RU2144247C1

RU2144247C1 - Coaxial dipole

Info

Publication number: RU2144247C1
Application number: RU99107090A
Authority: RU
Inventors: С.М. Алексеев; И.В. Петров; О.В. Попов; А.В. Терентьев; Л.А. Холодкова; В.П. Чернолес
Original assignee: Военный университет связи
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-01-10

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: dipole used for developing ultrashort-wave transceiver antennas nondirectional in azimuthal plane for vehicle-mounted broad-band radio sets has three coaxial metal cylinders 1, 2, 3 mounted in a spaced relation with metal rod installed coaxially in inner space of each cylinder. Metal sleeves 5 and 6 are mounted coaxially to metal cylinders 1 and 2. Third metal sleeve 7 is mounted coaxially to cylinders 1 and 5 and is conductively coupled with metal rod 4 and metal screen 11. Coaxial feeder 8 is connected through its sheath to metal rod 4 at air gap and through central conductor, to metal sleeve 3. Dipole dimensions ensuring matching in more than three-fold frequency band at standing-wave ratio lower than 3 are given in description of invention. EFFECT: provision for broad-band operation at adequate matching characteristics. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, и, в частности, заявляемый коаксиальный вибратор может использоваться в качестве ненаправленной в азимутальной плоскости приемопередающей антенны совместно с широкодиапазонными ультракоротковолновыми (УКВ) радиостанциями. The invention relates to the field of radio engineering, in particular to antenna technology, and, in particular, the inventive coaxial vibrator can be used as a non-directional in the azimuthal plane of the transceiver antenna in conjunction with wide-band ultra-short-wave (VHF) radio stations.

Известны ненаправленные УКВ-вибраторы, описанные, например, в книге: Гвоздев И. Н. и др. Характеристики антенн радиосистем связи. - Л:, ВАС, с. 185-191. Известные антенны представляют собой различные конструкции несимметричных вибраторов с противовесами, устанавливаемые на мачтах. Они имеют ненаправленные характеристики излучения (приема), что обеспечивает возможность их использования в сетях с неориентированными в азимутальной плоскости корреспондентами. Undirectional VHF vibrators are known, described, for example, in the book: Gvozdev I.N. et al. Characteristics of antennas of radio communication systems. - L :, YOU, p. 185-191. Known antennas are various designs of asymmetric counterbalanced vibrators mounted on the masts. They have non-directional characteristics of radiation (reception), which ensures the possibility of their use in networks with non-oriented in the azimuthal plane correspondents.

Однако известные аналоги имеют низкий коэффициент усиления (КУ). However, the known analogues have a low gain (KU).

Известен также коаксиальный вибратор, описанный в книге: Вершков М.В., Миротворский О. Б. Судовые антенны. - Л:, Судостроение, 1990, с. 191, рис. 6.3 б. Коаксиальный вибратор состоит из двух металлических цилиндров, установленных соосно, во внутренней полости которых размещен металлический стержень. Also known is the coaxial vibrator described in the book: Vershkov M.V., Mirotovsky O.B. Ship antennas. - L :, Shipbuilding, 1990, p. 191, fig. 6.3 b The coaxial vibrator consists of two metal cylinders mounted coaxially, in the inner cavity of which a metal rod is placed.

Однако известный коаксиальный вибратор имеет относительно невысокое значение КУ, что объясняется сложностью его согласования с приемлемым качеством при одновременной реализации максимального значения коэффициента направленного действия (КНД). However, the known coaxial vibrator has a relatively low KU value, which is explained by the difficulty of matching it with acceptable quality while realizing the maximum value of the coefficient of directional action (KND).

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является коаксиальный вибратор по Патенту РФ N 2101810, МПК H 01 Q 9/18, заявл. 19.02.96, опубл. 10.01.98. Бюл. N 1. The closest in its technical essence to the claimed is a coaxial vibrator according to the RF Patent N 2101810, IPC H 01 Q 9/18, the application. 02/19/96, publ. 01/10/98. Bull. N 1.

Антенна-прототип состоит из двух соосно установленных с диэлектрическим зазором металлических цилиндров (МЦ) и коаксиально размещенного в их внутренней полости металлического стержня (МСт). В верхнем МЦ установлен отрезок двухпроводной линии, подключенный нижним концом к коаксиальному фидеру, а верхним: одним проводом к МСт, а другим через отверстие в МЦ к его внешней поверхности. При таком исполнении достигается более высокое качество согласования и, следовательно, более высокий КУ. The prototype antenna consists of two metal cylinders (MC) coaxially mounted with a dielectric gap and a metal rod (MCT) coaxially placed in their internal cavity. A segment of a two-wire line is installed in the upper MC, connected by the lower end to the coaxial feeder, and the upper: one wire to the MCT, and the other through the hole in the MC to its outer surface. With this design, a higher quality of coordination is achieved and, therefore, a higher quality factor.

