного сопротивления вертикального вибратора 1.

Широкополосная несимметричная вибраторная антенна, содержащая вертикальный вибратор, присоединенный к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, согласующее устройство, включающее первую и вторую индуктивности, катушку индуктивности, первый и второй резисторы, а также излучатель с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что вертикальный вибратор выполнен в виде прямоугольной пластины высотой 0,038 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, конструктивная емкость основания пластины выполняет функцию упомянутого излучателя, первая индуктивность, катушка индуктивности и второй резистор согласующего устройства образуют последовательно соединенную цепь, при этом свободный вывод первой индуктивности соединен с точкой соединения вертикального вибратора и внутреннего проводника коаксиального кабеля, свободный вывод второго резистора соединен с наружным проводником коаксиального кабеля, а последовательная цепь, состоящая из второй индуктивности и первого резистора, включена между внутренним проводником коаксиального кабеля и точкой соединения первой индуктивности и катушки индуктивности, причем первая и вторая индуктивности выполнены в виде индуктивных шлейфов, образованных конфигурированием прямоугольной пластины вертикального вибратора, а катушка индуктивности выполнена печатной.