RU2205479C1

RU2205479C1 - Directional dipole antenna

Info

Publication number: RU2205479C1
Application number: RU2002100002/09A
Authority: RU
Inventors: А.Б. Орлов; К.А. Орлов
Original assignee: Орлов Александр Борисович; Орлов Кирилл Александрович
Priority date: 2002-01-03
Filing date: 2002-01-03
Publication date: 2003-05-27

Abstract

FIELD: radio engineering; communication systems, metrology, electromagnetic compatibility problems. SUBSTANCE: proposed cardioid-pattern broadband unidirectional dipole antenna 1 has two identical metal dipoles 2; circuit envelope of each dipole is formed by beams outgoing from one lead 5 of conductor 4 of dipole 2 towards its other lead 9, these beams converging at acute aperture angle Θ; envelope external beam 11 forms angle ψ, with longitudinal axis 3 of antenna 1 and turns to nonlinear section 12 with convex curvature whose curvature radius reduces with increase in distance from one lead 5 towards other lead 9 and then to first oval- shaped nonlinear section 13; envelope internal beam 14 turns into internal nonlinear section 15 with concave curvature whose curvature radius reduces with increase in distance from one lead 5 of conductor 4 towards its other lead 9 and turns to second oval-shaped internal nonlinear section 16. Conductor leads 5 are connected to matching-and-balancing device whose output functions as antenna input. EFFECT: enhanced operating- frequency band and matching level throughout entire band. 20 cl, 16 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к классу широкополосных направленных вибраторных антенн, и может найти применение в системах связи для приема и передачи сигналов, в системах пеленгации, в задачах метрологии для измерения синусоидальных, шумовых и импульсных электрических полей в лабораторных помещениях, экранированных камерах и на открытых площадках, в задачах обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств защиты информации, а также предельно допустимых уровней электромагнитных полей в задачах обеспечения эколого-защитных мероприятий. The invention relates to the field of radio engineering, in particular to the class of broadband directional vibrator antennas, and can find application in communication systems for receiving and transmitting signals, in direction finding systems, in metrology tasks for measuring sinusoidal, noise and pulsed electric fields in laboratory rooms, shielded cameras and in open areas, in the tasks of ensuring electromagnetic compatibility of electronic information protection means, as well as maximum permissible levels of electromagnetic fields in the tasks of ensuring environmental and protective measures.

Известна направленная вибраторная антенна (антенна типа PNA 230/А, Каталог фирмы "A.R.A Antenna Research Accessories", Broadband Antenna Systems, Positioners & Accessories Table of Contents, 1998, p.74-75) с рабочим диапазоном частот 2-30 МГц, содержащая два металлических вибратора, центры которых расположены на концах общей штанги соответственно. Каждый вибратор выполнен из двух одинаковых и ортогональных друг другу вибраторов, концы каждого из которых нагружены на металлические диски. Один вибратор является активным, а другой вибратор является пассивным и выполняет роль контрефлектора, обеспечивая тем самым вибраторной антенне направленные свойства - направленную диаграмму направленности. Антенна устанавливается на мачте с растяжками. Known directional vibrator antenna (antenna type PNA 230 / A, Catalog of the company "ARA Antenna Research Accessories", Broadband Antenna Systems, Positioners & Accessories Table of Contents, 1998, p. 74-75) with an operating frequency range of 2-30 MHz, containing two metal vibrators, the centers of which are located at the ends of the common rod, respectively. Each vibrator is made of two identical and orthogonal to each other vibrators, the ends of each of which are loaded on metal disks. One vibrator is active, and the other vibrator is passive and acts as a counter-reflector, thereby providing the vibrator antenna with directional properties - a directional radiation pattern. The antenna is mounted on a mast with extensions.

