Широкополосный ультракоротковолновый вибратор

Широкополосный ультракоротковолновый вибратор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкодиапазонным ультракоротковолновым (УКВ) вибраторам, предназначенным для использования в качестве приемо-передающего излучателя совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями, в частности, устанавливаемыми на подвижных объектах.

Известны УКВ широкополосные вибраторы.

Диапазонный вибратор по пат. Англии №1441249, опубл. 30.06.76, МПК H01Q 1/36 выполнен в виде пластины треугольной формы, установленной вертикально над проводящей поверхностью обращенной к ней одной из вершин, к которой подключен центральный проводник коаксиального фидера.

Недостатком известного аналога являются его относительно большие размеры (высота).

Известна также широкополосная УКВ антенна по пат. РФ №2084993, опубл. 20.07.1997 г. МПК H01Q 9/18. Антенна состоит из конуса, противовеса и шунтов. Выбором размера и точек подключения шунтов достигается формирование фильтра, обеспечивающего повышение грозозащищенности антенны.

Наиболее близким к заявленному аналогом по своей технической сущности является УКВ вибратор, описанный в книге: Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. 3-е изд. - М.: Радио и связь, 1981, с.116, рис.8.7а.

Ближайший аналог в несимметричном исполнении состоит из треугольной металлической пластины, установленной перпендикулярно над проводящей поверхностью и обращенной к ней одной из вершин. Коаксиальный фидер подключен центральным проводником к вершине пластины, а экранной оболочкой - к проводящей поверхности.

УКВ вибратор-прототип обеспечивает широкополосное согласование за счет формирования самодополнительной структуры.

Недостатком прототипа является относительно большая высота, определяемая требуемым качеством согласования на минимальной частоте (максимальной длине волны - λ_max) рабочего диапазона вибратора.

Целью изобретения является разработка широкодиапазонного УКВ вибратора, обеспечивающего снижение высоты без изменения максимальной длины волны рабочего диапазона и без снижения качества согласования.

Поставленная цель достигается тем, что в известном УКВ вибраторе, содержащем металлическую платину (МП) высотой Н, установленную вертикально над проводящей поверхностью (ПП), и коаксиальный фидер, подключенный центральным проводником к металлической пластине, а внешней оболочкой к ПП, МП выполнена в виде ромба с углом α при острых вершинах, первая из которых обращена к ПП. Новым также является то, что к вершинам тупых углов ромбической пластины подключена емкостная нагрузка в виде изогнутых проводников. Проводники емкостной нагрузки (ПЕН) расположены в плоскости ромбической пластины (РП). Внешние концы ПЕН примыкают к второй острой вершине РП. Центральный проводник коаксиального фидера подключен к первой острой вершине РП.

Высота Н РП выбрана из - условия H≥0,18λ_max, а угол α при острых вершинах выбран в интервале 60°-80°.

При таком исполнении вибратора достигается снижение его электрической высоты и, следовательно, физических размеров (соотношения его физической высоты Н к длине рабочей волны λ) благодаря эквивалентному удлинению вибратора за счет емкостной нагрузки.

Заявленный УКВ вибратор поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - конструкция вибратора (первый вариант);

на фиг.2 - конструкция вибратора (второй вариант);

на фиг.3 - результаты измерения электрических параметров вибратора.

Заявленный вибратор, показанный на фиг.1, состоит из металлической РП 1 с углом при острых вершинах α и высотой (большой диагонально ромба) H и ПЕН 4. РП 1 установлена вертикально над ПП 2. Первая острая вершина РП 1 подключена (точка «а») к центральному проводнику коаксиального фидера 3, внешняя оболочка которого подключена (точки «б») к ПП 2.

