Широкополосная вибраторная антенна

Широкополосная вибраторная антенна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к симметричным вибраторным антеннам, питаемым коаксиальным кабелем. Эта новая симметричная вибраторная антенна обеспечивает широкую полосу согласования антенны с фидером. При этом имеет высокую степень защиты от антенного эффекта фидера, удобна для размещения на мачтах или на поясах башен, допускает излучение сигналов большой мощности. Согласование антенны с фидером обеспечивается устройством для регулировки действительной части входного сопротивления антенны и устройством для регулировки мнимой части входного сопротивления антенны.

Уровень техники

Известна широкополосная вибраторная антенна (патент РФ на изобретение №2199805, МПК: H01Q 9/16, опубл. 27.02.2003), содержащая первый вибратор с первым и вторым плечами, второй вибратор с первым и вторым плечами, первую и вторую перемычки, симметрирующее устройство с первым и вторым проводниками и короткозамыкателем, устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны с первым и вторым полюсами, фидер, соединитель радиочастотный, первую и вторую диэлектрические концевые распорки, диэлектрическую распорку, причем плечи первого вибратора расположены соосно с образованием зазора между ними, первая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец первого плеча первого вибратора и на конец первого плеча второго вибратора, а вторая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец второго плеча первого вибратора и на конец второго плеча второго вибратора, при этом первое плечо первого вибратора гальванически соединено с первым плечом второго вибратора первой перемычкой, второе плечо первого вибратора гальванически соединено со вторым плечом второго вибратора второй перемычкой, плечи первого вибратора соединены с соответствующими по номеру проводниками симметрирующего устройства.

Использование упомянутого защищенного патентом технического решения позволило использовать ранее предложенную антенну в качестве излучающего элемента передающих многоканальных антенных решеток. По указанному патенту изготовлены антенны, которые в настоящее время эксплуатируются в составе УКВ радиостанций в ряде городов Урала и Сибири. Конструкция антенны и полученные при этом характеристики антенны опубликованы в ряде работ:

1. Войтович Н.И., Ершов А.В., Соколов А.Н. УКВ вибраторные антенны: учебное пособие.- Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2007.- 85 с.

2. Войтович Н.И., Вахтин Ю.И., Ершов А.В., Русяев Е.О. Моделирование передающих антенн УКВ диапазона для радиовещания и связи. Научные труды МНПК «Связьпром-2006» в рамках III Евро-азиатского Форума «Связь-Промэкспо 2006». - Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2006. - Стр. 367-370.

3. Войтович Н.И., Вахтин Ю.И., Ершов А.В. Передающие антенны УКВ диапазона для радиовещания. Научные труды МНПК «Связьпром-2004» в рамках I Евро-азиатского Форума «Связь-Промэкспо 2004». - Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2004. - Стр. 256-267.

4. Войтович Н.И., Вахтин Ю.И., Ершов А.В. Широкополосная симметричная вибраторная антенна. Вестник УГТУ-УПИ. №15 (45). Часть 1. - Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ. - 2004.

5. Войтович Н.И., Ершов А.В. Исследование влияния размеров антенны на ее входной импеданс и согласование с фидером. Материалы Всероссийской научно-технической конференции 31 мая - 4 июня 2004 «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций».- Самара: СГАУ, 2004. - С.43.

6. Войтович Н.И., Вахтин Ю.И., Ершов А.В. Широкополосная симметричная вибраторная антенна. // Доклад на 3-й МНТК «На передовых рубежах науки и инженерного творчества», г. Екатеринбург, 28-30 окт.2004. Тезисы докладов.

7. Войтович Н.И., Ершов А.В., Соколов А.Н. УКВ вибраторные антенны. (Учебное пособие).- Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2002. - 85 с. Рекомендовано УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской технике и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов ВУЗов, обучающихся по специальности 200800 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» направления подготовки дипломированных специалистов 654300 «Проектирование и технология электронных средств».