Недостатки направленной вибраторной антенны: значительные габариты, что не позволяет использовать ее в помещениях; требуются стационарные условия использования с обязательными растяжками при установке; антенна имеет большую металлоемкость. Disadvantages of a directional vibrator antenna: significant dimensions, which does not allow its use in rooms; stationary conditions of use with mandatory extensions during installation are required; the antenna has a large metal consumption.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является направленная вибраторная антенна (Model HE 200, Radiomonitoring and Radiolocation, Products and Solutions, Catalog 2000/2001, ROHDE & SCHWARZ, p.28) с диапазоном рабочих частот 20...200 МГц (коэффициент перекрытия по частоте K_f=f_max/f_min= 10) и кардиоидной формой диаграммы направленности, содержащая два идентичных вибратора, симметрично расположенных относительно одной координатной плоскости, проходящей через продольную ось направленной вибраторной антенны. Вибратор выполнен из одного металлического проводника (ленты) конечной толщины, один и другой концы металлических проводников вибраторов сходятся к одной и другой координатным прямым соответственно, перпендикулярным одной координатной плоскости, а точки одного и другого конца вибратора на одной и другой прямой относительно одной координатной плоскости соответственно расположены с зазором, при этом точки одних концов металлических проводников вибраторов являются входными линиями передачи направленной вибраторной антенны и подключены к выходным линиям передачи согласующе-симметрирующего устройства, входная линия передачи которого является входной линией передачи направленной вибраторной антенны и выполнена на отрезке коаксиальной линии передачи, другие концы изолированы между собой.The closest technical solution - the prototype - is a directional vibrator antenna (Model HE 200, Radiomonitoring and Radiolocation, Products and Solutions, Catalog 2000/2001, ROHDE & SCHWARZ, p. 28) with a working frequency range of 20 ... 200 MHz (overlap coefficient according to frequency K _f = f _max / f _min = 10) and a cardioid radiation pattern containing two identical vibrators symmetrically located relative to one coordinate plane passing through the longitudinal axis of the directional vibrator antenna. The vibrator is made of one metal conductor (tape) of finite thickness, one and the other ends of the metal conductors of the vibrators converge to one and the other coordinate lines, respectively, perpendicular to one coordinate plane, and the points of one and the other end of the vibrator on one and the other line relative to one coordinate plane, respectively located with a gap, while the points of one end of the metal conductors of the vibrators are the input transmission lines of the directional vibrator antenna and the connection They are connected to the output transmission lines of the matching-balancing device, the input transmission line of which is the input transmission line of the directional vibrator antenna and is made on a segment of the coaxial transmission line, the other ends are isolated from each other.

Недостатками направленной вибраторной антенны являются: узкополосность относительно нижней и верхней границ частотного диапазона; низкий уровень согласования в низкочастотной области диапазона; значительные габариты - большая ширина вибратора; низкая механическая прочность; невозможность использования в составе фазированных антенных решеток. The disadvantages of a directional vibrator antenna are: narrowband relative to the lower and upper boundaries of the frequency range; low matching in the low frequency range; significant dimensions - a large width of the vibrator; low mechanical strength; the impossibility of using phased array antennas.

Технической задачей данного изобретения является создание широкополосной направленной вибраторной антенны с кардиоидной формой диаграммы направленности, с расширенным в область низких и высоких частот рабочим диапазонам, с высоким уровнем согласования во всем рабочем диапазоне частот, с уменьшенным размером ширины антенны, с плоской апертурой, с возможностью использования в составе сверхширокополосных фазированных антенных решеток. The technical task of this invention is the creation of a broadband directional vibrator antenna with a cardioid radiation pattern, with extended to low and high frequencies operating ranges, with a high level of coordination in the entire operating frequency range, with a reduced antenna width size, with a flat aperture, with the possibility of using as part of ultra-wideband phased array antennas.

