RU169100U1 - REDUCED ASYMMETRIC VIBRATOR - Google Patents
REDUCED ASYMMETRIC VIBRATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU169100U1 RU169100U1 RU2016140748U RU2016140748U RU169100U1 RU 169100 U1 RU169100 U1 RU 169100U1 RU 2016140748 U RU2016140748 U RU 2016140748U RU 2016140748 U RU2016140748 U RU 2016140748U RU 169100 U1 RU169100 U1 RU 169100U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- frequency
- radiating element
- gyrator
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к элементу радиосвязи - антенной технике и может быть использована в качестве элемента для создания фазированных антенных решеток коротковолнового (KB) и ультракоротковолнового (УКВ) диапазонов в условиях ограниченной поверхности их размещения, например, на судах и кораблях. Вибратор содержит высокочастотный генератор 4, соединенный через усилитель мощности 5 коаксиальной кабельной линией 6 с вертикальным несимметричным вибратором (1, 2 и 3), который установлен закрепленным на изоляторе 2 металлическим корпусом антенны 12 с корпусом судна. Излучающий элемент несимметричного вибратора состоит из двух составных частей, изолированных друг от друга, с суммарной общей длиной три метра=3, нижний излучающий элемент длиной=2,7 метра является проводящей (металлической) и цилиндрической формы, конструктивно внутри полой, в ее полости располагается система управления преобразования импедансов 15, позволяющая перестраивать входное индуктивное сопротивление антенны, иными словами удлинять или укорачивать длину антенны, настраивая антенну в резонанс с частотой генератора. Вход системы управления преобразования импедансов 15 соединен коаксиальным кабелем 6 через усилитель мощности 5 с выходом высокочастотного генератора 4. Технический результат заключается в обеспечении постоянного КПД во всем диапазоне рабочих частот. 2 з.п. ф-лы, 13 ил.The utility model relates to an element of radio communication - antenna technology and can be used as an element for creating phased antenna arrays of short-wave (KB) and ultra-short-wave (VHF) ranges in conditions of a limited surface of their placement, for example, on ships and ships. The vibrator contains a high-frequency generator 4 connected through a power amplifier 5 by a coaxial cable line 6 with a vertical asymmetric vibrator (1, 2 and 3), which is mounted on the insulator 2 with the metal body of the antenna 12 and the ship's hull. The radiating element of an asymmetric vibrator consists of two components, isolated from each other, with a total total length of three meters = 3, the lower radiating element of length = 2.7 meters is conductive (metal) and cylindrical, structurally inside the hollow, located in its cavity impedance conversion control system 15, which allows you to rebuild the input inductance of the antenna, in other words, to extend or shorten the length of the antenna, tuning the antenna in resonance with the frequency of the generator. The input of the control system for converting impedances 15 is connected by a coaxial cable 6 through a power amplifier 5 to the output of a high-frequency generator 4. The technical result consists in providing constant efficiency in the entire range of operating frequencies. 2 s.p. f-ly, 13 ill.
Description
Полезная модель относится к элементу радиосвязи - антенной технике и может быть использована в качестве элемента для создания фазированных антенных решеток коротковолнового (KB) и ультракоротковолнового (УКВ) диапазонов в условиях ограниченной поверхности их размещения, например, на судах и кораблях.The utility model relates to an element of radio communication - antenna technology and can be used as an element for creating phased antenna arrays of short-wave (KB) and ultra-short-wave (VHF) ranges in conditions of a limited surface of their placement, for example, on ships and ships.
Известно, что несимметричный вибратор (или штырь) широко используется, исходя из его высоких массогабаритных характеристик и направленных свойств. Штырь занимает малую площадь при размещении, поэтому повсеместно используется на судах и кораблях, причем в значительном количестве на борту судов (несколько десятков).It is known that an asymmetric vibrator (or pin) is widely used, based on its high weight and size characteristics and directional properties. The pin occupies a small area when placed, therefore it is used everywhere on ships and ships, and in significant quantities on board ships (several dozen).
На фиг. 1 представлен несимметричный вибратор или штырь, который имеет излучающий элемент - 1 длиной , в виде проводящего прямолинейного проводника цилиндрической формы, генератора 3 и заземлителя - 2, при этом выход генератора ЭДС(~UA) - 3 подключен одной клеммой к излучающему элементу 1, а другой клеммой - к заземлителю 2.In FIG. 1 shows an asymmetric vibrator or pin, which has a radiating element - 1 length , in the form of a conductive rectilinear conductor of a cylindrical shape,
На фиг. 2 даны варианты использования несимметричного вибратора. In FIG. 2 gives options for using an asymmetric vibrator.
На фиг. 3 дана модель определения собственной емкости антенны.In FIG. 3 gives a model for determining the antenna’s own capacitance.
На фиг. 4 дан график нормированной функции распределения потенциала по длине антенны.In FIG. 4 is a graph of the normalized potential distribution function along the length of the antenna.
На фиг. 5 дан несимметричный вибратор с вынесенной удлинительной катушкой, включенной в разрыв излучающего элемента антенны.In FIG. 5, an asymmetric vibrator with a remote extension coil included in the gap of the radiating element of the antenna is given.
На фиг. 6 приведено распределение тока по длине излучающего элемента несимметричного вибратора.In FIG. 6 shows the current distribution along the length of the radiating element of an asymmetric vibrator.
На фиг. 7 приведен график разности интегральных функций тока.In FIG. 7 is a graph of the difference of the integral functions of the current.
На фиг. 8 приведены графики сопротивления излучения и сопротивления потерь в зависимости от точки подключения удлинительной катушки или индуктивного сопротивления.In FIG. Figure 8 shows graphs of radiation resistance and loss resistance, depending on the connection point of the extension coil or inductive resistance.
На фиг. 9 приведены графики КПД антенны при различных значениях добротности индуктивного элемента, включенного в качестве удлинительной катушки в излучающий элемент несимметричного вибратора.In FIG. Figure 9 shows the antenna efficiency graphs for various values of the Q factor of the inductive element included as an extension coil in the radiating element of the asymmetric vibrator.
На фиг. 10 приведены графики выигрыша излучаемой мощности от координаты включения индуктивного элемента и добротности индуктивности.In FIG. 10 shows graphs of the gain of the radiated power from the coordinate of the inclusion of the inductive element and the quality factor of the inductance.