Однако известный коаксиальный вибратор имеет малый диапазон рабочих частот - при его установке непосредственно над металлическим экраном (например, на крыше транспортного средства). Это объясняется нарушением условий согласования вибратора из-за резкого (двукратного) снижения активной составляющей его входного сопротивления. However, the known coaxial vibrator has a small range of operating frequencies - when installed directly above a metal screen (for example, on the roof of a vehicle). This is due to a violation of the matching conditions of the vibrator due to a sharp (double) decrease in the active component of its input resistance.

Целью изобретения является разработка коаксиального вибратора, обеспечивающего достижение более широкого рабочего диапазона частот при его установке непосредственно над металлическим экраном. The aim of the invention is to develop a coaxial vibrator, ensuring the achievement of a wider operating frequency range when it is installed directly above a metal screen.

Поставленная цель достигается тем, что в коаксиальный вибратор, содержащий первый и второй МЦ, каждый длиной l₁, установленные соосно и одним из торцов кондуктивно связанные с металлическим стрежнем, коаксиально размещенным в их внутренних полостях, и коаксиальный фидер, экранная оболочка которого подключена к МСт, дополнительно введены третий МЦ длиной l₂ и три металлических стакана (МС), из которых первый и второй имеют длины l₃, а третий - длину l₄. Третий МЦ установлен с диэлектрическими зазорами между первым и вторым МЦ соосно с ними. Кромки первого и второго МЦ, примыкающие к диэлектрическим зазорам, кондуктивно связаны с МСт. Первый и второй МС установлены таким образом, что в их внутренних полостях размещены коаксиально соответственно первый и второй МЦ. Во внутренней полости третьего МС установлены коаксиально первые МС и МЦ.This goal is achieved by the fact that in a coaxial vibrator containing the first and second MC, each of length l ₁ , mounted coaxially and one of the ends conductively connected with a metal rod, coaxially placed in their internal cavities, and a coaxial feeder, the screen shell of which is connected to the MST additionally introduced the third MC with a length of l ₂ and three metal cups (MC), of which the first and second have a length of l ₃ and the third a length of l ₄ . The third MC is installed with dielectric gaps between the first and second MC coaxially with them. The edges of the first and second MCs adjacent to the dielectric gaps are conductively coupled to the MCT. The first and second MCs are installed in such a way that the first and second MCs are placed coaxially in their internal cavities, respectively. In the internal cavity of the third MS, the first MS and MC are coaxially installed.

Основания первого и второго МС подключены кондуктивно соответственно к первому и второму МЦ. Основание третьего МС подключено кондуктивно к МСт. Первый и второй диэлектрические зазоры между МЦ расположены в пределах внутренних полостей соответственно первого и второго МС. Основание первого МС, кондуктивно связанное с первым МЦ, расположено в пределах внутренней полости третьего МС. Коаксиальный фидер подключен у первого диэлектрического зазора экранной оболочкой и центральным проводником к кромкам соответственно первого и третьего МЦ. The bases of the first and second MCs are connected conductively to the first and second MCs, respectively. The base of the third MS is conductively connected to the MST. The first and second dielectric gaps between the MC are located within the internal cavities of the first and second MS, respectively. The base of the first MS, conductively coupled to the first MC, is located within the internal cavity of the third MS. The coaxial feeder is connected at the first dielectric gap by the screen sheath and the central conductor to the edges of the first and third MCs, respectively.