Поставленная задача решается тем, что в направленной вибраторной антенне, содержащей два идентичных вибратора, симметрично расположенных относительно одной координатной плоскости, проходящей через продольную ось направленной вибраторной антенны, при этом каждый вибратор выполнен, по крайней мере, из одного металлического проводника конечной толщины, причем одни концы металлических проводников вибраторов сходятся к одной координатной прямой, перпендикулярной одной координатной плоскости, в точках, расположенных от нее на расстоянии d₁, при этом эти точки являются входными линиями передачи направленной вибраторной антенны и подключены к выходным линиям передачи согласующе-симметрирующего устройства, входная линия передачи которого является входным каналом направленной вибраторной антенны и выполнена на отрезке коаксиальной линии передачи, а металлические проводники вибраторов со стороны других концов пересекают другую координатную прямую, перпендикулярную одной координатной плоскости, в точках, расположенных от нее на расстоянии d₂, каждый металлический проводник вибратора направленной вибраторной антенны выполнен в форме, огибающая контура которой исходит из точки одного конца металлического проводника, расположенной на расстоянии d₁ относительно одной координатной плоскости, в направлении точки другого конца металлического проводника, расходящимися лучами с острым углом Θ раскрыва, при этом внешний луч по отношению к продольной оси направленной вибраторной антенны составляет с ней угол Ψ, и переходит во внешний нелинейный участок огибающей с выпуклым искривлением, радиус кривизны которого уменьшается с увеличением расстояния от точки одного конца металлического проводника вибратора к точке другого конца металлического проводника, и переходит в первый нелинейный участок огибающей, выполненный в форме овала, при этом длина перпендикуляра h к огибающей в точке перегиба первого нелинейного участка огибающей до продольной оси направленной вибраторной антенны определяет размер ширины вибратора, а внутренний луч переходит во внутренний нелинейный участок огибающей с вогнутым искривлением, радиус кривизны которого уменьшается с увеличением расстояния от точки одного конца металлического проводника вибратора к точке другого конца, который затем переходит во второй нелинейный участок огибающей, выполненный в форме овала, точка перегиба которого соответствует точке, лежащей на другой координатной прямой на расстоянии d₂ от одной координатной плоскости, при этом большая ось овала составляет угол Ф с продольной осью направленной вибраторной антенны.The problem is solved in that in a directional vibrator antenna containing two identical vibrators symmetrically located relative to one coordinate plane passing through the longitudinal axis of the directional vibrator antenna, each vibrator is made of at least one metal conductor of finite thickness, and one the ends of the metal conductors of the vibrators converge to one coordinate line perpendicular to one coordinate plane at points located at a distance from it d ₁ , while these points are the input transmission lines of the directional vibrator antenna and are connected to the output lines of the matching-balancing device, the input transmission line of which is the input channel of the directional vibrator antenna and is made on a segment of the coaxial transmission line, and the metal conductors of the vibrators from the others ends intersect another coordinate line perpendicular to one coordinate plane, at points located from it at a distance d ₂ , each metal wire the vibrator’s diameter of the directional vibrating antenna is made in the form, the envelope of the contour of which comes from the point of one end of the metal conductor located at a distance d ₁ relative to one coordinate plane, in the direction of the point of the other end of the metal conductor, diverging beams with an acute angle Θ opening, while the external beam with respect to the longitudinal axis of the directional vibrator antenna makes an angle ней with it, and passes into the external nonlinear portion of the envelope with convex curvature, the radius of curvature of the cat It decreases with increasing distance from the point of one end of the metal conductor of the vibrator to the point of the other end of the metal conductor, and passes to the first non-linear envelope section made in the form of an oval, while the perpendicular length h to the envelope at the inflection point of the first non-linear section of the envelope to the longitudinal axis directed the vibrator antenna determines the size of the width of the vibrator, and the internal beam passes into the internal nonlinear portion of the envelope with a concave curvature, the radius of curvature of which shaetsya with increasing distance from the point of one end of the metal conductor of the vibrator to the point of the other end of which then moves into the second nonlinear portion of the envelope formed in an oval shape, the point of which corresponds to the point of inflection lying on the other coordinate axis at a distance d ₂ from one coordinate plane, the major axis of the oval is the angle Ф with the longitudinal axis of the directional vibrator antenna.