На фиг. 11 приведена конструкция модели укороченного несимметричного вибратора, содержащая высокочастотный генератор 4, соединенный через усилитель мощности 5 коаксиальной кабельной линией 6 с вертикальным несимметричным вибратором (1, 2 и 3), который установлен закрепленным на изоляторе 2 металлическим корпусом антенны 12 с корпусом судна; излучающий элемент несимметричного вибратора состоит из двух составных частей, изолированных друг от друга, с суммарной общей длиной три метра =3, нижний излучающий элемент длиной =2,7 метра является проводящей (металлической) и цилиндрической формы, конструктивно внутри полой, в ее полости располагается система управления преобразования импедансов 15, позволяющая перестраивать входное индуктивное сопротивление антенны, иными словами удлинять или укорачивать длину антенны, настраивая антенну в резонанс с частотой генератора; вход системы управления преобразования импедансов 15 соединен коаксиальным кабелем 6 через усилитель мощности 5 с выходом высокочастотного генератора 4; толщина стенок цилиндра определяется районом плавания судна и принята равной d1=3 сантиметра; верхний излучающий элемент несимметричного вибратора представляется проводящим цельнометаллическим стержнем длиной =30 сантиметров и сечением d2=3 сантиметра, закрепленным своим основанием через плоское высокоомное сопротивление R с верхней частью нижнего излучающего элемента несимметричного вибратора 1.In FIG. 11 shows a design of a model of a shortened asymmetric vibrator containing a high-
На фиг. 12 представлена система управления преобразования импедансов 15, содержит гиратор 11, преобразователь частота-напряжение 10 и преобразователь понижения частоты 9 с подключением системы 15 параллельно нагрузке 2 в несимметричный вибратор, состоящий из двух элементов 1 и 3 и питаемый высокочастотным генератором 4 через усилитель мощности 5 и коаксиальный кабель 6.In FIG. 12 shows a control system for converting
На фиг. 13 представлена модель гиратора, который содержит первый ОУ1 и второй ОУ2 операционные усилители; первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4 резисторы, нагрузочную емкость С и варикап Вп.In FIG. 13 shows a model of a gyrator, which contains the first op-
На фиг. 1 приведена физическая модель несимметричного вибратора, расположенного вдоль оси X. При этом длина излучающего элемента вибратора с диаметром сечения . Длина излучающего элемента вибратора играет важную роль в излучающих качествах штыря. Резонансная частота ƒ0 или частота настройки ƒнас=ƒ0 антенны связана с резонансной длиной волны λ0 и длиной излучающего элемента вибратора следующими соотношениями: 4⋅=λ0; ƒ0=С/λ0, где С - скорость света (3⋅108, м/с). Режим работы с параметрами 4⋅=λ0; ƒ0=С/λ0 называется режимом собственной длины волны. Коэффициент перекрытия для штыря равен 1,2. Поэтому антенны несимметричного вибратора работают в узкой полосе частот.In FIG. 1 shows a physical model of an asymmetric vibrator located along the X axis. the length of the radiating element of the vibrator with a diameter of section . The length of the radiating element of the vibrator plays an important role in the radiating properties of the pin. The resonant frequency ƒ 0 or the tuning frequency ƒ us = ƒ 0 of the antenna is related to the resonant wavelength λ 0 and the length of the radiating element of the vibrator with the following relationships: 4⋅ = λ 0 ; ƒ 0 = С / λ 0 , where С is the speed of light (3⋅10 8 , m / s). Operating mode with
Пример низкого КПД работы можно усмотреть для штыря с установкой заданной длины, для работы в режиме собственной длины или в диапазоне, близкому к данному режиму:An example of a low work efficiency can be seen for a pin with setting a given length, for working in its own length mode or in a range close to this mode:
1. например, при длине излучающего элемента штыря =4 метра в режиме собственной длины настраивается на частоту 1875 кГц (или 18,75 МГц) и работает в диапазоне частот от 17 до 24 МГц с КПД не хуже 0,2;1. for example, with the length of the emitting element of the pin = 4 meters in the intrinsic length mode it is tuned to a frequency of 1875 kHz (or 18.75 MHz) and works in the frequency range from 17 to 24 MHz with an efficiency of no worse than 0.2;
2. при длине излучающего элемента штыря =5 метров в режиме собственной длины настраивается на частоту 15 МГц и работает в диапазоне частот от 13 до 17 МГц с КПД не хуже 0,2;2. with the length of the emitting element of the pin = 5 meters in intrinsic length mode tunes to a frequency of 15 MHz and operates in the frequency range from 13 to 17 MHz with an efficiency of no worse than 0.2;
3. при длине излучающего элемента штыря =7 метров в режиме собственной длины настраивается на частоту 10,71 МГц и работает в диапазоне частот от 9 до 12 МГц с КПД не хуже 0,2;3. with the length of the radiating element of the pin = 7 meters in its own length mode, tunes to a frequency of 10.71 MHz and operates in the frequency range from 9 to 12 MHz with an efficiency of no worse than 0.2;
4. при длине излучающего элемента штыря =8 метров в режиме собственной длины настраивается на частоту 9,375 МГц и работает в диапазоне частот от 7,5 до 10 МГц с КПД не хуже 0,2;4. with the length of the radiating element of the pin = 8 meters in its own length mode, tunes to a frequency of 9.375 MHz and operates in the frequency range from 7.5 to 10 MHz with an efficiency of no worse than 0.2;
5. при длине излучающего элемента штыря =10 метров в режиме собственной длины настраивается на частоту 7.5 МГц и работает в диапазоне частот от 5 до 8 МГц с КПД не хуже 0,2;5. with the length of the radiating element of the pin = 10 meters in its own length mode, tunes to a frequency of 7.5 MHz and operates in the frequency range from 5 to 8 MHz with an efficiency of at least 0.2;
6. при длине излучающего элемента штыря =25 метров в режиме собственной длины настраивается на частоту 3 МГц и работает в диапазоне частот от 3 до 5 МГц с КПД не хуже 0,2.6. with the length of the radiating element of the pin = 25 meters in its own length mode, tunes to a frequency of 3 MHz and operates in the frequency range from 3 to 5 MHz with an efficiency of no worse than 0.2.
Таким образом, для работы в KB диапазоне (от 3 до 30 МГц) необходимо иметь не менее 7 штыревых антенн, которые обозначаются: так 4-метровый как Ш4 (штырь четырехметровый); 5-метровый - Ш5; 7-метровый - Ш7; 8-метровый - Ш8; 10-метровый - Ш10; 25-метровый - Ш25.Thus, to work in the KB range (from 3 to 30 MHz), it is necessary to have at least 7 whip antennas, which are indicated: so 4-meter as W4 (four-meter pin); 5-meter - Ш5; 7-meter - Ш7; 8-meter - Ш8; 10-meter - Ш10; 25-meter - Ш25.
Однако такое количество штыревых антенн не целесообразно использовать из-за сложности их размещения, поэтому создают сложные конструкции штырей с целью расширения рабочего диапазона их использования.However, such a number of pin antennas is not advisable to use because of the complexity of their placement, therefore, complex designs of pins are created in order to expand the working range of their use.
На фиг. 2 приведены типовые варианты совершенствования конструкции антенн для расширения диапазонных свойств антенны. Системы связи, работающие в коротковолновом диапазоне радиочастотного спектра, повсеместно используют вертикальные несимметричные вибраторы (штыри) практически одинаковой конструкции. Их различие состоит только в том, что используют различное количество включенных сосредоточенно индуктивностей 3 (LК), а также емкостных штырей на конце излучающего элемента антенны 4 и 5.In FIG. Figure 2 shows typical options for improving the design of antennas to expand the range properties of the antenna. Communication systems operating in the short-wave range of the radio frequency spectrum everywhere use vertical asymmetric vibrators (pins) of almost the same design. Their difference consists only in the fact that they use a different number of concentrated inductances 3 (L K ) included, as well as capacitive pins at the end of the radiating element of the
Вариант фиг. 2(a) представляет конструкцию штыря, работающего в узкой полосе частот, и содержит излучающий элемент 1 и заземлитель 2, к клеммам «а» и «б» антенны подключен генератор ~UA. Для судов разработана такая антенна:The embodiment of FIG. 2 (a) represents the design of a pin operating in a narrow frequency band and contains a
- судовая передающая антенна-штырь типа АС-8С, имеющая различные варианты исполнения в зависимости от их размещения и представленная в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 271-272, - Л.: изд. «Судостроение», 1990;- ship transmitting antenna-pin type AS-8C, having various options for implementation depending on their location and presented in the monograph “Ship antennas” M.V. Vershkova and O.B. Peacemaking on pp. 271-272, - L .: ed. "Shipbuilding", 1990;
- судовая передающая антенна под названием «Антенна - мачта», представляет собой изолированную от палубы мачту (как правило, с верхним питанием при заземленной мачте) высотой 25 метров, излучающий элемент - 1 и палуба судна - заземлитель - 2. Рабочий диапазон антенны от 1,5 МГц до 4,5 МГц. Антенна относится к аналогу «Антенна-мачта», патент №191651. СССР, МКИ H04d. «Антенна-мачта», патент №816355, СССР, МКИ H01Q 1/34. Недостатками антенны являются: очень малый коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот и большие массогабаритные характеристики.- a ship's transmitting antenna called “Antenna-mast”, is a mast isolated from the deck (usually with top feed with a grounded mast) 25 meters high, the radiating element is 1 and the ship deck is an
Вариант фиг. 2(б) представляет собой несимметричный вибратор с включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Z(R+jωLК). Длина излучающего элемента антенны =10 метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 4 до 25 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Широкополосная передающая антенна - 11» - ШПА-11 с RL - включением (представлена в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 139-141, - Л.: изд. «Судостроение», 1990). Недостатками антенны являются: неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массогабаритные характеристики.The embodiment of FIG. 2 (b) is an asymmetric vibrator with complex resistances Z (R + jωL K ) included in the wire break. The length of the radiating element of the antenna = 10 meters, the complex resistance is turned on at a height of about 7 meters. The operating range of the antenna is from 4 to 25 MHz. It is installed on all vessels under the name "Broadband Transmitting Antenna - 11" - ShPA-11 with RL - inclusion (presented in the monograph "Ship Antennas" by M.V. Vershkov and O. B. Mirotovsky on pages 139-141, - L. : ed. "Shipbuilding", 1990). The disadvantages of the antenna are: the uneven frequency response of the input impedance of the antenna and large weight and size characteristics.