Длина третьего МЦ выбрана в пределах (0,4 - 0,6) λ_ср , где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона волн. Длины l₁ первого и второго МЦ равны и соотносятся с длиной l₂ третьего МЦ как l₁/l₂ = 0,48 - 0,52. Длины l₃ первого и второго МС равны и соотносятся с длиной l₁ первого (второго) МЦ как l₃/l₁ = 0,8 - 1,1. Длина l₄ третьего МС выбрана в пределах (0,9 - 1,1)l₃. Отношение расстояния l_кз от основания первого и второго МС до середины соответствующего диэлектрического зазора и длины l₃ МС выбрано в пределах l_кз/l₃ = 0,7 - 1,0. Отношение расстояния r между основаниями первого и третьего МС и длины l₄ третьего МС выбрано в пределах r/l₄ = 0,05 - 0,2.The length of the third MC is selected in the range (0.4 - 0.6) λ _cf , where λ _cf is the average wavelength of the operating wavelength range. The lengths l _{1 of the} first and second MC are equal and correlate with the length l _{2 of the} third MC as l ₁ / l ₂ = 0.48 - 0.52. The lengths l _{3 of the} first and second MS are equal and correlate with the length l _{1 of the} first (second) MC as l ₃ / l ₁ = 0.8 - 1.1. The length l _{4 of the} third MS is selected in the range (0.9 - 1.1) l ₃ . The ratio of the distance l _kz from the base of the first and second MS to the middle of the corresponding dielectric gap and the length l ₃ MS is selected in the range l _kz / l ₃ = 0.7 - 1.0. The ratio of the distance r between the bases of the first and third MS and the length l _{4 of the} third MS is selected in the range r / l ₄ = 0.05 - 0.2.

Благодаря введению третьего МЦ и первых двух МС достигается распределенное питание вибратора в двух сечениях, чем обеспечивается возможность его работы в области первого последовательного резонанса при одновременном сохранении общей длины вибратора близкой к длине рабочей волны. Введение третьего МС обеспечивает возможность работы устройства в области более низких частот без "антенного эффекта" фидера. Thanks to the introduction of the third MC and the first two MS, a distributed vibrator power supply in two sections is achieved, which makes it possible to work in the region of the first sequential resonance while maintaining the total vibrator length close to the working wavelength. The introduction of the third MS allows the device to operate in the lower frequency region without the “antenna effect” of the feeder.

Кроме того, при установке коаксиального вибратора непосредственно над металлическим экраном практически не нарушается качество его согласования благодаря исключению влияния металлического экрана на входные параметры коаксиального вибратора главным образом в области последовательных резонансов. Это, а также выбранное соотношение размеров элементов коаксиального вибратора и их взаимное расположение обеспечивают в сравнении с прототипом расширение общего диапазона рабочих частот с требуемым качеством согласования. In addition, when installing the coaxial vibrator directly above the metal screen, the quality of its matching is practically not impaired due to the exclusion of the influence of the metal screen on the input parameters of the coaxial vibrator mainly in the region of successive resonances. This, as well as the selected ratio of the sizes of the elements of the coaxial vibrator and their relative position provide, in comparison with the prototype, an extension of the general range of operating frequencies with the required matching quality.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленной антенны, отсутствуют. Т.е. заявленное устройство соответствует условию патентоспособности "новизна". The analysis of the prior art carried out by the applicant has made it possible to establish that there are no analogs characterized by a combination of features identical to all the features of the claimed antenna. Those. The claimed device meets the condition of patentability "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень". The search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the prototype signs showed that they do not follow explicitly from the prior art. From the prior art determined by the applicant, the influence of the provided by the essential features of the claimed invention on the achievement of the specified technical result is not known. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

Заявленный коаксиальный вибратор иллюстрируется чертежами, на которых показано:
фиг. 1 и 2 - общий вид коаксиального вибратора;
фиг. 3 - рисунок, поясняющий работу коаксиального вибратора;
фиг. 4 - эпюры распределения амплитуд тока вдоль коаксиального вибратора;
фиг. 5 - эквивалентная схема коаксиального вибратора;
фиг. 6 - результаты экспериментальных измерений параметров заявленной антенны.The claimed coaxial vibrator is illustrated by drawings, which show:
FIG. 1 and 2 - General view of a coaxial vibrator;
FIG. 3 is a drawing explaining the operation of a coaxial vibrator;
FIG. 4 - diagrams of the distribution of current amplitudes along a coaxial vibrator;
FIG. 5 is an equivalent circuit of a coaxial vibrator;
FIG. 6 - the results of experimental measurements of the parameters of the claimed antenna.