Направленная вибраторная антенна структурно представляет собой конструкцию, состоящую из двух идентичных металлических вибратора конечной толщины. Каждый вибратор выполнен, по крайней мере, из одного металлического проводника, огибающая контура которого имеет форму почти "запятой". Вибраторы расположены вогнутыми сторонами "запятых", соответствующими внутреннему нелинейному участку огибающей контура металлического проводника вибратора, друг к другу, выпуклые части "запятых", соответствующие второму нелинейному участку огибающей контура металлического проводника вибратора, выполненному в форме овала, расположены в точке пересечения, со стороны других концов металлических проводников вибраторов, с другой координатной прямой на расстоянии d₂ от одной координатной плоскости, а острые окончания "запятых", соответствующие одним концам огибающих контура металлических проводников вибратора, пересекаются с одной координатной прямой в точках на расстоянии d₁ от одной координатной плоскости, и эти точки являются входными линиями передачи направленной вибраторной антенны, к которым подключены выходные линии передачи согласующе-симметрирующего устройства. Расстояние, равное 2d₁, определяющее расстояние между проводниками двухпроводной линии передачи, соответствующее волноновому сопротивлению, определяет входное сопротивление направленной вибраторной антенны.The directional vibrator antenna is structurally a structure consisting of two identical metal vibrators of finite thickness. Each vibrator is made of at least one metal conductor, the envelope of the contour of which has the shape of an almost "comma". The vibrators are located with the concave sides of the “commas” corresponding to the internal non-linear portion of the envelope of the contour of the metal conductor of the vibrator, to each other, the convex parts of the “commas” corresponding to the second non-linear portion of the envelope of the contour of the metal conductor of the vibrator, made in the form of an oval, are located at the point of intersection, on the side the other ends of the metal conductors of the vibrators, with the other coordinate line at a distance of d ₂ from one coordinate plane, and the sharp ends of the "commas", respectively at one end of the envelope of the metal conductor of the vibrator, intersect with one coordinate line at points at a distance of d ₁ from one coordinate plane, and these points are the input transmission lines of the directional vibrator antenna, to which the output transmission lines of the matching-balancing device are connected. The distance equal to 2d ₁ , which determines the distance between the conductors of the two-wire transmission line corresponding to the wave resistance, determines the input resistance of the directional vibrator antenna.

Выполнение направленной вибраторной антенны, по крайней мере, с двумя металлическими проводниками в каждом вибраторе, которые со стороны одних концов гальванически соединены между собой и подключены на согласующе-симметрирующее устройство, а со стороны других концов разделены между собой диэлектрическими прокладками, позволяет уменьшить неравномерность характеристики согласования в рабочем диапазоне частот. The implementation of a directional vibrator antenna with at least two metal conductors in each vibrator, which are galvanically connected from one end to another and connected to a matching-balancing device, and from the other ends are separated by dielectric spacers, can reduce the uneven matching characteristics in the operating frequency range.

Острый угол раскрыва Θ между расширяющимися лучами, исходящими из точки одного конца огибающей контура металлического проводника вибратора, составляет от 20^o до 40^o, а угол Ψ, между внешним лучом огибающей контура металлического проводника вибратора и продольной осью направленной вибраторной антенны, выбирается из условия Ψ≥45^o, поэтому угол между внешними лучами огибающих контура двух вибраторов будет составлять Ψ≥90^o. Такое выполнение вибраторов является аналогом широкополосных конусных антенн (А.Л. Драбкин, В. Л. Зузенко. Антенно-фидерные устройства. М.: Советское Радио, 1961, стр. 353).The acute opening angle Θ between the expanding rays emanating from the point of one end of the envelope of the metal conductor of the vibrator is from 20 ^o to 40 ^o , and the angle между between the external beam of the envelope of the metal conductor of the vibrator and the longitudinal axis of the directional vibrator antenna is selected from the condition Ψ ≥45 ^o , so the angle between the external rays of the envelopes of the contour of the two vibrators will be Ψ≥90 ^o . This embodiment of the vibrators is an analogue of broadband cone antennas (A.L. Drabkin, V.L. Zuzenko. Antenna-feeder devices. M: Soviet Radio, 1961, p. 353).