8. Voitovich N.I, Ershov A.V. Wideband dipole antenna. IEEE Xplore p.12144-1218, 2013.

Предложенный ранее вариант широкополосной вибраторной антенны (фиг. 1) содержит первый вибратор с первым и вторым плечами, второй вибратор с первым и вторым плечами, первую и вторую перемычки, симметрирующее устройство с первым и вторым проводниками и короткозамыкателем, устройство компенсации реактивной составляющей входного импеданса антенны (устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны) с первым и вторым полюсами (далее - устройство согласования), фидер, соединитель радиочастотный, первую и вторую диэлектрические концевые распорки, диэлектрическую распорку. Причем первое и второе плечи первого вибратора расположены соосно с образованием зазора между ними, первая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец первого плеча первого вибратора и на конец первого плеча второго вибратора, а вторая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец второго плеча первого вибратора и на конец второго плеча второго вибратора. При этом первое и второе плечи второго вибратора гальванически соединены между собой, первое плечо первого вибратора гальванически соединено с первым плечом второго вибратора первой перемычкой, второе плечо первого вибратора гальванически соединено со вторым плечом второго вибратора второй перемычкой, плечи первого вибратора соединены с соответствующими по номеру проводниками симметрирующего устройства. Здесь и далее мы пользуемся определением полюса как одного из двух противоположных концов электрической цепи устройства.

Реализация технических решений, предложенных в указанном патенте, как показала практика, позволила создать новую и полезную вибраторную антенну, обеспечивающую рабочие характеристики в широком диапазоне частот.

Однако предложенная в указанном патенте антенна обладает недостатком, который поясняется ниже со ссылкой на фиг. 1. При практической реализации упомянутого варианта антенны симметрирующее устройство выполняется в виде короткозамкнутого четвертьволнового отрезка двухпроводной линии передачи, проводники которой выполнены из металлических трубок. Причем расстояние между трубками больше ширины зазора между плечами первого вибратора. Плечи вибраторов выполняются также из металлических трубок. В месте соединения одной из трубок симметрирующего устройства с трубкой плеча вибратора в последней выполняется отверстие. Это отверстие используется для прокладки фидера. В качестве фидера используется коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель прокладывается в трубке проводника симметрирующего устройства, изгибается и выводится через упомянутое отверстие в трубку плеча вибратора и далее прокладывается в плече вибратора в сторону зазора между плечами вибратора. Поскольку трубки проводников симметрирующего устройства и плеч вибраторов выбираются с малым внутренним радиусом (0,8-1,6 см), то и радиус изгиба коаксиального кабеля должен быть малым. По техническим условиям минимальный радиус изгиба кабеля при транспортировании, хранении и при монтаже должен быть не менее 10 диаметров кабеля. Стало быть, внутри труб конструкции вибраторной антенны с упомянутым симметрирующим устройством можно использовать лишь кабели с небольшим диаметром внешнего проводника. Кабели с небольшим диаметром внешнего проводника по сравнению с кабелями с большим диаметром внешнего проводника имеют меньшую допустимую мощность передаваемых сигналов, большее погонное ослабление сигналов в фидере. В результате заявленная ранее антенна, запитанная коаксиальным кабелем с небольшим поперечным сечением, имеет большие потери, не позволяет излучать сигналы большой мощности из-за опасности теплового пробоя фидера.

Другим недостатком известной антенны является сложность в настройке антенны, обусловленная отсутствием регулировочного элемента, позволяющего изменить величину действительной части входного сопротивления антенны.

Раскрытие изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является увеличение допустимой мощности излучения антенны, уменьшение потерь электромагнитной энергии в антенне, повышение удобства регулировки согласования антенны с фидером, защита от неблагоприятного воздействия дождя и снега на параметры антенны.

Поставленная цель достигается тем, что широкополосная вибраторная антенна, содержащая первый вибратор с первым и вторым плечами, второй вибратор с первым и вторым плечами, первую и вторую перемычки, симметрирующее устройство с первым и вторым проводниками и короткозамыкатель, устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны с первым и вторым полюсами (далее - устройство согласования), фидер, соединитель радиочастотный, первую и вторую диэлектрические концевые распорки, диэлектрическую распорку, причем первое и второе плечи первого вибратора расположены соосно с образованием зазора между ними, первая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец первого плеча первого вибратора и на конец первого плеча второго вибратора, а вторая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец второго плеча первого вибратора и на конец второго плеча второго вибратора. При этом первое и второе плечи второго вибратора гальванически соединены между собой, первое плечо первого вибратора гальванически соединено с первым плечом второго вибратора первой перемычкой, второе плечо первого вибратора гальванически соединено со вторым плечом второго вибратора второй перемычкой, плечи первого вибратора соединены с соответствующими по номеру проводниками симметрирующего устройства, отличается тем, что дополнительно содержит первую и вторую шайбы, диэлектрическую подложку, возбуждающий проводник с первым и вторым полюсами (далее - диполь), защитную крышку. Причем первая шайба расположена на торце первого проводника симметрирующего устройства с образованием гальванического контакта, вторая шайба расположена на торце второго проводника симметрирующего устройства с образованием гальванического контакта, диэлектрическая подложка расположена в упомянутом зазоре с опорой на первую и вторую шайбы, а диполь расположен на диэлектрической подложке, при этом внешний проводник фидера гальванически соединен со второй шайбой, центральный проводник фидера соединен со вторым полюсом диполя, первый полюс которого соединен с первым полюсом устройства согласования, второй полюс устройства согласования соединен со второй шайбой, диполь с полюсами закрыт крышкой.