Заявленный коаксиальный вибратор, показанный на фиг. 2, состоит из первого 1 и второго 2 металлических цилиндров (МЦ) каждый длиной l₁, между которыми соосно с ними установлен с диэлектрическими зазорами Δ третий МЦ 3 длиной l₂. Во внутренних полостях МЦ размещен коаксиально металлический стержень (МСт) 4. Коаксиально с МЦ установлены первый 5, второй 6 и третий 7 металлические стаканы (МС). Длины первого 5 и второго 6 МС одинаковы и равны l₃. Длина третьего МС 7 равна l₄. Первый 5 и второй 6 МС установлены таким образом, что диэлектрические зазоры между торцами первого 1 и второго 2 МЦ и между торцами второго 2 и третьего 3 МЦ находятся во внутренних полостях соответственно первого 5 и второго 6 МС. Основания первого 5 и второго 6 МС кондуктивно связаны соответственно с первым 1 и вторым 2 МЦ (точки "а"). Примыкающие к диэлектрическим зазорам торцы первого 1 и второго 2 МЦ подключены кондуктивно к МСт 4 (точки "б").The claimed coaxial vibrator shown in FIG. 2, consists of the first 1 and second 2 metal cylinders (MC) each of length l ₁ , between which a third MC 3 of length l _{2 is} coaxially mounted with them with dielectric gaps Δ. A coaxial metal rod (MCT) is placed in the internal cavities of the MC 4. The first 5, second 6, and third 7 metal cups (MC) are installed coaxially with the MC. The lengths of the first 5 and second 6 MS are the same and equal to l ₃ . The length of the third MS 7 is equal to l ₄ . The first 5 and second 6 MCs are set so that the dielectric gaps between the ends of the first 1 and second 2 MCs and between the ends of the second 2 and third 3 MCs are located in the internal cavities of the first 5 and second 6 MCs, respectively. The bases of the first 5 and second 6 MS are conductively connected with the first 1 and second 2 MCs, respectively (points “a”). The ends of the first 1 and second 2 MC adjacent to the dielectric gaps are connected conductively to MCT 4 (points "b").

Третий МС 7 установлен над металлическим экраном 11 таким образом, что в его внутренней полости находится основание первого МС 5, связанное кондуктивно с первым МЦ 1. Нижнее основание третьего МС 7 кондуктивно связано с МСт 4 (точки "з"), который электрически подключен к металлическому экрану 11. Коаксиальный фидер 8 подключен у первого диэлектрического зазора экранной оболочкой 9 к МСт 4 (точки "б"), а центральным проводником 10 через отверстие в МСт 4 к торцу третьего МЦ 3 (точка "в"). Расстояние l_кз от основания первого 5 (второго 6) МС до середины диэлектрического зазора составляет l_кз = (0,7 - 1,0)l₃. Длина l₂ третьего МЦ 3 выбрана в пределах l₂ = (0,4 - 0,6) λ_ср. Отношение длины l₁ первого 1 (второго 2) МЦ к длине l₂ третьего МЦ 3 выбрано в пределах l₁/l₂ = 0,48 - 0,52. Соотношение длины l₃ первого 5 (второго 6) МС и длины l₁ первого 1 (второго 2) МЦ составляет l₃/l₁ = 0,8 - 1,1. Расстояние r между основанием третьего МС 7, связанного кондуктивно с МСт 4, и основанием первого МС 5, связанного кондуктивно с первым МЦ 1, составляет r = (0,05 - 0,2)l₄. Внутренний D₂ и внешний D'₂ диаметры трех МЦ 1, 2, 3, внутренний D₃ и внешний D'₃ диаметры первого 5 (второго 6) МС, внутренний диаметр D₄ третьего МС 7 и внешний диаметр D₁ МСт 4 выбирают из условия достижения приемлемого качества согласования коаксиального вибратора в наибольшей полосе рабочих частот при заданном значении волнового сопротивления ρ_ф коаксиального фидера 8.The third MC 7 is mounted above the metal screen 11 in such a way that the base of the first MS 5 is connected inductively with the first MC 1 in its internal cavity. The lower base of the third MS 7 is conductively connected with MCT 4 (points “z”), which is electrically connected to to the metal screen 11. Coaxial feeder 8 is connected at the first dielectric gap by the screen sheath 9 to MCT 4 (points "b"), and by the central conductor 10 through the hole in the MCT 4 to the end face of the third MC 3 (point "c"). The distance l _KZ from the base of the first 5 (second 6) MS to the middle of the dielectric gap is l _KZ = (0.7 - 1.0) l ₃ . The length l _{2 of the} third MC 3 is selected in the range l ₂ = (0.4 - 0.6) λ _cf. The ratio of the length l _{1 of the} first 1 (second 2) MC to the length l _{2 of the} third MC 3 is selected in the range l ₁ / l ₂ = 0.48 - 0.52. The ratio of the length l _{3 of the} first 5 (second 6) MC and the length l _{1 of the} first 1 (second 2) MC is l ₃ / l ₁ = 0.8 - 1.1. The distance r between the base of the third MS 7, connected conductively with MCT 4, and the base of the first MS 5, connected conductively with the first MC 1, is r = (0.05 - 0.2) l ₄ . The inner D ₂ and outer D ' ₂ diameters of the three MCs 1, 2, 3, inner D ₃ and outer D' _{3 are the} diameters of the first 5 (second 6) MS, the inner diameter D _{4 of the} third MS 7 and the outer diameter D _{1 of} MC 4 are selected from conditions for achieving an acceptable matching quality of the coaxial vibrator in the largest operating frequency band for a given value of wave impedance ρ _{f of the} coaxial feeder 8.