Угол Ψ функционально связан с формой огибающей контура одного вибратора и огибающей внешнего контура двух вибраторов и определяет диапазонные свойства, входное сопротивление и неравномерность характеристики согласования в рабочем диапазоне частот направленной вибраторной антенны (Щелкунови Фрис, "Антенны", пер. с англ., М.: Советское Радио, 1955, гл.13) и угол Θ (Eugen Philippow, Taschenbuch Elektrotechnik, Band 3, Carl Hanser-Verlag Munchen-Wien 1978, Seite 569). The angle Ψ is functionally related to the shape of the envelope of the circuit of one vibrator and the envelope of the external circuit of two vibrators and determines the range properties, input resistance and unevenness of the matching characteristics in the operating frequency range of the directional vibrator antenna (Schelkunovi Fries, "Antennas", transl. From English, M. : Soviet Radio, 1955, Ch. 13) and angle Θ (Eugen Philippow, Taschenbuch Elektrotechnik, Band 3, Carl Hanser-Verlag Munchen-Wien 1978, Seite 569).

Большая ось между первым и вторым нелинейными участками огибающей контура металлического проводника вибратора, выполненными в форме овала, составляет с продольной осью направленной вибраторной антенны угол Ф, который определяется в секторе от 60 до 105^o. Величина угла Ф определяет неравномерность характеристики согласования в диапазоне частот направленной вибраторной антенны и функционально зависит от формы овала и линейных размеров большой оси овала.The major axis between the first and second non-linear sections of the envelope contour of the metal conductor of the vibrator, made in the form of an oval, makes an angle Ф with the longitudinal axis of the directional vibrator antenna, which is determined in the sector from 60 to 105 ^o . The angle Φ determines the non-uniformity of the matching characteristics in the frequency range of the directional vibrator antenna and functionally depends on the shape of the oval and the linear dimensions of the major axis of the oval.

Металлические проводники вибраторов антенны могут быть выполнены в печатном исполнении на диэлектрической подложке. В этом случае электрические размеры проводников вибраторов увеличиваются в

раз, где ε_r - относительная диэлектрическая проницаемость подложки. Это позволяет обеспечить направленной вибраторной антенне дополнительное расширение частотного диапазона в низкочастотную область с высокими характеристиками согласования, использовать в составе фазированных антенных решеток, значительно уменьшить ширину конструкции, увеличить надежность, обеспечить высокую технологическую воспроизводимость, уменьшить металлоемкость и вес, повысить механическую прочность.The metal conductors of the antenna vibrators can be made in printed form on a dielectric substrate. In this case, the electrical dimensions of the vibrator conductors increase in

times, where ε _r is the relative dielectric constant of the substrate. This allows you to provide a directional vibrator antenna with an additional extension of the frequency range to the low-frequency region with high matching characteristics, use as part of phased antenna arrays, significantly reduce the width of the structure, increase reliability, provide high technological reproducibility, reduce metal consumption and weight, and increase mechanical strength.

Поверхности металлических проводников вибраторов направленной вибраторной антенны могут быть покрыты радиопрозрачной краской или радиопрозрачным диэлектрическим материалом, что позволяет повысить механическую прочность, обеспечить защиту от механических воздействий и повреждений, исключить климатические воздействия и обеспечить возможность использования на открытом пространстве в любых климатических условиях. The surfaces of the metal conductors of the vibrators of the directional vibrator antenna can be coated with radiolucent paint or radiolucent dielectric material, which allows to increase mechanical strength, provide protection from mechanical stress and damage, eliminate climatic influences and allow outdoor use in any climatic conditions.

Использование в качестве радиопрозрачного диэлектрического материала диэлектрических материалов на вспененной основе позволяет обеспечить металлическим проводникам вибраторов дополнительную механическую прочность. The use of dielectric materials on a foam basis as a radio-transparent dielectric material allows providing additional mechanical strength to the metal conductors of the vibrators.