Вариант фиг. 2(с) представляет собой несимметричный вибратор, подобный варианту фиг. 2(б) но отличающийся тем, что имеется емкостная нагрузка 4 на конце излучающего элемента антенны. Емкостная нагрузка компенсирует в верхней части диапазона индуктивное сопротивление антенны, чем расширяет диапазонные свойства антенны в сравнении с вариантом фиг. 2(б). Таким образом, антенна работает в диапазоне от 4 до 30 МГц. Недостатками антенны являются: неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массогабаритные характеристики.The embodiment of FIG. 2 (c) is an asymmetric vibrator similar to the embodiment of FIG. 2 (b) but characterized in that there is a
Вариант фиг. 2(д) представляет собой несимметричный вибратор, подобный варианту фиг. 2(б), но отличается тем, что сделана попытка удлинить излучающий элемент антенны включением третьей индуктивности. Удлинение позволяет использовать частоты от 3 до 25 МГц. Однако дополнительная реактивность снижает величину тока и понижает эффективность антенны. Более трех совместно используемых индуктивностей в антеннах не используют. Недостатками антенны являются: повышенное сопротивление антенны, неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массогабаритные характеристики.The embodiment of FIG. 2 (e) is an asymmetric vibrator similar to the embodiment of FIG. 2 (b), but differs in that an attempt is made to extend the radiating element of the antenna by turning on the third inductance. Extension allows the use of frequencies from 3 to 25 MHz. However, additional reactivity reduces the current and reduces the efficiency of the antenna. More than three shared inductances are not used in antennas. The disadvantages of the antenna are: increased antenna resistance, uneven frequency response of the antenna input impedance and large weight and size characteristics.
Вариант фиг. 2(е) представляет собой несимметричный вибратор с включенными в разрыв излучающего элемента провода комплексными сопротивлениями Z(R+jωLК). Длина излучающего элемента антенны =10 метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 5 до 30 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Импедансная многовибраторная передающая антенна - 11-2» - ШПА-11-2 с RL-включением и четырех вибраторов (патент СССР №285837, МКИ H01q 9/18). Для устранения неравномерности частотной характеристики входного сопротивления установлены дополнительно четыре штыря 5, которые обеспечивают выравнивание ее частотной характеристики в рабочем диапазоне частот от 5 до 30 МГц. Описание представлено в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 142-150 – Л.: изд. «Судостроение», 1990.The embodiment of FIG. 2 (e) is an asymmetric vibrator with complex resistances Z (R + jωL K ) included in the gap of the radiating wire element. The length of the radiating element of the antenna = 10 meters, the complex resistance is turned on at a height of about 7 meters. The operating range of the antenna is from 5 to 30 MHz. It is installed on all ships under the name “Impedance Multivibrator Transmitting Antenna - 11-2” - ShPA-11-2 with RL switching and four vibrators (USSR patent No. 285837,
Общим параметром перечисленных антенн является коэффициент бегущей волны, который находится в пределах от 0,3 до 0,4, поэтому КПД антенн очень низкий и находится в пределах 0,4 до 0,2.A common parameter of these antennas is the traveling wave coefficient, which is in the range from 0.3 to 0.4, so the antenna efficiency is very low and is in the range of 0.4 to 0.2.
Системы связи, работающие в коротковолновом диапазоне радиочастотного спектра, повсеместно используют вертикальные несимметричные вибраторы практически одинаковой конструкции. Их различие состоит только в том, что используют различное количество включенных сосредоточенно индуктивностей LК, а также емкостных штырей на конце антенны. При этом генератор электродвижущей силы ~UA возбуждает ток в излучающем элементе антенны, где элементами для настройки на заданный диапазон частот могут являться сосредоточенно включенные индуктивность LК и емкость С. Включение индуктивностей в качестве неоднородностей в электрическую схему вертикального несимметричного вибратора более трех не целесообразно. Обосновано это тем, что суммарная индуктивность увеличивает активное сопротивление провода и, как следствие, уменьшает величину тока в антенне.Communication systems operating in the short-wave range of the radio frequency spectrum everywhere use vertical asymmetric vibrators of almost the same design. Their difference consists only in the fact that they use a different number of concentrated inductances L K , as well as capacitive pins at the end of the antenna. In this case, the electromotive force generator ~ U A excites the current in the radiating element of the antenna, where the elements for tuning to a given frequency range may be the concentrated inductance L K and capacitance C. The inclusion of inductances as inhomogeneities in the electrical circuit of a vertical asymmetric vibrator of more than three is not advisable. This is justified by the fact that the total inductance increases the active resistance of the wire and, as a result, reduces the current in the antenna.
На диапазонные свойства оказывает влияние конструкция противовеса (заземлителя). Это связано с тем, что сопротивление заземлителя (противовеса) входит составной частью в сопротивление антенны: RA=RΣ++….The range properties are influenced by the design of the counterweight (ground electrode). This is due to the fact that the grounding resistance (counterweight) is part of the antenna resistance: R A = R Σ + + ....
В то же время на основании выражения можно видеть, что увеличение добротности антенны снижает рабочий диапазон. Добротность зависит от волнового сопротивления WA и активного сопротивления вибратора : QA=WA/RA.At the same time, on the basis of the expression, it can be seen that an increase in the quality factor of the antenna reduces the operating range. The quality factor depends on the wave impedance W A and the active resistance of the vibrator : Q A = W A / R A.
Таким образом, в разделе рассмотрены варианты типовых антенн и показаны особенности их конструктивных решений, позволяющих изменять диапазонные свойства. Эти примеры дают основание для дальнейшего изменения конструкции для совершенствования излучающих возможностей описанных антенн.Thus, the section describes the options for typical antennas and shows the features of their design solutions that allow changing range properties. These examples provide the basis for further design changes to improve the radiating capabilities of the described antennas.
Целью разработки полезной модели является установление постоянства тока в излучающем элементе антенны независимо от рабочей частоты и уменьшение массогабаритных характеристик антенны (уменьшения веса и размеров антенны). Это возможно на основании использования укороченных несимметричных вибраторов.The purpose of developing a utility model is to establish a constant current in the radiating element of the antenna regardless of the operating frequency and to reduce the overall dimensions of the antenna (reduce the weight and size of the antenna). This is possible through the use of shortened asymmetric vibrators.
Эффективность излучения коротких антенн.The radiation efficiency of short antennas.
Короткую антенну при определенных допусках можно рассматривать в качестве элементарного электрического излучателя. При этом мощность излучения для элементарного излучателя получается:A short antenna with certain tolerances can be considered as an elementary electric emitter. In this case, the radiation power for an elementary emitter is obtained:
Р∑=40π2I2 2 А/λ2, но P ∑ = 40π 2 I 2 2 A / λ 2 , but
где . Е/Н=120πWhere . E / N = 120π
Приравнивая выражения мощности излучения, можно получить:Equating the expressions of the radiation power, we can obtain:
На основании анализа выражений для магнитной Н и электрической Е составляющих следует, что:Based on the analysis of the expressions for magnetic H and electric E components, it follows that:
- напряженность поля, создаваемая вибратором, зависит от объема поля, в котором оно сосредоточено;- the field strength created by the vibrator depends on the volume of the field in which it is concentrated ;
- значение векторных величин Е и Н уменьшается с увеличением длины волны при неизменности геометрических размеров излучателя:- the value of the vector quantities E and H decreases with increasing wavelength while the geometric dimensions of the emitter remain unchanged:
- геометрические размеры антенны оказывают влияние на напряженность поля, поэтому, уменьшая размеры излучателя, для увеличения напряженности поля в объеме необходимо увеличение тока в антенне.- the geometric dimensions of the antenna affect the field strength, therefore, reducing the size of the emitter, to increase the field strength in the volume, an increase in the current in the antenna is necessary.