Заявленный коаксиальный вибратор работает следующим образом. The claimed coaxial vibrator operates as follows.

При подключении коаксиального фидера 8 к выходу генератора (радиостанции) в сечениях d'-d' и d-d отрезков l_xx разомкнутых линий с волновым сопротивлением ρ_c, образованных внутренними поверхностями МС 5, 6 и соответствующими им участками внешней поверхности третьего МЦ 3, возбуждаются ЭДС. Причем сечение d-d подключено к фидеру через отрезок коаксиальной линии длиной l₂, образованной внутренней поверхностью третьего МЦ 3 и внешней поверхностью МСт 4 и имеющей волновое сопротивление ρ_c. Основание вибратора подключено к экрану 11 через сопротивление Z_р (в сечении р-р) короткозамкнутой (к.з.) коаксиальной лабиринтной линии общей длиной m = l₄ + l₁, образованной на участке длиной l₄ внутренней поверхностью третьего МС 7 и внешней поверхностью первого МС 5, а на участке длиной l₁ внутренней поверхностью первого МЦ 1 и внешней поверхностью МСт 4. Т.о. заявленный коаксиальный вибратор может быть представлен в виде эквивалентного линейного излучателя, возбуждаемого в двух сечениях, установленного вертикально над металлическим экраном и подключенным к нему основанием через сопротивление Z_р (см. фиг. 3а, б).When connecting the coaxial feeder 8 to the output of the generator (radio station) in sections d'-d 'and dd of segments l _{xx of} open lines with wave impedance ρ _c formed by the internal surfaces of MC 5, 6 and the corresponding sections of the outer surface of the third MC 3, EMF is excited . Moreover, the cross section dd is connected to the feeder through a segment of a coaxial line of length l ₂ formed by the inner surface of the third MC 3 and the outer surface of MCT 4 and having a wave impedance ρ _c . The base of the vibrator is connected to the screen 11 through the resistance Z _p (in the section p-p) of a short-circuited (short-circuit) coaxial labyrinth line with a total length m = l ₄ + l ₁ formed on a section of length l _{4 the} inner surface of the third MS 7 and the outer the surface of the first MS 5, and in a section of length l _{1, the} inner surface of the first MC 1 and the outer surface of MST 4. Thus The claimed coaxial vibrator can be presented in the form of an equivalent linear emitter excited in two sections, mounted vertically above a metal screen and connected to it by a base through resistance Z _p (see Fig. 3a, b).

С учетом электрических размеров элементов коаксиального вибратора и его зеркального отображения на фиг. 4 показаны распределения амплитуд тока. При этом учтены изменения величины модуля сопротивления

в диапазоне рабочих частот. В низкочастотной части рабочего диапазона, когда длина к.з. коаксиальной лабиринтной линии составляет четверть рабочей длины волны (λ_p), т. е. m = λ_p/4 , в сечении p-p

В этом случае с учетом зеркального отображения эквивалентная схема вибратора, показанная на фиг. 4а, представляет синфазную двухэлементную решетку. Причем вибратор "изолирован" от металлического экрана за счет того, что

, и, следовательно, в этих условиях входные параметры вибратора остаются практически такими же, как и у вибратора в свободном пространстве. Аналогичные процессы будут происходить в высокочастотной части рабочего диапазона при выполнении условия m = 3/4λ_p (см. фиг. 4г). При выполнении условия m = 0,5λ_p величина

обращается в ноль, т.е.

При этом эквивалентная схема вибратора, показанная на фиг. 4в, представляет собой линейный вибратор с пучностью тока в точке его подключения к экрану. На рабочих частотах, когда электрическая длина "m" не кратна четверти длины рабочей волны, величина

имеет промежуточное значение, т.е.

При этом распределение амплитуд тока приобретает вид, показанный на фиг. 4б.Given the electrical dimensions of the elements of the coaxial vibrator and its mirror image in FIG. 4 shows the distribution of current amplitudes. In this case, changes in the magnitude of the resistance

in the range of operating frequencies. In the low-frequency part of the operating range, when the short-circuit length the coaxial labyrinth line is a quarter of the working wavelength (λ _p ), i.e., m = λ _p / 4, in section pp

In this case, taking into account the mirror image, the equivalent vibrator circuit shown in FIG. 4a represents an in-phase two-element lattice. Moreover, the vibrator is "isolated" from the metal screen due to the fact that

, and, therefore, under these conditions, the input parameters of the vibrator remain almost the same as that of the vibrator in free space. Similar processes will occur in the high-frequency part of the operating range when the condition m = 3 / 4λ _{p is} fulfilled (see Fig. 4d). Under the condition m = 0.5λ _{p, the} quantity

vanishes, i.e.