В предложенной антенне первая и вторая перемычки выполнены каждая в виде винтовой стяжки, содержащей первую и вторую втулки и стержень, первая втулка имеет правую внутреннюю резьбу, вторая втулка имеет левую внутреннюю резьбу, стержень на одном конце имеет правую резьбу, а на втором конце - левую резьбу.

В другом варианте исполнения перемычек первая и вторая перемычки выполнены каждая в виде первого и второго стержня и втулки, первый стержень имеет правую резьбу, второй стержень имеет левую резьбу, втулка на одном конце имеет правую внутреннюю резьбу, а на втором конце - левую внутреннюю резьбу.

В предпочтительном варианте симметрирующее устройство выполнено в виде первого и второго проводников и короткозамыкателя, образующих короткозамкнутый отрезок двухпроводной линии, а устройство компенсации выполнено в виде отрезка коаксиальной линии, причем отрезок коаксиальной линии смонтирован внутри трубы, являющейся первым проводником симметрирующего устройства, центральный проводник фидера соединен со вторым полюсом возбуждающего проводника, первый полюс которого соединен с центральным проводником отрезка коаксиальной линии, внешний проводник отрезка коаксиальной линии соединен с первым проводником симметрирующего устройства. Первое и второе плечи первого и второго вибраторов, а также первый и второй проводники отрезка двухпроводной линии выполнены в виде трубчатой конструкции диаметром 20 мм и 30 мм соответственно, фидер смонтирован внутри второго трубчатого проводника двухпроводной линии, внешний проводник фидера соединен со вторым проводником симметрирующего устройства, центральный проводник фидера соединен со вторым полюсом возбуждающего проводника, первый полюс которого соединен с центральным проводником отрезка коаксиальной линии, внешний проводник которого соединен с первым проводником симметрирующего устройства, при этом расстояние между первым и вторым вибраторами равно от двух до трех сотых доли длины волны на средней частоте диапазона, а расстояние между первой и второй перемычками равно восьми сотым доли длины волны.

Антенна содержит диэлектрическую распорку, установленную между первым и вторым проводниками двухпроводной линии, первую и вторую диэлектрические концевые распорки, при этом первая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец первого плеча первого вибратора и на конец первого плеча второго вибратора, а вторая диэлектрическая концевая распорка установлена на конец второго плеча первого вибратора и на конец второго плеча второго вибратора.

Антенна для защиты от воздействия климатических факторов внешней среды содержит обтекатель вибраторов и обтекатель симметрирующего устройства, выполненные из диэлектрического материала. Обтекатель вибраторов защищает излучающую часть антенны, включающую в себя первый и второй вибратор, первую и вторую перемычки и возбуждающий проводник, первую и вторую диэлектрические концевые распорки. Обтекатель симметрирующего устройства защищает симметрирующее устройство.

Введение в состав антенны диэлектрической пластины и возбуждающего проводника, размещение возбуждающего проводника на диэлектрической пластине и соединение внешнего проводника фидера со вторым проводником симметрирующего устройства, центрального проводника фидера со вторым полюсом возбуждающего проводника, а первого полюса возбуждающего проводника - с первым полюсом устройства согласования, второго полюса устройства согласования с первым проводником симметрирующего устройства позволило избежать изгиба кабеля при его прокладке в антенне, в результате появилась возможность применения в антенне коаксиального кабеля с достаточно большим поперечным сечением. По существу, диаметр оболочки коаксиального кабеля может быть близок к внутреннему диаметру трубки проводника симметрирующего устройства, который с целью обеспечения жесткости и прочности антенны выбран достаточно большим.