Последний пункт используется в основе разработки полезной модели укороченного несимметричного вибратора. Это значит, что при равных условиях, укорачивая антенну, необходимо увеличить ток в ней.The last point is used to develop a useful model of a shortened asymmetric vibrator. This means that under equal conditions, shortening the antenna, it is necessary to increase the current in it.
Поэтому в качестве прототипа использована модель варианта фиг. 2(б), которая представляет собой несимметричный вибратор с включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Z(R+jωLК). Длина излучающего элемента антенны =10 метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 4 до 25 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Широкополосная передающая антенна - 11» - ШПА-11 с RL-включением (представлена в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 139-141 – Л.: изд. «Судостроение», 1990). Недостатком антенны является: неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны, низкий КПД антенны (только на резонансной частоте ƒ0, т.е. когда 4⋅=λ0 и ƒ0=С/λ0, то КПД=0,4, а во всем остальном диапазоне меньше 0,4 и большие массогабаритные характеристики).Therefore, as a prototype, the model of the embodiment of FIG. 2 (b), which is an asymmetric vibrator with complex resistances Z (R + jωL K ) included in the wire break. The length of the radiating element of the antenna = 10 meters, the complex resistance is turned on at a height of about 7 meters. The operating range of the antenna is from 4 to 25 MHz. It is installed on all vessels under the name "Broadband Transmitting Antenna - 11" - ShPA-11 with RL inclusion (presented in the monograph "Ship Antennas" by M.V. Vershkov and O. B. Mirotovsky on pages 139-141 - L .: Publishing house "Shipbuilding", 1990). The disadvantage of the antenna is: uneven frequency response of the antenna input impedance, low antenna efficiency (only at the resonant frequency ƒ 0 , i.e. when 4⋅ = λ 0 and ƒ 0 = C / λ 0 , then the efficiency = 0.4, and in the rest of the range less than 0.4 and large mass and size characteristics).
Целью разработки полезной модели является создание условий работы антенны с постоянным КПД во всем диапазоне рабочих частот, что достигается за счет исправления неравномерности частотной характеристики входного сопротивления во всем диапазоне рабочих частот включением управляемого преобразователя импедансов или создание условий, при которых входное сопротивление в диапазоне частот было бы близким сопротивлению антенны в режиме собственной длины волны или управление значением входного сопротивления антенны в пределах, требуемых для постоянства тока в ней на любой частоте рабочего диапазона; что позволяет уменьшить длину излучающего элемента и вес антенны; т.е. создание укороченного несимметричного вибратора с параметрами не хуже существующего прототипа, на основе контроля входного сопротивления антенны величиной, требуемой для постоянства тока в ней на любой частоте рабочего диапазона.The purpose of the development of a utility model is to create an antenna operating condition with a constant efficiency in the entire range of operating frequencies, which is achieved by correcting the uneven frequency response of the input impedance in the entire range of operating frequencies by turning on a controlled impedance converter or creating conditions under which the input impedance in the frequency range close the resistance of the antenna in the mode of its own wavelength or control the value of the input impedance of the antenna in the range required For a constant current in it at any frequency of the operating range; which allows to reduce the length of the radiating element and the weight of the antenna; those. creation of a shortened asymmetric vibrator with parameters no worse than the existing prototype, based on monitoring the input impedance of the antenna with the value required for the constancy of current in it at any frequency of the operating range.
Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введено разделение несимметричного вибратора (фиг. 11), состоящего из двух частей: нижнего излучающего элемента 1 длиной и верхнего излучающего элемента 3 длиной , общая длина излучающего элемента вибратора 3 метра метра, верхний и нижние элементы несимметричного вибратора разделены на высоте 2,7 метра изолятором 2 длиной , точки M-N определяют размер вертикального сечения изолятора, или изолирующего элемента несимметричного вибратора и являются изолятором между нижним элементом 1 и верхним элементом 3, соединенных через управляемый преобразователь импедансов 15; управляемый преобразователь импедансов 15 содержит гиратор 11, преобразователь понижения частоты 9, преобразователь частота-напряжение 10 (фиг. 12 и фиг. 13); в полости цилиндра 1 (фиг. 11), таким образом, располагается система управления преобразования импедансов, содержащая: гиратор 11, преобразователь понижения частоты 9 и частота-напряжение 10. Система управления позволяет на основе использования преобразователей понижения частоты 9 и частота-напряжение 10 выполнять перестройку гиратора 11, т.е. его непосредственно входного индуктивного сопротивления, включаемого параллельно изолятору 2, или входного сопротивления антенны до величины, требуемой для постоянства тока в ней на любой частоте рабочего диапазона.This goal is achieved by the fact that additionally introduced the separation of the asymmetric vibrator (Fig. 11), consisting of two parts: the
Укороченные антенны по ряду причин имеют характеристики худшие по сравнению с антеннами, использующими режим собственной длины волны. Подробно причины ухудшения характеристик антенн при их электрической длине, значительно меньшей резонансной, описаны в ряде источников [1, 2, 3]. Однако не смотря на свои недостатки укороченные антенны получили широкое применение в силу того, что расположение полноразмерной антенны оказывается невозможным из-за недостатка рабочего пространства, неудовлетворительных массогабаритных характеристик или иных инженерных ограничений. Известно, что при длине несимметричного вибратора менее четверти длины волны (λ0/4), где λ0 - рабочая длина волны, входное сопротивление антенны приобретает очень малый емкостной характер [4, 5], поэтому для обеспечения хорошего согласования антенны с фидером применяют различные способы компенсации емкостного сопротивления или его увеличения при неизменности индуктивного сопротивления.Shortened antennas, for a number of reasons, have worse characteristics than antennas using the natural wavelength mode. The reasons for the deterioration of the characteristics of antennas with their electric length much shorter than the resonance are described in detail in a number of sources [1, 2, 3]. However, despite its shortcomings, shortened antennas are widely used due to the fact that the location of a full-sized antenna is impossible due to a lack of working space, unsatisfactory weight and size characteristics, or other engineering restrictions. It is known that when the length of the monopole less than a quarter wavelength (λ 0/4), where λ 0 - operating wavelength, the input resistance of the antenna becomes very small capacitive [4, 5], and therefore used to ensure a good matching of the antenna to the feeder various ways to compensate for capacitive resistance or its increase with the constancy of inductive resistance.
Далее рассмотрим способ изменения емкостного сопротивления включением удлиняющей катушки индуктивности в цепь несимметричного вибратора. Для подбора соответствующего номинала индуктивности удлиняющей катушки, прежде всего, необходимо определить статическую емкость и волновое сопротивление антенны [6].Next, we consider a method of changing capacitance by including an extension inductor in an asymmetric vibrator circuit. To select the appropriate nominal inductance of the extension coil, first of all, it is necessary to determine the static capacitance and wave resistance of the antenna [6].
Расчет емкости несимметричного вибратора выполним методом Хоу (Howe), дающим погрешность порядка 5%. Для этого представим несимметричный вибратор в виде цилиндрического проводника длиной , заряженного до потенциала U. Емкость этого проводника С есть отношение его заряда Q к потенциалу U (1).The calculation of the capacitance of an asymmetric vibrator is performed by the Howe method, which gives an error of about 5%. To do this, imagine an asymmetric vibrator in the form of a cylindrical conductor of length charged to potential U. The capacity of this conductor C is the ratio of its charge Q to potential U (1).