The equivalent circuit of the vibrator shown in FIG. 4c, is a linear vibrator with a current antinode at the point of its connection to the screen. At operating frequencies, when the electric length "m" is not a multiple of a quarter of the length of the working wave, the quantity

has an intermediate meaning, i.e.

In this case, the distribution of current amplitudes takes the form shown in FIG. 4b.

Из приведенного анализа следует, что в областях последовательного резонанса, когда активная составляющая R_А входного сопротивления Z_А вибратора имеет малую величину (несколько десятков Ом), практически исключается влияние экрана, т.е. R_А не изменяется по сравнению с величиной R_А при размещении вибратора в свободном пространстве и, следовательно, практически не нарушается качество его согласования.From the above analysis it follows that in the regions of serial resonance, when the active component R _{A of the} input resistance Z _{A of the} vibrator is small (several tens of Ohms), the influence of the screen is practically eliminated, i.e. R _A does not change compared to the value of R _A when the vibrator is placed in free space and, therefore, the quality of its matching is practically not impaired.

В областях параллельного резонанса и в интервалах между последовательным и параллельным резонансом значение R_А относительно велико. Поэтому уменьшение R_А за счет влияния металлического экрана в этих областях не приводит к проблемам согласования вибратора.In the areas of parallel resonance and in the intervals between serial and parallel resonance, the value of R _{A is} relatively large. Therefore, a decrease in R _A due to the influence of a metal screen in these areas does not lead to problems in matching the vibrator.

При установке вибратора на мачте третий МС 7 выполняет роль противовеса, обеспечивающего широкополосную работу вибратора без "антенного эффекта" фидера. Причем вибратор может закрепляться на вершине металлической мачты без изолятора. When installing the vibrator on the mast, the third MS 7 acts as a counterweight, providing broadband operation of the vibrator without the "antenna effect" of the feeder. Moreover, the vibrator can be mounted on top of a metal mast without an insulator.

Внутренние параметры коаксиального вибратора могут быть рассчитаны с помощью эквивалентной схемы (см. фиг. 5), на которой вибратор представлен в виде четырехполюсника 12 с входами (б-в) и (б'-в') - соответствующими точкам его возбуждения в диэлектрических зазорах: непосредственно от коаксиального фидера (б-в) и через фазосдвигающий отрезок линии 13 длиной l₂ (б'-в'). В свою очередь структура четырехполюсника 12 состоит из трех четырехполюсников 14, 15, 16: собственно излучателя с матрицей сопротивления

14, включающей в себя сопротивление, обусловленное влиянием металлического экрана, и четырехполюсников 15, 16 с матрицами сопротивлений Z_xx, образованных отрезками линий длиной l_xx. Четырехполюсники 15, 16 выполняют роль трансформаторов сопротивлений. Кроме того, структура четырехполюсника 12 включает три двухполюсника 17, 18, 19 с реактивными сопротивлениями

- 17 и

- 18, 19. Двухполюсники 18 и 19, образованные отрезками линий l_кз, выполняют роль компенсаторов реактивностей и включены последовательно в цепь одного из входов четырехполюсников 15 и 16.The internal parameters of the coaxial vibrator can be calculated using an equivalent circuit (see Fig. 5), in which the vibrator is presented in the form of a four-terminal 12 with inputs (b-c) and (b'-c ') - corresponding to the points of its excitation in the dielectric gaps : directly from the coaxial feeder (b-c) and through the phase-shifting line segment 13 of length l ₂ (b'-c '). In turn, the structure of the four-terminal 12 consists of three four-

terminal

14, 15, 16: the actual emitter with a resistance matrix

14, which includes resistance due to the influence of a metal shield, and

quadripoles

15, 16 with resistance matrices Z _xx formed by line segments of length l _xx . The

quadripoles

15, 16 play the role of resistance transformers. In addition, the structure of the four-terminal 12 includes three two-

terminal

17, 18, 19 with reactance

- 17 and

- 18, 19. Bipolar circuits 18 and 19, formed by line segments l _kz , act as compensators for reactivity and are connected in series to the circuit of one of the inputs of

quadrupole

15 and 16.