Коаксиальный кабель с большим поперечным сечением при прочих равных условиях имеет меньшее погонное ослабление, допускает передачу по нему большей мощности. Обычно выбор типа коаксиального кабеля выполняется исходя либо из требования обеспечения передачи по нему заданной мощности, либо исходя из допустимого погонного затухания линии передачи. Этот выбор может быть затруднен, если при прокладке кабеля в антенне его необходимо изгибать. Тогда накладывается ограничение на диаметр коаксиального кабеля, который не должен быть больше одной десятой радиуса изгиба.

Соединением внешних проводников фидера и устройства согласования с проводниками симметрирующего устройства (а не с плечами вибратора), введением в состав антенны возбуждающего проводника и соединением его указанным выше образом с фидером и устройством согласования позволило избежать указанного ограничения. В качестве фидера может быть использован серийный коаксиальный кабель, внешний диаметр оболочки которого лишь несколько меньше внутреннего диаметра трубки проводника симметрирующего устройства. Указанная разница обусловлена допуском на внутренний диаметр трубы и допуском на внешний диаметр оболочки коаксиального кабеля.

Таким образом достигается основной технический эффект от применения изобретения, заключающийся в том, что антенна может излучать больший уровень мощности, уменьшена величина потерь мощности на нагрев кабеля. Последнее приводит к повышению коэффициента полезного действия антенны.

Введение в состав антенны первой и второй перемычки, первой и второй диэлектрических концевых распорок, каждая из которых выполнена в виде винтовой стяжки, позволило обеспечить удобную настройку согласования антенны с фидером за счет регулировки действительной части входного сопротивления антенны и регулировки мнимой части входного сопротивления антенны.

Решение этих и других задач поясняется далее текстом и рисунками на фигурах.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен в плане прототип широкополосной вибраторной антенны (без обтекателя вибраторов); на фиг. 1-а приведен общий вид широкополосной вибраторной антенны и отмечена область зазора между плечами первого вибратора; на фиг. 1-б показана область зазора между плечами первого вибратора.

На фиг. 1 приняты обозначения, приведенные в описании патента РФ на изобретение №2199805, МПК: H01Q 9/16, опубл. 27.02.2003:

1 - первый вибратор,

2 - второй вибратор,

3 - первый проводник (первая перемычка),

4 - второй проводник (вторая перемычка),

5 - симметрирующее устройство,

6 - устройство компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны (устройство согласования); показано на фиг 1-6),

7 - фидер,

8 - соединитель радиочастотный,

9 - первая диэлектрическая концевая распорка,

10 - вторая диэлектрическая концевая распорка,

11 - диэлектрическая распорка.

На фиг. 2 представлена в плане широкополосная вибраторная антенна (без обтекателя вибраторов, без обтекателя симметрирующего устройства) в соответствии с заявляемой конструкцией.

На фиг. 2 дополнительно введены обозначения:

12 - первая шайба,

13 - вторая шайба,

14 - диэлектрическая подложка,

15 - диполь с первым 16 и вторым 17 полюсом,

18 - защитная крышка,

19 - обтекатель вибраторов (на фиг. 2 не показан),

20 - обтекатель симметрирующего устройства (на фиг. 2 не показан),

21 - первое плечо первого вибратора,

22 - второе плечо первого вибратора,

23 - область зазора между первым 21 и вторым 22 плечами первого вибратора,

24 - первое плечо второго вибратора,

25 - второе плечо второго вибратора,

26 - первый проводник симметрирующего устройства,

27 - второй проводник симметрирующего устройства,

28 - короткозамыкатель,

29 - реактивный шлейф (отрезок коаксиальной линии),

30 - первый полюс реактивного шлейфа,

31 - второй полюс реактивного шлейфа.

На фиг. 2-а указана область зазора 23 между первым и вторым плечами первого вибратора; в зазоре на фиг. 2-6 показано соединение центрального проводника коаксиального кабеля, представляющего собой фидер, с диполем, а также диполя с центральным проводником отрезка коаксиального кабеля, представляющего собой устройство согласования входного сопротивления антенны; кроме того, показано соединение внешнего проводника коаксиального кабеля со вторым проводником симметрирующего устройства и соединение внешнего проводника устройства согласовании с первым проводником симметрирующего устройства.

На фиг. 3 показана перемычка с регулируемой длиной; перемычка выполнена в виде винтовой стяжки с вращающимся стержнем. На фиг.3 введены дополнительно следующие обозначения:

32 - первая втулка,

33 - вторая втулка,

34 - стержень.