Потенциал в различных точках проводника имеет одинаковое значение, однако плотность заряда распределена неравномерно и возрастает по мере удаления от центра провода, особенно резко изменяясь на его концах. Тем не менее относительно небольшое изменение поверхностной плотности заряда на достаточно большой части проводника положено в основу метода Хоу, поэтому будем считать поверхностную плотность заряда неизменной во всех точках провода. Присвоив этому параметру произвольное значение, найдем потенциал, который будет иметь переменное значение по длине проводника, а для устранения возникшего несоответствия усредним найденное значение потенциала, и воспользовавшись формулой (1), найдем емкость антенны.The potential at different points of the conductor has the same value, however, the charge density is unevenly distributed and increases with distance from the center of the wire, especially changing sharply at its ends. Nevertheless, a relatively small change in the surface charge density on a sufficiently large part of the conductor is the basis of the Howe method, therefore, we assume that the surface charge density is unchanged at all points of the wire. Assigning an arbitrary value to this parameter, we find the potential that will have a variable value along the length of the conductor, and to eliminate the inconsistency, average the found potential value, and using formula (1), we find the antenna capacity.
Для определения потенциала длинного круглого провода от собственного заряда воспользуемся формулой (2).To determine the potential of a long round wire from its own charge, we use the formula (2).
Для строгого решения задачи необходимо решить интегральное уравнение, в котором поверхностная плотность заряда q является функцией координаты z, a ϕ=const, R - расстояние от влияющей точки до рассматриваемой. В данном случае мы наоборот полагаем q=const и находим ϕ.For a rigorous solution of the problem, it is necessary to solve the integral equation in which the surface charge density q is a function of the coordinate z, and ϕ = const, R is the distance from the influencing point to the considered one. In this case, on the contrary, we set q = const and find ϕ.
Возьмем произвольную точку 0 на оси провода (Фиг. 3), отстоящую от его левого конца на α и от правого конца на (1-α). Тогда на элементе с бесконечно малой длиной dz на расстоянии z от начала координат возникнет элементарный потенциал dU, создаваемый зарядом этого элемента. Расстояние от начала координат до поверхности элемента определяется выражением (3):Let us take an
где r - радиус провода. Заряд на элементе dz равен qdz (q - заряд на единицу длины), поэтому элементарный потенциал в нулевой точке вычисляется согласно (4):where r is the radius of the wire. The charge on the element dz is qdz (q is the charge per unit length), therefore, the elementary potential at the zero point is calculated according to (4):
Полный потенциал в точке 0 получим, проинтегрировав (4) по длине провода, т.е. от α до (1-α):We obtain the full potential at
Интегральную функцию (4) можно свести к логарифмической, как это показано в [5]:The integral function (4) can be reduced to a logarithmic function, as shown in [5]:
Графически изменение потенциала Uα вдоль провода показано на фиг. 5, где функция Uα нормирована. Как видно из фиг. 4, потенциал меняется вдоль провода. Для получения среднего значения потенциала необходимо проинтегрировать функцию (5) по α, т.е. найти интеграл (6):Graphically, the change in potential U α along the wire is shown in FIG. 5, where the function U α is normalized. As can be seen from FIG. 4, the potential varies along the wire. To obtain the average value of the potential, it is necessary to integrate function (5) over α, i.e. find the integral (6):
Учитывая, что полную длину провода охватим при α=1, окончательно получим:Given that we cover the full length of the wire at α = 1, we finally get:
Теперь, пользуясь выражением (1), найдем емкость провода:Now, using expression (1), we find the capacitance of the wire:
Так, например, емкость трехметрового провода радиусом 8⋅10-4 м составит 2,107⋅10-11 Фарад, а его погонная емкость 7,023⋅10-12 Фарад/метр соответственно.So, for example, the capacity of a three-meter wire with a radius of 8⋅10 -4 m is 2.107⋅10 -11 Farad, and its linear capacity is 7.023⋅10 -12 Farad / meter, respectively.
Известная величина погонной емкости дает возможность рассчитать волновое сопротивление антенны ρ[6] по формуле (8):The known value of linear capacitance makes it possible to calculate the wave impedance of the antenna ρ [6] according to the formula (8):
где с - скорость света в вакууме, Спог - погонная емкость провода.where c is the speed of light in vacuum, C pog is the linear capacity of the wire.
Теперь согласно [6] имеем все входные данные для расчета индуктивности удлинительной катушки. На фиг. 5 показана схема для расчета удлиняющей катушки в несимметричном вибраторе. Резонансная величина индуктивности рассчитывается по формуле (9):Now, according to [6], we have all the input data for calculating the inductance of the extension coil. In FIG. 5 shows a diagram for calculating an extension coil in an asymmetric vibrator. The resonance value of the inductance is calculated by the formula (9):
где m=ω/с=2π/λ - волновое число; ω=2πƒ - циклическая частота. Также можно найти распределение тока в проводе, согласно выражений (10):where m = ω / s = 2π / λ is the wave number; ω = 2πƒ is the cyclic frequency. You can also find the current distribution in the wire, according to expressions (10):
где IA - амплитуда тока на входе антенны, а I1 и I2 - токи в верхней и нижней частях несимметричного вибратора.where I A is the amplitude of the current at the antenna input, and I 1 and I 2 are the currents in the upper and lower parts of the asymmetric vibrator.
Распределение токов по вибратору графически показано на фиг. 6, где верхняя кривая отображает распределение тока при включении удлинительной катушки, а нижняя кривая - при ее отсутствии. Для примера функции распределения токов вычислены исходя из рабочей длины волны 30 м, длины вибратора 3 м, и точки включения удлинительной катушки 2,25 м от источника. В месте включения удлинительной катушки производная функция тока претерпевает разрыв, а сама функция имеет форму близкую к трапецеидальной. Как видно из сравнения распределения токов, наличие катушки индуктивности дает выигрыш в силе тока, протекающего по антенне, что позволяет увеличить коэффициент усиления антенны. Количественно данный эффект можно оценить, вычислив разность интегралов соответствующих функций тока по длине вибратора, что эквивалентно разности площадей под кривыми, отображающими распределение токов в антенне. Аналитически это описывается выражением (11):The current distribution over the vibrator is graphically shown in FIG. 6, where the upper curve shows the current distribution when the extension coil is turned on, and the lower curve when it is absent. For example, the current distribution functions are calculated based on an operating wavelength of 30 m, a vibrator length of 3 m, and an extension point of an extension coil of 2.25 m from the source. At the point of inclusion of the extension coil, the derivative function of the current undergoes discontinuity, and the function itself has a shape close to trapezoidal. As can be seen from a comparison of the current distribution, the presence of an inductor gives a gain in the strength of the current flowing through the antenna, which allows to increase the antenna gain. Quantitatively, this effect can be estimated by calculating the difference in the integrals of the corresponding current functions along the length of the vibrator, which is equivalent to the difference in the areas under the curves showing the current distribution in the antenna. This is analytically described by expression (11):
Как видно из фиг. 7, разность интегральных функций тока (11) линейно возрастает при удалении катушки от источника. Поэтому больший эффект можно получить при установке катушки индуктивности ближе к краю вибратора, однако при этом в ней возрастает сопротивление потерь, поэтому имеет смысл выбора точки подключения катушки таким образом, чтобы сопротивление потерь было меньше сопротивления излучения.As can be seen from FIG. 7, the difference in the integral functions of the current (11) increases linearly with the distance of the coil from the source. Therefore, a greater effect can be obtained by installing the inductor closer to the edge of the vibrator, however, in this case, the loss resistance increases in it, so it makes sense to choose the connection point of the coil so that the loss resistance is less than the radiation resistance.
Сопротивление излучения и сопротивление потерь можно найти из выражений (12) и (13) соответственно.The radiation resistance and loss resistance can be found from expressions (12) and (13), respectively.