Двухполюсник 17, образованный к.з. лабиринтной линией длиной "m", включен последовательно в один из входов четырехполюсника 14 и выполняет роль развязывающего сопротивления

, ослабляющего влияние металлического экрана на входные параметры вибратора.Bipolar 17, formed by short circuit a labyrinth line with a length of "m", is connected in series to one of the inputs of the four-terminal 14 and acts as a decoupling resistance

, weakening the effect of the metal screen on the input parameters of the vibrator.

Общее входное сопротивление вибратора в точках подключения коаксиального фидера (б-в) равно Z_А = 0,5(Z₁₁ - Z₁₂), где Z₁₁ - сопротивление четырехполюсника 12 в режиме холостого хода; Z₁₂ - взаимное сопротивление между входами (б-в) и (б'-в') этого же четырехполюсника. Значения Z₁₁ и Z₁₂ являются функциями многих параметров: волновых сопротивлений ρ_ц = 60 1n D₂/D₁; ρ_c = 60 1n D₃/D'₂; ρ_л = 60 1n D₄/D'₃; ρ_ф ; длин линий l₁, l₂, l₃, l₄, l_кз, l_xx, r, t и рабочей длины волны λ_p.
Соотношения размеров элементов конструкции могут быть определены экспериментально или аналитически с использованием формул, характеризующих параметры Z₁₁, Z₁₂ четырехполюсника 12, которые можно получить по известным методикам. Ввиду громоздкости формулы для расчета Z₁₁, Z₁₂ не приводятся. Выбором соответствующих размеров элементов конструкции коаксиального вибратора обеспечивается широкополосная работа вибратора с приемлемым качеством согласования (коэффициентом стоячей волны - КСВ не более 3) при его установке непосредственно над металлическим экраном.The total input resistance of the vibrator at the connection points of the coaxial feeder (b-c) is Z _A = 0.5 (Z ₁₁ - Z ₁₂ ), where Z ₁₁ is the resistance of the four-terminal 12 in idle mode; Z ₁₂ is the mutual resistance between the inputs (b-c) and (b'-c ') of the same four-terminal device. The values of Z ₁₁ and Z ₁₂ are functions of many parameters: wave impedances ρ _c = 60 1n D ₂ / D ₁ ; ρ _c = 60 1n D ₃ / D '₂; ρ _l = 60 1n D ₄ / D '₃; ρ _f ; the line lengths l ₁ , l ₂ , l ₃ , l ₄ , l _short , l _xx , r, t and the working wavelength λ _p .
The aspect ratio of the structural elements can be determined experimentally or analytically using formulas characterizing the parameters Z ₁₁ , Z _{12 of the} quadripole 12, which can be obtained by known methods. Due to the cumbersome formulas for calculating Z ₁₁ , Z _{12 are} not given. By choosing the appropriate sizes of the structural elements of the coaxial vibrator, the broadband operation of the vibrator is ensured with an acceptable matching quality (standing wave coefficient - SWR no more than 3) when installed directly above a metal screen.

Правомерность теоретических предпосылок проверена на опытном образце заявленного коаксиального вибратора, предназначенного для работы на средней частоте 800 МГц (λ_ср = 0,375 м).The validity of the theoretical assumptions was tested on a prototype of the claimed coaxial vibrator, designed to operate at an average frequency of 800 MHz (λ _cf = 0.375 m).

Результаты измерения качества согласования - КСВ приведены на фиг. 6. Измерения показали, что рабочий диапазон частот, при котором согласование на уровне КСВ ≤ 3, у заявленного вибратора обеспечивается более чем в трехкратном частотном диапазоне (в интервале 350 - 1100 МГц), что в 4 раза превышает частотный диапазон прототипа (на фиг. 6 показан пунктиром). The results of measuring the quality of coordination - SWR are shown in FIG. 6. The measurements showed that the operating frequency range, in which matching at the level of SWR ≤ 3, for the claimed vibrator is provided in more than three times the frequency range (in the range 350 - 1100 MHz), which is 4 times the frequency range of the prototype (in FIG. 6 is indicated by a dashed line).