На фиг. 4 показан другой вариант перемычки с регулируемой длиной; в другом варианте перемычка выполнена в виде винтовой стяжки с вращающейся втулкой. На фиг. 4 введены дополнительно следующие обозначения:

35 - первый стержень,

36 - второй стержень,

37 - втулка.

На фиг. 5 показана диэлектрическая концевая распорка вибраторов. На фиг. 5 введены дополнительно следующие обозначения:

38 - первый диэлектрический наконечник,

39 - второй диэлектрический наконечник,

40 - диэлектрический стержень.

На фиг. 6 изображена диэлектрическая распорка 11 симметрирующего устройства, предназначенная для повышения жесткости конструкции антенны.

На фиг. 7 приведены правая декартова система координат Oxyz и сферическая система координат Οθϕ с началом координат О, расположенным на оси ВВ в середине между вибраторами. Ось Οz направлена параллельно вибраторам вверх; ось Ох перпендикулярна к оси Οz, лежит в плоскости вибраторов, направлена влево; ось Oy перпендикулярна к плоскости вибраторов, направлена в сторону смотрящего. Обтекатель вибраторов и обтекатель симметрирующего устройства на фиг. 7 не показаны. Точка Ρ - точка наблюдения. Точка Р₁ - проекция точки Ρ на плоскость Оху.

На фиг. 8 приведены расчетные зависимости от частоты нормированных действительной и мнимой частей входного сопротивления образца широкополосной вибраторной антенны в соответствии с настоящим изобретением при разных расстояниях между вибраторами. График, представленный сплошной линией, соответствует зависимости при исходном расстоянии между вибраторами. График, представленный линией с длинным штрихом, соответствует зависимости при расстоянии между вибраторами, равном 105% от исходного. График, представленный линией с длинным штрихом с точкой, соответствует зависимости при расстоянии между вибраторами, равном 110% от исходного. График, представленный линией с коротким штрихом, соответствует зависимости при расстоянии между вибраторами, равном 95% от исходного. График, представленный коротким линией с штрихом с точкой, соответствует зависимости при расстоянии между вибраторами, равном 90% от исходного.

На фиг. 9 приведены расчетные зависимости нормированных действительной и мнимой частей входного сопротивления образца широкополосной вибраторной антенны в соответствии с настоящим изобретением при разных длинах согласующего отрезка. График, представленный сплошной линией, соответствует зависимости при исходной (оптимальной) длине согласующего отрезка. График, представленный линией с длинным штрихом, соответствует зависимости при длине согласующего отрезка, равной 105% от исходной. График, представленный линией с длинным штрихом с точкой, соответствует зависимости при длине согласующего отрезка, равной 110% от исходной. График, представленный линией с коротким штрихом, соответствует зависимости при длине согласующего отрезка, равной 95% от исходной. График, представленный линией с коротким штрихом с точкой, соответствует зависимости при длине согласующего отрезка, равной 90% от исходной.

На фиг. 10 приведена расчетная зависимость коэффициента стоячей волны по напряжению (далее - КСВН) от нормированной частоты образца широкополосной вибраторной антенны в соответствии с настоящим изобретением при исходном (оптимальном) расстоянии между вибраторами и при исходной (оптимальной) длине согласующего отрезка.

На фиг. 11 приведены экспериментальные зависимости действительной и мнимой части нормированного входного сопротивления образца широкополосной вибраторной антенны в соответствии с настоящим изобретением от частоты. Нормировка выполнена относительно волнового сопротивления фидера 7, равного 50 Ом. Длина вибраторов 1 и 2 равна 0,433λ, где λ - длина волны на средней частоте. Диаметр вибраторов 1 и 2 равен 0,0073λ. Расстояние между вибраторами 1 и 2 равно 0,026λ. Расстояние между перемычками 3 и 4 равно 0,0807λ. Диаметр перемычек 3 и 4 равен 0,0073λ. Длина согласующего отрезка кабеля 29 равна 0,0422λ. Длина труб проводников 26 и 27 симметрирующего устройства 5 равна 0,25λ. Диаметр труб проводников 26 и 27 симметрирующего устройства 5 равен 0,011λ. Расстояние между трубами проводников симметрирующего устройства равно 0,183λ. Диаметр трубы короткозамыкателя симметрирующего устройства равен 0,011λ.