Формула (13) дает возможность оценить пути снижения сопротивления потерь. Во-первых, необходимо понижать волновое сопротивление, что достигается повышением емкости антенны за счет утолщения проволочных элементов, а именно выполнение их в виде толстых труб или набора проводов. Во-вторых, можно увеличивать добротность удлинительной катушки, но на практике значения добротности выше 500 получить весьма проблематично, поэтому предлагается в качестве индуктивного элемента использовать гиратор, подбором сопротивлений в цепи которого возможно достичь добротности в несколько тысяч единиц. На фиг. 8 видно, что при больших значениях добротности индуктивного элемента его можно расположить достаточно далеко от источника, тем самым получив значительный выигрыш в мощности излучения. Схема гиратора изображена на фиг. 13.Formula (13) makes it possible to evaluate ways to reduce the loss resistance. Firstly, it is necessary to lower the wave impedance, which is achieved by increasing the antenna capacity due to the thickening of the wire elements, namely, their implementation in the form of thick pipes or a set of wires. Secondly, it is possible to increase the quality factor of an extension coil, but in practice the quality factor above 500 is very difficult to obtain, therefore, it is proposed to use a gyrator as an inductive element, by selecting resistances in the circuit of which it is possible to achieve a quality factor of several thousand units. In FIG. Figure 8 shows that at high values of the Q factor of the inductive element, it can be located far enough from the source, thereby obtaining a significant gain in the radiation power. The gyrator circuit is shown in FIG. 13.
Для данной схемы гиратора справедливы соотношения (14) и (15):For this gyrator circuit, relations (14) and (15) are valid:
Кроме положительного влияния на коэффициент усиления, включение дополнительного элемента вызывает снижение КПД антенны, которое также зависит от добротности удлиняющей индуктивности. Для расчета КПД необходимо вычислить отношение сопротивления излучения к полному сопротивлению антенны, т.е. провести расчеты по формуле (16):In addition to a positive effect on the gain, the inclusion of an additional element causes a decrease in the antenna efficiency, which also depends on the quality factor of the extending inductance. To calculate the efficiency, it is necessary to calculate the ratio of the radiation resistance to the antenna impedance, i.e. carry out calculations according to the formula (16):
Графически КПД антенны при различных значениях QL представлены на фиг. 9.Graphically, the antenna efficiency at various values of Q L is shown in FIG. 9.
Оценить выигрыш в излучаемой мощности можно, воспользовавшись простым выражением (17):The gain in radiated power can be estimated using the simple expression (17):
где I1, I2 - интегральные функции токов в плече вибратора (без включения индуктивности и с включенной индуктивностью соответственно), R1, R2 - полные активные сопротивления антенн.where I 1 , I 2 are the integral functions of the currents in the vibrator arm (without turning on the inductance and with the inductance turned on, respectively), R 1 , R 2 are the total active resistances of the antennas.
Как видно из графиков на фиг. 10, выигрыш мощности при низкой добротности индуктивного элемента отрицателен для любой координаты точки включения в плечо вибратора, то есть имеем потери мощности, так как рост сопротивления потерь опережает рост сопротивления излучения. Повышая добротность, получаем возможность расположить индуктивный элемент все дальше от источника, тем самым увеличивая выигрыш излучаемой мощности.As can be seen from the graphs in FIG. 10, the power gain at a low Q factor of the inductive element is negative for any coordinate of the point of inclusion in the arm of the vibrator, that is, we have power losses, since the increase in the loss resistance exceeds the growth in the radiation resistance. Increasing the quality factor, we get the opportunity to position the inductive element farther from the source, thereby increasing the gain of the radiated power.
Приравняв производную функции (17) по координате к нулю, можно найти точку расположения индуктивного элемента, дающую максимальный выигрыш в излучаемой мощности, такой точкой для несимметричного вибратора является точка на высоте 2,7 метра для трехметрового вибратора.Equating the derivative of function (17) with respect to the coordinate to zero, we can find the location point of the inductive element that gives the maximum gain in the radiated power, such a point for an asymmetric vibrator is a point at a height of 2.7 meters for a three-meter vibrator.
Таким образом, рассмотренный вариант исполнения укороченной антенны с системой управления преобразователем импедансов 15 (фиг. 11 и фиг. 12) дает возможность повысить мощность излучения, как показывают расчеты, при высокой добротности индуктивного элемента, включенного в цепь тока антенны, при этом потери достаточны минимальны. Индуктивное сопротивление, перестраевоемое по частоте, можно создать на основе использования управляемого гиратора или системы управления преобразователем импедансов 15. Следовательно, можно заменить 10-метровый несимметричный вибратор трехметровым несимметричным вибратором поддержанием заданных параметров тока, как это доказано выполненными выше исследованиями.Thus, the considered embodiment of the shortened antenna with the control system of the impedance converter 15 (Fig. 11 and Fig. 12) makes it possible to increase the radiation power, as calculations show, with a high figure of merit of the inductive element included in the antenna current circuit, while the losses are minimal enough . Frequency tunable inductance can be created using a controlled gyrator or an impedance
На фиг. 13 реализован принцип управляемого устройства в виде преобразователя импедансов (гиратор) 11, который обеспечивает режим собственной длины волны для несимметричного вибратора путем изменения индуктивного сопротивления в зависимости от частоты работы антенны. Преобразователь импедансов (гератор) 11 представлен на фиг. 13, содержит первый ОУ1 и второй ОУ 2 операционные усилители, резисторы: первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый R4, нагрузочную емкость С и варикап Вп; при этом управляемый вход преобразователя импедансов (гиратор) 11 соединен с положительным входом второго операционного усилителя ОУ2 через варикап Вп, отрицательный вход второго операционного усилителя ОУ2 параллельно соединен с отрицательным входом первого операционного усилителя ОУ1 и через третий резистор R3 с земляным проводом, а через четвертый резистор R4 отрицательный вход второго операционного усилителя ОУ2 соединен с выходом первого операционного усилителя ОУ1; первый выход преобразователя импедансов (гиратора) 11 соединен с положительным входом ОУ1; выход первого операционного усилителя ОУ1 соединен через второй резистор R2 параллельно с положительным входом второго операционного усилителя ОУ2, с нагрузочной емкостью С и с выходом варикапа Вп; второй выход преобразователя импедансов (гиратора) 11 соединен параллельно с отрицательным входом первого операционного усилителя ОУ1; положительный вход первого операционного усилителя ОУ1 соединен с через первый резистор R1 параллельно с нагрузочной емкостью С и с выходом второго операционного усилителя ОУ2.In FIG. 13, the principle of a controlled device in the form of an impedance converter (gyrator) 11 is implemented, which provides an intrinsic wavelength mode for an asymmetric vibrator by changing the inductive resistance depending on the frequency of the antenna. An impedance converter (herator) 11 is shown in FIG. 13, contains the first op-amp 1 and the second op-amp 2; operational amplifiers, resistors: the first R1, second R2, third R3 and fourth R4, load capacitance C and varicap Vp; the controlled input of the impedance converter (gyrator) 11 is connected to the positive input of the second operational amplifier OU2 through varicap Vp, the negative input of the second operational amplifier OU2 is parallelly connected to the negative input of the first operational amplifier OU1 and through the third resistor R3 with an earth wire, and through the fourth resistor R4 the negative input of the second operational amplifier OU2 is connected to the output of the first operational amplifier OU1; the first output of the impedance converter (gyrator) 11 is connected to the positive input of the OS1; the output of the first operational amplifier OU1 is connected through a second resistor R2 in parallel with the positive input of the second operational amplifier OU2, with a load capacity C and with the output of the varicap Vp; the second output of the impedance converter (gyrator) 11 is connected in parallel with the negative input of the first operational amplifier OU1; the positive input of the first operational amplifier OU1 is connected to through the first resistor R1 in parallel with the load capacitance C and to the output of the second operational amplifier OU2.
Принцип работы преобразователя импеданса (гиратора) представлен в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника» - М.: изд. Мир, 1983 г., раздел 12.6, стр. 180-183.The principle of operation of the impedance converter (gyrator) is presented in the literature of the authors U. Titze, K. Schenk "Semiconductor circuitry" - M .: ed. Mir, 1983, section 12.6, pp. 180-183.