Экспериментально установлены следующие соотношения размеров элементов конструкции, при которых реализуется сформулированная техническая задача (при ρ_ф = 75 Ом):
l₂ = (0,4 - 0,6) λ_ср; l₁/l₂ = 0,48 - 0,52; l₃/l₁ = 0,8 - 1,1;
l_кз/l₃ = 0,7 - 1,0; l₄/l₃ = 0,9 - 1,1; l_кз/l₃ = 0,7 -1,0;
l₄/l₃ = 0,9 -1,1; r/l₄ = 0,05 - 0,2; t = Δ = (0,01 - 0,1)D'₂;
D₂/D₁ = 1,5 - 4; D₃/D'₂ = 1,2 - 2,5; D₄/D'₂ = 2,5 -3,6.The following ratios of the sizes of structural elements were established experimentally, at which the formulated technical problem is realized (at ρ _f = 75 Ohm):
l ₂ = (0.4 - 0.6) λ _cf ; l ₁ / l ₂ = 0.48 - 0.52; l ₃ / l ₁ = 0.8 - 1.1;
l _KZ / l ₃ = 0.7 - 1.0; l ₄ / l ₃ = 0.9 - 1.1; l _KZ / l ₃ = 0.7 -1.0;
l ₄ / l ₃ = 0.9 -1.1; r / l ₄ = 0.05 - 0.2; t = Δ = (0.01 - 0.1) D '₂;
D ₂ / D ₁ = 1.5 to 4; D ₃ / D ' ₂ = 1.2 - 2.5; D ₄ / D ' ₂ = 2.5 -3.6.

При работе на средней длине волны λ_ср = 0,375 м оптимальные размеры элементов устройств составили (в мм):
l₁ = 94; l₂ = 187; l₃ = 89; l₄ = 89; l_кз = 85; l_xx = 4; r = 10; t = Δ = 2;
D₁ = 16; D₂ = 44; D'₂ = 46; D₃ = 92; D'₃ = 94; D₄ = 138; m = 183.When working at an average wavelength λ _cf = 0.375 m, the optimal dimensions of the elements of the devices were (in mm):
l ₁ = 94; l ₂ = 187; l ₃ = 89; l ₄ = 89; l _KZ = 85; l _xx = 4; r is 10; t = Δ = 2;
D ₁ = 16; D ₂ = 44; D ' ₂ = 46; D ₃ = 92; D ' ₃ = 94; D ₄ = 138; m = 183.

Использование заявленного вибратора совместно с широкополосной бортовой радиостанцией на подвижном объекте обеспечит повышение энергетики радиолинии с неориентированным в азимутальной плоскости корреспондентом. The use of the claimed vibrator in conjunction with a broadband on-board radio station on a moving object will increase the energy of the radio line with a non-azimuthally oriented correspondent.

Claims

1. A coaxial vibrator containing the first and second metal cylinders, each of length l ₁ , mounted coaxially and one of the ends conductively connected to a metal rod coaxially placed in their internal cavities, and a coaxial feeder, the screen shell of which is connected to a metal rod, characterized in that a third metal cylinder of length l _{2 is} additionally introduced, installed with dielectric gaps between the first and second metal cylinders coaxially with them, moreover, with a metal rod the edges of the first and second metal cylinders adjacent to the dielectric gaps are inductively coupled; in addition, three metal cups are additionally introduced, two of which are of length l ₃ and the third of length l ₄ ; in the internal cavities of the first and second metal cups, the first and second metal cylinders, and in the inner cavity of the third metal glass, the first metal glass and the first metal cylinder, the bases of the first and second metal are coaxially mounted cups are conductively connected respectively to the first and second metal cylinders, and the base of the third metal cup is connected to the metal rod, the first and second dielectric gaps between the metal cylinders are located within the internal cavities of the first and second metal cups, respectively, and the base of the first metal cup is conductively connected with the first metal cylinder, located within the inner cavity of the third metal Cup, and coaxial The first feeder is connected at the first dielectric gap by the screen sheath and the central conductor to the edges of the first and third metal cylinders, respectively.

2. The coaxial vibrator according to claim 1, characterized in that the length l _{2 of the} third metal cylinder is selected in the range (0.4-0.6) λ _cf , where λ _cf is the average wavelength of the working wave range, the length l _{1 of the} first and the second metal cylinder is related to the length l _{2 of the} third metal cylinder as l ₁ / l ₂ = 0.48 - 0.52, the length l _{3 of the} first and second metal glasses is related to the length l _{1 of the} first and second metal cylinders as l ₃ / l ₁ = 0.8 - 1.1, and the length l _{4 of the} third metal cup is selected in the range l ₄ = (0.9 - 1.1) l ₃ , and the ratio of the distance l _kz from the base of the first and second metal cups to the middle of the corresponding dielectric gap and the length l _{3 of the} metal cup is selected in the range l _kz / l ₃ = 0.7 - 1.0, and the ratio of the distance r between the bases of the first and third metal cups and the length l _{4 of the} third metal cup selected in the range r / l ₄ = 0.05 - 0.2.