На фиг. 12 приведена экспериментальная зависимость КСВН от частоты образца антенны с размерами, соответствующими образцу антенны, расчетные характеристики которой приведены на фиг. 10 и фиг. 11.

На фиг. 13 представлены экспериментальные зависимости действительной и мнимой части нормированного входного сопротивления антенны от частоты образца антенны с рефлектором.

На фиг. 14 представлена экспериментальная зависимость КСВН от частоты образца антенны с рефлектором.

На фиг. 15 приведена расчетная амплитудная пространственная диаграмма направленности широкополосной вибраторной антенны по настоящему изобретению в свободном пространстве.

На фиг. 16 приведен пример применения широкополосной вибраторной антенны по настоящему изобретению в качестве излучающего элемента антенной решетки с общим экраном. Антенна 41 по настоящему изобретению установлена на кронштейне, закрепленном на стойке антенны.

Осуществление изобретения

Обратимся к фиг. 2, на которой представлена широкополосная вибраторная антенна в соответствии с настоящим изобретением (далее - антенна). Антенна содержит первый вибратор 1, второй вибратор 2, первую 3 перемычку с регулируемой длиной, вторую 4 перемычку с регулируемой длиной, симметрирующее устройство 5 (СУ), устройство 6 компенсации мнимой составляющей входного сопротивления антенны (далее - устройство согласования; показано на фиг. 2-а), фидер 7, соединитель радиочастотный 8, первую диэлектрическую концевую распорку 9, вторую диэлектрическую концевую распорку 10, диэлектрическую распорку 11, первую шайбу 12, вторую шайбу 13, диэлектрическую подложку 14, диполь 15 с первым 16 и вторым 17 полюсом, защитную крышку 18, обтекатель вибраторов 19, обтекатель симметрирующего устройства 20 (обтекатели 19 и 20 на фиг. 2 не показаны), элементы крепления.

Первый вибратор 1 состоит из первого плеча 21 и второго плеча 22. Первое 21 и второе 22 плечи первого вибратора 1 расположены соосно, вдоль оси АА, с образованием зазора 23 между плечами. Первое 21 и второе 22 плечи первого вибратора 1 выполнены из проводящего материала, например, из металлического стержня или металлической трубки.

Второй вибратор 2 состоит из первого плеча 24 и второго плеча 25. Плечи 24 и 25 второго вибратора 2 расположены на оси, параллельной оси АА. Плечи, 24 и 25, второго вибратора 2 гальванически соединены между собой. Плечи второго вибратора 2 выполнены из проводящего материала, например, из металлического стержня или металлической трубки.

Симметрирующее устройство 5 (СУ) представляет собой четвертьволновый короткозамкнутый на конце отрезок линии передачи. СУ 5 состоит из первого проводника 26, второго проводника 27, расположенных параллельно друг другу, и короткозамыкателя (перемычки) 28. Короткозамыкатель 28 соединяет между собой проводники 26 и 27 СУ 5 с образованием гальванического контакта. Короткозамыкатель 28 расположен на расстоянии, равном четверти длины волны (на средней частоте рабочего диапазона) от оси первого вибратора 1. Проводники 26 и 27 СУ 5 могут быть продолжены за короткозамыкателем 28, образуя конечные участки, предназначенные для крепления антенны на трубе или иной опоре. Короткозамыкатель 28 представляет собой, например, отрезок трубы либо металлический фланец для крепления антенны на некотором кронштейне. Проводники 26 и 27 выполнены, например, из металлического прутка или металлической трубки из алюминиевого сплава, латуни, стали или иного материала с хорошей проводимостью. Короткозамыкатель 28 выполнен из алюминиевой трубки, стального листа, алюминиевого листа или иного материала с хорошей проводимостью. Первый 1 и второй 2 вибраторы, первая 3 и вторая 4 перемычки с регулируемой длиной, проводники 26 и 27 СУ 5 лежат в плоскости Оху. При этом проводники 26 и 27 СУ 5 перпендикулярны оси АА первого вибратора 1. Ось ВВ на фиг. 2 является осью симметрии конструкции, состоящей из первого 1 и второго 2 вибраторов, первого 26 и второго 27 проводников СУ 5, короткозамыкателя 28, первой 3 и второй 4 перемычек с регулируемой длиной, первой 9 и второй 10 диэлектрической концевой распорки.