Преобразователь импедансов (гиратор) 11 (фиг. 13) позволяет преобразовать реактивное сопротивление нагрузочной емкости С в индуктивное сопротивление на симметричном выходе 1-2 преобразователя импедансов (гиратора) 11, причем это сопротивление зависит от величины напряжения, подаваемого через вход преобразователя 11 (фиг. 13), через варикап Вп на положительный вход второго операционного усилителя ОУ2. Нагрузочная емкость С действием изменяющегося емкостного сопротивления варикапа Вп при изменении на нем приложенного напряжения изменяет величину нагрузочной емкости на входе ОУ2. И, следовательно, меняется величина индуктивного сопротивления на выходах один-два 1-2 преобразователя импедансов 11. Таким образом, осуществляется регулировка индуктивного сопротивления преобразователя импедансов (гиратора) 11 (фиг. 13). При этом положительный вход первого операционного усилителя соединен параллельно с первым выходом, а через первый резистор с выходом второго операционного усилителя и через нагрузочную емкость с положительным входом второго операционного усилителя; положительный вход второго операционного усилителя соединен параллельно через второй резистор с выходом первого операционного усилителя, а через варикап с входом гиратора; выход первого операционного усилителя соединен через четвертый резистор с отрицательным входом первого операционного усилителя; отрицательный вход первого операционного усилителя соединен параллельно со вторым выходом гиратора, также с отрицательным входом второго операционного усилителя, а через третий резистор с земляным проводом.The impedance converter (gyrator) 11 (Fig. 13) allows you to convert the reactance of the load capacitance C into inductive resistance at the symmetric output 1-2 of the impedance converter (gyrator) 11, and this resistance depends on the voltage supplied through the input of the converter 11 (Fig. 13). 13), through the varicap VP to the positive input of the second operational amplifier OU2. Load capacity With the action of the varying capacitance of the varicap Vp, when the applied voltage changes on it, it changes the value of the load capacity at the input of OS2. And, therefore, the magnitude of the inductive resistance at the outputs of one or two 1-2
Преобразователь реактивного сопротивления или гиратор позволяет преобразовать емкость нагрузочную С (фиг. 13) в индуктивность на выходе один-два 1-2 гиратора, обеспечив перестройку входного индуктивного сопротивления антенны, иными словами, удлинять или укорачивать длину антенны, настраивая антенну в резонанс с частотой генератора. Создать такую индуктивность достаточно сложно, так как будет иметь большой вес и очень значительные габариты элементов индуктивности L и емкости С. Расчет необходимой индуктивности L0 параллельного колебательного контура для приема диапазона рабочих частот радиоприема электромагнитных полей проводится в соответствии с формулой , зная емкость С у гиратора (фиг. 13) можно определить индуктивность, исходя из параметров гиратораA reactance converter or a gyrator allows you to convert the load capacitance C (Fig. 13) into an inductance at the output of one or two 1-2 gyrators, ensuring the tuning of the input inductive resistance of the antenna, in other words, to extend or shorten the length of the antenna, tuning the antenna in resonance with the generator frequency . It is quite difficult to create such an inductance, since it will have a large weight and very significant dimensions of the inductance elements L and capacitance C. The necessary inductance L 0 of the parallel oscillatory circuit is calculated to receive the operating frequency range of the electromagnetic field radio reception in accordance with the formula knowing the capacitance C at the gyrator (Fig. 13), it is possible to determine the inductance based on the parameters of the gyrator
L0=(R1⋅R2⋅R4⋅C)/R3, где L0 - в Гн, R - в Омах, С - в наноФарадах.L 0 = (R1⋅R2⋅R4⋅C) / R3, where L 0 - in H, R - in Ohms, C - in nanoFarads.
Параллельно емкости С включен варикап Вп, который позволяет изменять нагрузочную емкость в зависимости от подаваемого напряжения на варикап в пределах до 300 пФ, при необходимости увеличения емкости следует включать блок варикапов вместо одного. Работа варикапа представлена на стр. 24, раздел 3.3, в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника» - М.: изд. Мир, 1983 г. Принцип управления изменением индуктивного сопротивления на выходе гиратора показан в журнале «Радио» №11, за 1996 г., автором Петин Г.П. «Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах». Управление гиратором представлено на фиг. 12 и осуществляется напряжением частоты генератора UA (передающего устройства 1), возбуждающего антенну. Напряжение генератора поступает на вход преобразователя понижения частоты 9 (фиг. 12). Понижение частоты необходимо для устойчивой работы преобразователей реактивного сопротивления, их работа критична к разности фаз операционных усилителей ОУ1 и ОУ2 (фиг. 13). Понижение частоты не сказывается на их работу, так как после преобразователя понижения частоты 9 установлен преобразователь частота-напряжение 10.In parallel to the capacitance C, a Vic varicap is included, which allows you to change the load capacitance depending on the applied voltage to the varicap up to 300 pF, if necessary, increase the capacitance should include a varicap block instead of one. The work of the varicap is presented on page 24, section 3.3, in the literature of the authors W. Titze, K. Schenk "Semiconductor circuitry" - M .: ed. Mir, 1983. The principle of controlling the change in inductance at the output of the gyrator is shown in the
Конструкция и принцип работы укороченного несимметричного вибратора.Design and principle of operation of a shortened asymmetric vibrator.
Несимметричный вибратор (фиг. 11) состоит из двух частей: нижнего излучающего элемента 1 длиной и верхнего излучающего элемента 3 длиной , имеет общую длину двух излучающих элементов вибратора метра, общая длина излучающих элементов несимметричного вибратора разделена на высоте 2,7 метра изолятором 2 длиной , точки разделения излучающих элементов 1 и 3 несимметричного вибратора изолятором 2 соединены через систему управления преобразования импедансов 15; система управления преобразования импедансов 15 содержит гиратор 11, преобразователь понижения частоты 9, преобразователь частота-напряжение 10 (фиг. 12 и фиг. 13).The asymmetric vibrator (Fig. 11) consists of two parts: the
На фиг. 11 представлена модель конструкции укороченного несимметричного вибратора для использования на судах. Генератор высокочастотного напряжения 4 обеспечивает заданный режим работы усилителя мощности 5. Усилитель мощности и генератор расположены внутри корпуса судна 14. Антенна, несимметричный вибратор, соединена с выходом усилителя мощности 5 коаксиальным кабелем 6 через кабельный канал в корпусе судна 14. Несимметричный вибратор располагается на изоляторе 7, размещенном в корпусе антенны 12. Корпус антенны 12 закреплен болтовым соединением 13 с корпусом судна 14. Коаксиальный кабель 6 центральной жилой соединен параллельно из точки «а» с основанием нижнего излучающего элемента несимметричного вибратора 1 в точках К-К и с входом преобразователя понижения частоты 9. Экранная оболочка коаксиального кабеля 6 соединена с корпусом судна 14. Выход преобразователя понижения частоты 9 соединен с гиратором 11 через преобразователь частота-напряжение 10. Первый выход гиратора 11 соединен в точке N с основанием верхнего излучающего элемента 3 несимметричного вибратора на высоте 2,7 метра относительно нижнего излучающего элемента, а второй выход гиратора 11 соединен в точке М в верхней части нижнего излучающего элемента несимметричного вибратора 1.In FIG. 11 shows a design model of a shortened asymmetric vibrator for use on ships. The high-