Выполняя металлические проводники вибраторов в печатном исполнении, создавая дополнительное механическое, реализуемое конструктивным путем, крепление диэлектрической подложки в корпусе согласующе-симметрирующего устройства и используя диэлектрическое покрытие на основе вспененного диэлектрика, например на основе радиопрозрачного пенополиуретана или радиопрозрачной резины, обеспечивают направленной вибраторной антенне низкий уровень "микрофонного эффекта". Это позволяет использовать направленную вибраторную антенну в режиме приема или в режиме излучения при уровне внешних шумовых воздействий >95 дБ (Карпушин В.Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре. Изд-во "Советское радио", 1971, 344 с.; Акустика в задачах. Под ред. С.Н. Гурбатова и О.В. Руденко. - М.: Наука. Физматлит, 1996. - 336 с.). Performing metal conductors of vibrators in a printed version, creating an additional mechanical, structurally realized way, fixing the dielectric substrate in the housing of the matching-balancing device and using a dielectric coating based on foamed dielectric, for example based on radiolucent polyurethane foam or radiolucent rubber, provide a low-level directional vibrator antenna " microphone effect. " This allows you to use a directional vibrator antenna in receive mode or in radiation mode with an external noise level> 95 dB (Karpushin VB Vibrations and shocks in radio equipment. Sovetskoe Radio Publishing House, 1971, 344 pp .; Acoustics in problems Under the editorship of S. N. Gurbatov and O. V. Rudenko. - M .: Nauka. Fizmatlit, 1996. - 336 p.).

Металлический проводник вибратора может быть выполнен в виде сплошной металлической пластины конечной толщины. The metal conductor of the vibrator can be made in the form of a continuous metal plate of finite thickness.

Нижняя граница частотного диапазона f_грH направленной вибраторной антенны с вибратором в виде сплошной металлической пластины и с огибающей контура вибратора, выполненной в форме почти "запятой", определяется соотношением f_грН≅C₀/7L, где С₀ - скорость света, L - длина полной огибающей контура металлического проводника вибратора в форме почти "запятой". Верхняя граница частотного диапазона f_грB направленной вибраторной антенны определяется требованиями к форме диаграммы направленности (как правило, по уровню провала в главном лепестке диаграммы направленности порядка 3 дБ), что составляет порядка f_грB≅14С₀/2πL. В этом случае коэффициент перекрытия по частоте составляет K_f=15,6 (Щелкунови Фрис. Антенны, пер. с англ., М.: Советское Радио, 1955, гл.13).The lower boundary of the frequency range f _{grH of a} directional _vibrating antenna with a vibrator in the form of a solid metal plate and with an envelope of the vibrator contour made in the shape of an almost “comma” is determined by the ratio f _grH ≅C ₀ / 7L, where C ₀ is the speed of light, L is the length the full envelope of the contour of the metal conductor of the vibrator in the form of almost "comma". The upper limit of the frequency range f _{grB of the} directional vibrator antenna is determined by the requirements for the shape of the radiation pattern (as a rule, by the level of the dip in the main lobe of the radiation pattern is about 3 dB), which is about f _grB ≅14С ₀ / 2πL. In this case, the frequency overlap coefficient is K _f = 15.6 (Schelkunovi Fries. Antennas, trans. From English, Moscow: Sovetskoe Radio, 1955, chap. 13).

В пределах определенного частотного диапазона направленная вибраторная антенна имеет достаточно постоянную величину входного сопротивления, что позволяет обеспечить высокий уровень симметрирования (переход с двухпроводной симметричной линии на несимметричную коаксиальную линию) и согласование входного сопротивления направленной вибраторной антенны (40-70 Ом) с 50-омной входной линией передачи (М.С. Жук, Ю.Б. Молочков. Проектирование антенно-фидерных устройств. М.-Л.: Энергия, 1966, стр.130). Within a certain frequency range, a directional vibrator antenna has a fairly constant input impedance, which allows for a high level of symmetry (transition from a two-wire symmetrical line to an asymmetric coaxial line) and matching the input resistance of a directional vibrator antenna (40-70 Ohms) with a 50-ohm input transmission line (MS Zhuk, Yu.B. Molochkov. Design of antenna-feeder devices. M.-L.: Energy, 1966, p. 130).