Устройство компенсации 6 (фиг. 2-а) представляет собой реактивный шлейф 29 с первым 30 и вторым 31 полюсами, с режимом холостого хода на конце [Пименов Ю.В. и др. Техническая электродинамика / Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцев А.Д. Под ред. Ю.В. Пименова: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 2000. - 536 с] На фиг.2-а устройство компенсации 6 показано выполненным в виде короткого разомкнутого на конце отрезка 29 коаксиальной линии. Отрезок 29 коаксиальной линии расположен внутри трубки первого проводника 26 симметририрующего устройства 5. Центральный проводник отрезка 29 коаксиальной линии выходит из трубы первого проводника 26 СУ 5 и продолжается вплоть до первого полюса 16 диполя 15. Конец продолженного центрального проводника отрезка кабеля является при этом первым полюсом 30 устройства согласования 6. Внешний проводник отрезка 29 выведен из трубки и образует здесь второй полюс 31 устройства согласования 6. На фиг. 2-а второй полюс соединен с первой металлической шайбой 13, опирающейся на торец трубы с образованием гальванического контакта.

В качестве фидера 7 может быть использован серийный коаксиальный кабель, внешний диаметр оболочки которого меньше внутреннего диаметра трубки второго проводника 27 СУ 5.

В качестве соединителя 8 может быть использован стандартный соединитель радиочастотный.

В качестве диэлектрической подложки 14 может быть использована диэлектрическая пластина. Пластина имеет, например, прямоугольную или овальную форму, выполнена из полиэтилена, фторопласта, керамики или иного высокочастотного диэлектрика.

В качестве диполя 15 может быть использован отрезок проволоки, металлического прутка или другой проводник с круглым, прямоугольным, овальным сечением или сечением иного вида.

Первая 3 и вторая 4 перемычки с регулируемой длиной (фиг. 3) выполнены каждая в виде первой 32 и второй 33 втулки с внутренней резьбой и стержня 34 с наружной резьбой (фиг. 3). Первая 32 втулка имеет, например, правую внутреннюю резьбу. Тогда вторая 33 втулка имеет левую внутреннюю резьбу. При этом стержень 34 со стороны первой втулки 32 имеет правую резьбу, а со стороны второй втулки 33 - левую резьбу. Первая втулка и стержень, вторая втулка и стержень соединены между собой с помощью резьбы.

В другом варианте (фиг. 4) первая 3 и вторая 4 перемычки с регулируемой длиной выполнены каждая в виде первого 35 и второго 36 стержня с внешней резьбой и втулки 37 с внутренней резьбой. Первый 35 стержень имеет, например, правую резьбу. Тогда второй 36 стержень имеет левую резьбу. Втулка 37 со стороны стержня 35 имеет правую, а со стороны стержня 36 - левую внутреннюю резьбу. Первый стержень и втулка, второй стержень и втулка соединены между собой с помощью резьбы. Первая 3 и вторая 4 перемычки с регулируемой длиной расположены симметрично относительно оси ВВ, проходящей перпендикулярно к первому 1 и второму 2 вибраторам через их середины. Перемычки 3 и 4 выполнены из алюминиевого сплава, латуни, стали или иного материала с высокой электрической проводимостью.

Первая 9 и вторая 10 диэлектрическая концевая распорка (фиг. 5) вибраторов представляют собой, например, два наконечника 38 и 39 с осевым отверстием и ортогональным к нему отверстием с резьбой, а также диэлектрический стержень 40. В одном из наконечников, например, в 38, выполнено отверстие с правой резьбой. Тогда в другом наконечнике - 39 - выполнено отверстие с левой резьбой. Диэлектрический стержень 40 со стороны наконечника 38 имеет правую резьбу, а со стороны наконечника 39 имеет левую резьбу. Диэлектрические концевые распорки предназначены для повышения прочности конструкции широкополосной вибраторной антенны, обеспечения параллельности вибраторов, придания антенне эстетичного вида. Распорки 9 и 10 выполнены из диэлектрического материала, такого как, например, полиэтилен или капролон.

Диэлектрическая распорка 11 (фиг. 6) представляет собой две полукруглых пластины с вырезами с радиусом, равным радиусу труб первого 26 и второго 27 проводников СУ 5. Распорка 11 выполнена из диэлектрического материала, такого как, например, полиэтилен или капролон.

Защитная крышка 18 (фиг. 2-а) представляет собой крышку из диэлектрического материала, такого как, например, полиэтилен или капролон. Защитная крышка предназначена для защиты диполя 15 и мест его соединения с устройством согласования 6 и фидером 7 от воздействия климатических факторов внешней среды.