Исполнение ПЕН 4 может быть различным. На фиг.1 ПЕН 4 подключены к тупым вершинам (точки «с») РП 1. От точек подключения «с» прямолинейные отрезки ПЕН 4 длиной ℓ₁ ориентированы как продолжение нижних кромок РП 1 до высоты H РП 1. Затем части ПЕН 4 длиной ℓ₂ изогнуты параллельно ГШ 2 и расположены в плоскости РП2. Концы ПЕН 4, примыкающие к вершине РП 2, расположены на удалении Δ друг от друга.

На фиг.2 ПЕН 4, также как и в варианте на фиг.1, подключены к тупым вершинам и их отрезки длиной ℓ₁ ориентированы как продолжение нижних кромок РП 1 до высоты Н РП 1. Затем каждый из ПЕН 4 последовательно изогнут в плоскости РП 1 с интервалом d. При этом верхние изгибы выполнены на уровне высоты РП 1, а нижние изгибы на уровне t от соответствующей верхней кромки РП 1.

Заявленный широкополосный УКВ вибратор работает следующим образом.

При выбранной форме ПЕН 4 и РП 1 обеспечивается сохранение треугольной самодополнительной структуры вибратора. При возбуждении вибратора ток проводимости I_пр (от точки «а») протекает по кромкам РП 1 и по ПЕН 4, а затем, переходя в ток смещения I_см, и вновь в ток проводимости через ПП 2, замыкается на точку «б».

При этом значительно увеличивается путь прохождения тока проводимости по ПЕН 4. Однако общая высота вибратора Р остается неизменной. ПЕН 4 в данном случае, выполняет роль «удлинения» вибратора. Причем, чем длиннее ПЕН 4 (в данном примере длиннее на фиг.2), тем больше эффект «удлинения» и, следовательно, без увеличения физической высоты H диапазон рабочих частот будет смещаться в область более низких частот.

В ходе исследования опытного образцы были установлены следующие соотношения размеров вибратора: H≥0,12λ_max; α=60°-80°; Δ=(0,03÷0,04)H; d=(0,04÷0,06)H; t=(0,8÷1,0)d.

Результаты измерений качества согласования (коэффициента бегущей волны - КБВ), приведены на фиг.3.

Измерения проведены при следующих условиях H=150 мм; α=70°; Δ=4,5 мм; d=7,5 мм; диаметр ПЕН 4 p=2 мм; t=6 мм. Волновое сопротивление фидера ρ=75 Ом. Проводники емкостной нагрузки 4 имели диаметр 2 мм.

При измерениях вибратор-прототип был выполнен из сплошной треугольной металлической пластины высотой Н=150 мм и углом при вершине α=70°.

Результаты измерений, приведенные на фиг.3, дают основания для следующих выводов.

При равенстве высот Н заявленный вибратор (в варианте на фиг.1) уровень КБВ=0,4 обеспечивает при H/λ_max=0,195; (в варианте на фиг.2) при H/λ_max=0,18. Вибратор-прототип при H/λ_max=0,22. При одинаковых требованиях по согласованию (КБВ≥0,4) это указывает на снижение высоты Н заявленного вибратора на 22% (фиг.2) и на 12% (фиг.1).

Полученные результаты подтверждают возможность снижения высоты широкодиапазонного вибратора при сохранении качества согласования, т.е. достижения указанного технического результата.

Широкополосный ультракоротковолновый вибратор, содержащий металлическую пластину высотой Н, установленную вертикально над проводящей поверхностью и коаксиальный фидер, подключенный центральным проводником к металлической пластине, а внешней оболочкой к проводящей поверхности, отличающийся тем, что металлическая пластина выполнена в виде ромба с углом α=60°-80° при острых вершинах, а к вершинам тупых углов металлической пластины подключена емкостная нагрузка в виде изогнутых проводников, расположенных в плоскости металлической пластины, причем внешние концы изогнутых проводников примыкают к острой вершине металлической пластины, вторая острая вершина которой подключена к центральному проводнику коаксиального фидера, причем высота Н металлической пластины выбрана из условия H≥0,18λ_max, где λ_max - наибольшая длина волны рабочего диапазона волн.