Металлический проводник вибратора может быть выполнен в виде металлической пластины конечной толщины, внутренняя часть поверхности которой выполнена в виде металлической решетки или в виде металлических проводников, продольно ориентированных по отношению к продольной оси направленной вибраторной антенны, или в виде металлических проводников, поперечно ориентированных по отношению к продольной оси направленной вибраторной антенны. The metal conductor of the vibrator can be made in the form of a metal plate of finite thickness, the inner part of the surface of which is made in the form of a metal grid or in the form of metal conductors longitudinally oriented with respect to the longitudinal axis of the directional vibrator antenna, or in the form of metal conductors transversely oriented with respect to the longitudinal axis of the directional vibrator antenna.

Такое выполнение позволяет уменьшить металлоемкость конструкции, уменьшить ветровую нагрузку, регулировать характеристики согласования. This embodiment allows to reduce the metal consumption of the structure, reduce the wind load, adjust the matching characteristics.

Металлический проводник вибратора может быть выполнен в виде ленточных проводников зигзагообразной формы, одни изгибы проводников расположены на внешней огибающей контура металлического проводника вибратора, а другие изгибы проводников, противоположные одним изгибам, расположены на внутренней огибающей контура металлического проводника вибратора. The metal conductor of the vibrator can be made in the form of zigzag ribbon conductors, some bends of the conductors are located on the external envelope of the contour of the metal conductor of the vibrator, and other bends of the conductors opposite to one of the curves are located on the inner envelope of the contour of the metal conductor of the vibrator.

Металлический ленточный проводник вибратора зигзагообразной формы может быть выполнен переменной ширины. Зигзагообразная форма металлического ленточного проводника вибратора может быть выполнена различной формы изгиба, так, например, синусоидальной формы изгиба; трапецеидальной формы изгиба; треугольной формы изгиба; может быть выполнена также и другой формы; может быть выполнена с переменным шагом; с переменной шириной металлического ленточного проводника от одного конца металлического ленточного проводника к другому или с переменной шириной металлического ленточного проводника по всей его длине. The metal tape conductor of the zigzag vibrator can be made of variable width. The zigzag shape of the metal tape conductor of the vibrator can be made of various shapes of bending, for example, a sinusoidal shape of the bend; trapezoidal bending; triangular bending; can also be made in another form; can be performed with a variable step; with a variable width of the metal tape conductor from one end of the metal tape conductor to the other or with a variable width of the metal tape conductor along its entire length.

Нижняя граничная частота направленной вибраторной антенны с металлическими ленточными проводниками вибратора зигзагообразной формы определяется соотношением f_грH≅K•C₀/7L, где К - коэффициент удлинения (>1) направленной вибраторной антенны с металлическим ленточным проводником вибратора зигзагообразной формы и определяется как функционал, зависящий от геометрической формы огибающей контура в форме почти "запятой", формы изгиба, шага, количества изгибов, размеров поперечного сечения металлического ленточного проводника (Shhafai L., Sebak A.A. - Antennas and Propag, АР - S Int. Symp. Dig. , Boston, Mass., 1984, Vol.1. N.Y, 1984, p.55-57).The lower cutoff frequency of a directional vibrator antenna with metal tape conductors of a zigzag vibrator is determined by the ratio f _grH ≅K • C ₀ / 7L, where K is the elongation coefficient (> 1) of a directional vibrator antenna with a metal tape conductor of a vibrator of a zigzag shape and is defined as a functional that depends from the geometric shape of the envelope of the contour in the form of an almost "comma", the shape of the bend, the pitch, the number of bends, the cross-sectional dimensions of the metal tape conductor (Shhafai L., Sebak AA - An tennas and Propag, AP - S Int. Symp. Dig., Boston, Mass. 1984, Vol. 1. NY, 1984, p. 55-57).