Обтекатель вибраторов 19 (фиг. 16) представляет собой полую форму, выполненную из диэлектрического материала, такого как, например, стеклопластик. Обтекатель симметрирующего устройства 20 (фиг. 16) представляет собой трубу, выполненную из диэлектрического материала, такого как, например, стеклопластик, блок-сополимера полипропилен. Упомянутые обтекатели обеспечивают защиту антенны от воздействия дождя, снега, льда, агрессивных сред.

Указанные выше устройства и детали соединены между собой следующим образом. Первая перемычка 3 гальванически соединяет первое плечо 21 первого вибратора 1 с первым плечом 24 второго вибратора 2. Вторая перемычка 4 гальванически соединяет второе плечо 22 первого вибратора 1 со вторым плечом 25 второго вибратора 2. Первое плечо 21 первого вибратора 1 в зазоре 23 гальванически присоединено к первому проводнику 26 симметрирующего устройства 5. Второе плечо 22 первого вибратора в зазоре 23 гальванически соединено со вторым проводником 27 симметрирующего устройства 5. Фидер 7 проложен внутри второго проводника 27 симметрирующего устройства 5. Внешний проводник фидера 7 гальванически соединен со второй шайбой 13. Центральный проводник фидера 7 соединен со вторым полюсом 17 диполя 15, первый полюс которого соединен с первым полюсом 30 устройства согласования 6. Вторым полюсом 31 устройства согласования 6 служит конец внешнего проводника отрезка коаксиального кабеля 29. Внешний проводник отрезка коаксиального кабеля 29 гальванически соединен с первой шайбой 12, которая гальванически соединена с первым проводником 26 симметрирующего устройства 5. Второй конец фидера 7 заделан в соединитель радиочастотный 8. При этом в качестве отрезка 29 коаксиальной линии используют либо отрезок стандартного коаксиального кабеля либо отрезок специальной линии передачи, состоящей из внешнего проводника в виде трубки, центрального проводника в виде стержня или трубки и расположенного между ними полого диэлектрического цилиндра.

Первая диэлектрическая концевая распорка 9 установлена на концы первых плеч 21 и 24 первого 1 и второго 2 вибраторов (фиг. 2-а). Вторая диэлектрическая концевая распорка 10 установлена на противоположные концы первого 1 и второго 2 вибраторов.

Диэлектрическая распорка 11 установлена между проводниками 26 и 27 симметрирующего устройства 5 и закреплена посредством винтов или болтов таким образом, что она плотно прилегает к проводникам 26 и 27 полукруглыми вырезами. Диэлектрическая распорка 11 располагается на некотором расстоянии от зазора 23.

Обтекатель вибраторов 19 смонтирован на вибраторах 1 и 2 с помощью диэлектрических плеч-кронштейнов (на фиг. 2 не показано). Обтекатель 20 смонтирован на первом и втором проводниках симметрирующего устройства.

Для крепления фидера 7 к трубе второго проводника 27 симметрирующего устройства 5 могут быть использованы стандартизованные хомуты, винты и гайки.

Антенна работает следующим образом.

Антенна возбуждается диполем 15 в области зазора 23 между первым 21 и вторым 22 плечами первого вибратора 1. Длина диполя 15 не превышает одной пятидесятой длины волны, поэтому неравномерностью в распределении тока вдоль диполя 15 можно практически пренебречь. Следовательно, диполь 15 введен в область возбуждения антенны таким образом, что он не нарушает ни физической, ни электрической симметрии антенны. Токи смещения, возникающие между первым вибратором 1 и проводниками 26 и 27 симметрирующего устройства 5, между вторым вибратором 2 и проводниками 26 и 27 симметрирующего устройства продолжаются токами проводимости на проводниках 26 и 27 симметрирующего устройства 5. При этом амплитуды токов проводимости в упомянутых первом 26 и втором 27 проводниках симметрирующего устройства 5 равны между собой, а фазы токов отличаются друг от друга на 180°. Вследствие этого, за пределами короткозамыкателя 28 суммарный ток на внешней стороне внешнего проводника фидера 7 равен нулю. Поскольку на внешней стороне внешнего проводника фидера 7 ток равен нулю, то оболочка фидера 7 не излучает (не принимает) электромагнитные волны. Таким образом иск