Напряжение заданной частоты ƒ1 высокочастотного генератора 4 поступает на вход усилителя мощности 5, последний обеспечивает требуемое усиление для поддержания необходимой мощности на входе несимметричного вибратора, состоящего из двух проводящих частей: нижнего излучающего элемента 1 и верхнего излучающего элемента 3, и изоляции 2 между ними. В действительности несимметричный вибратор состоит из трех частей: нижнего излучающего элемента 1 длиной 2,7 метра, выполнен в виде металлического цилиндра, внутри которого располагается система управления преобразования импедансов 15, которая содержит: гиратор 11, преобразователь частота-напряжение 10 и преобразователь понижения частоты 9; средней части антенны несимметричного вибратора - изолятора 2 и верхнего излучающего элемента несимметричного вибратора 3 в виде цельнометаллического стержня длиной 30 см. С выхода усилителя мощности 5 напряжение частотой ƒ1 поступает по коаксиальному кабелю 6, подключенному центральной жилой через точку «а» к основанию несимметричного вибратора к точкам К-К, в его нижней части нижнего излучающего элемента цилиндрической формы. Параллельно центральная жила коаксиального кабеля точкой «а» соединена с входом преобразователя понижения частоты 9. Приложенное напряжение к цилиндрическому основанию нижнего излучающего элемента 1 антенны приводит к появлению тока в цилиндрической части антенны. Одновременно приложенное напряжение частотой ƒ1 через систему управления преобразования импедансов 15 (фиг. 12) обеспечивает соединение точек М и N через индуктивное сопротивление, необходимое для обеспечения режима собственной длинны антенны (Ранее было указано, что режим работы с параметрами 4⋅=λ0; ƒ0=С/λ0 называется режимом собственной длины волны антенны). Режим работы обеспечивает заданное условие для частоты генератора 4 - ƒ1. Учитывая, что гиратор 11 обеспечивает подключение к точкам М и N, заданную величину индуктивного сопротивления без потерь, образованный колебательный контур антенной и выходом гиратора имеет высокую добротность и, следовательно, антенна имеет значительные токи, чем достигается высокий КПД. При перестройке генератора 4 на частоту ƒ2, не равную ƒ1, происходит изменение индуктивного сопротивления между точками М и N за счет работы системы управления преобразования импедансов 15.The voltage of a given frequency ƒ 1 of the high-
Совокупность существенных признаков заявляемого устройства обеспечит достижение поставленной цели. Авторам не известны технические решения из области радиосвязи, антенной техники, содержащие признаки, эквивалентные отличительным признакам заявляемого устройства. Авторам неизвестны технические решения из других областей техники, обладающие свойствами заявляемого технического решения. Таким образом, заявляемое техническое решение, по мнению авторов, обладает критерием существенных признаков.The set of essential features of the claimed device will ensure the achievement of the goal. The authors are not aware of technical solutions from the field of radio communications, antenna technology, containing signs equivalent to the hallmarks of the claimed device. The authors are not aware of technical solutions from other areas of technology that have the properties of the claimed technical solution. Thus, the claimed technical solution, according to the authors, has the criterion of essential features.
Список литературыBibliography
1. Гончаренко И.В. Антенны KB и УКВ. Часть II. Основы и практика. - М.: ИП РадиоСофт, 2005. - 288 с.1. Goncharenko I.V. Antennas KB and VHF. Part II Basics and practice. - M .: IP RadioSoft, 2005 .-- 288 p.
2. Schelkunoff S.A., Friis Н.Т. Antennas - New York: John Wiley & Sons, Inc., 1952. 603 c.2. Schelkunoff S.A., Friis N.T. Antennas - New York: John Wiley & Sons, Inc., 1952.603 c.
3. Balanis C.A. Modern antenna handbook, New York: John Wiley & Sons, Inc., 2008 1680 c.3. Balanis C.A. Modern antenna handbook, New York: John Wiley & Sons, Inc., 2008 1680 c.
4. Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны. - M.: Связьиздат, 1962. - 562 с.4. Eisenberg G.Z. Shortwave antennas. - M .: Svyazizdat, 1962 .-- 562 p.
5. Пистолькорс А.А. Антенны. - М.: Связьиздат, 1947. - 479 с.5. Pistolkors A.A. Antennas - M .: Svyazizdat, 1947 .-- 479 p.
6. Муравьев Ю.К. Справочник по расчету проволочных антенн. – Л.: ВАС, 1978. 392 с.6. Muravyov Yu.K. Handbook for calculating wire antennas. - L .: YOU, 1978. 392 p.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016140748U RU169100U1 (en) | 2016-10-17 | 2016-10-17 | REDUCED ASYMMETRIC VIBRATOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016140748U RU169100U1 (en) | 2016-10-17 | 2016-10-17 | REDUCED ASYMMETRIC VIBRATOR |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU169100U1 true RU169100U1 (en) | 2017-03-03 |
Family
ID=58450160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016140748U RU169100U1 (en) | 2016-10-17 | 2016-10-17 | REDUCED ASYMMETRIC VIBRATOR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU169100U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724294C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-06-22 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Transmitting antenna system of slw, lw and mw ranges |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU285837A1 (en) * | М. В. Вершков, В. Д. Евграфов , Т. А. Онищенко | SHORT WAVE ANTENNA | ||
SU816355A1 (en) * | 1979-11-30 | 1985-12-23 | Предприятие П/Я А-3644 | Mast antenna |
CN203377369U (en) * | 2013-07-24 | 2014-01-01 | 南京海善达信息科技有限公司 | Short wave active receiving antenna |
RU156521U1 (en) * | 2014-12-30 | 2015-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | SHIP TRANSMITTING ANTENNA SYSTEM |
-
2016
- 2016-10-17 RU RU2016140748U patent/RU169100U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU285837A1 (en) * | М. В. Вершков, В. Д. Евграфов , Т. А. Онищенко | SHORT WAVE ANTENNA | ||
SU816355A1 (en) * | 1979-11-30 | 1985-12-23 | Предприятие П/Я А-3644 | Mast antenna |
CN203377369U (en) * | 2013-07-24 | 2014-01-01 | 南京海善达信息科技有限公司 | Short wave active receiving antenna |
RU156521U1 (en) * | 2014-12-30 | 2015-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | SHIP TRANSMITTING ANTENNA SYSTEM |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2724294C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-06-22 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Transmitting antenna system of slw, lw and mw ranges |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3742511A (en) | Low-loss antenna system with counterpoise insulated from earth | |
RU2178604C2 (en) | Small-size antenna for portable radio communication device | |
JP3658639B2 (en) | Surface mount type antenna and radio equipped with the antenna | |
US3823403A (en) | Multiturn loop antenna | |
RU156521U1 (en) | SHIP TRANSMITTING ANTENNA SYSTEM | |
RU154886U1 (en) | SMALL VIBRATOR ANTENNA OF SYSTEMS OF DATA TRANSMISSION NETWORK IN THE RANGE OF MEDIUM AND INTERMEDIATE WAVES | |
JP2002076750A (en) | Antenna device and radio equipment equipped with it | |
US2875443A (en) | Antenna | |
SE512062C2 (en) | Method and apparatus for improving the efficiency and bandwidth of an antenna on a portable equipment | |
JPH10284919A (en) | Antenna system | |
US4939525A (en) | Tunable short monopole top-loaded antenna | |
Noguchi et al. | A compact broad-band helical antenna with two-wire helix | |
RU162399U1 (en) | SHIP TRANSMITTING ANTENNA SYSTEM | |
US3689928A (en) | Multi-band tunable halfwave whip antenna | |
RU169100U1 (en) | REDUCED ASYMMETRIC VIBRATOR | |
RU160079U1 (en) | SHIP TRANSMITTING ANTENNA SYSTEM - 3 | |
RU160164U1 (en) | SHIP TRANSMITTING ANTENNA SYSTEM - 2 | |
RU168941U1 (en) | SHIP TRANSMITTING ANTENNA SYSTEM - 4 | |
CN101916916B (en) | Dual-band antenna | |
RU162882U1 (en) | ANTENNA WITH FUNCTION OF DYNAMIC CHANGE OF TRANSMITTING CHARACTERISTICS | |
Adams et al. | Tuning method for a new electrically small antenna with low $ Q$ | |
Liashuk et al. | Small monopole transceiver antenna for medium frequencies | |
US3510872A (en) | Compact high frequency transportable special antenna system | |
KR100861865B1 (en) | Wireless terminal | |
RU2828603C1 (en) | Dual-band vhf stripline antenna |