Верхняя граница частотного диапазона f_грВ направленной вибраторной антенны определяется требованиями к форме диаграммы направленности (как правило, по уровню провала в главном лепестке диаграммы направленности порядка 3 дБ), что составляет порядка f_грB≅14•N•C₀/2πL, где N - коэффициент удлинения (>1) направленной вибраторной антенны с металлическим ленточным проводником вибратора змейковой формы и определяется как функционал, зависящий от геометрической формы огибающей контура в форме почти "запятой", формы изгиба, шага, количества изгибов (Wood С., Hall P., James J.R. Design of wideband circularly polarisedmicrostip antennas and arrays. Int. Conf. Antennas and Propag. , London, 1978. Part 1. 312-316). В этом случае коэффициент перекрытия по частоте составляет K_f=15,6•N/K. В пределах определенного частотного диапазона направленная вибраторная антенна имеет достаточно постоянную величину входного сопротивления.The upper limit of the frequency range f _{gV of the} directional vibrator antenna is determined by the requirements for the shape of the radiation pattern (as a rule, by the level of the dip in the main lobe of the radiation pattern is about 3 dB), which is about f _grB ≅14 • N • C ₀ / 2πL, where N is the elongation coefficient (> 1) of a directional vibrator antenna with a metal tape conductor of a snake-shaped vibrator and is defined as a functional that depends on the geometric shape of the envelope of the contour in the form of an almost "comma", the shape of the bend, the pitch, the number of bends in (Wood C., Hall P., James JR Design of wideband circularly polarized microstip antennas and arrays. Int. Conf. Antennas and Propag., London, 1978. Part 1. 312-316). In this case, the frequency overlap coefficient is K _f = 15.6 • N / K. Within a certain frequency range, a directional vibrator antenna has a fairly constant input impedance.

Осуществляют выбор геометрической формы огибающей контура вибратора в форме почти "запятой" и определение соотношений геометрических размеров металлического ленточного проводника зигзагообразной формы вибратора, а именно формы изгиба, шага, количества изгибов, геометрических размеров поперечного сечения ленточного проводника, величины углов Ψ, Φ и Θ и длины L, которые являются функционально зависимыми между собой параметрами и определяются в результате параметрического синтеза и параметрической оптимизации. The geometric shape of the envelope of the vibrator’s contour in the form of an almost “comma” is selected and the ratios of the geometric dimensions of the metal tape conductor of the zigzag shape of the vibrator are determined, namely the shape of the bend, pitch, number of bends, geometric dimensions of the cross section of the ribbon conductor, angles углов, Φ and и lengths L, which are functionally dependent parameters among themselves and are determined as a result of parametric synthesis and parametric optimization.

Металлические ленточные проводники вибраторов направленной вибраторной антенны могут быть выполнены с подключенными к ним, в точках со стороны других концов вибраторов, распределенными согласованными нагрузками или реактивными нагрузками емкостного или индуктивного значения. При этом необходимо учитывать, что параметры реактивных нагрузок являются частотно зависимыми. The metal tape conductors of the vibrators of the directional vibrator antenna can be made with connected to them, at the points from the other ends of the vibrators, distributed coordinated loads or reactive loads of capacitive or inductive values. It should be borne in mind that the parameters of reactive loads are frequency dependent.

Согласованные нагрузки могут быть выполнены, например, на распределенных резисторах, например, в виде пленок. Реактивные емкостные или индуктивные нагрузки могут выполняться, например, на распределенных элементах в виде шлейфов. Подключение активных и/или реактивных нагрузок позволяет обеспечить дополнительную степень свободы для согласования, например для выравнивания характеристики согласования, для расширения диапазона рабочих частот направленной вибраторной антенны в нижнюю или верхнюю область диапазона частот. Coordinated loads can be performed, for example, on distributed resistors, for example, in the form of films. Reactive capacitive or inductive loads can be performed, for example, on distributed elements in the form of loops. Connecting active and / or reactive loads allows you to provide an additional degree of freedom for matching, for example, to align the matching characteristics, to expand the operating frequency range of the directional vibrator antenna in the lower or upper region of the frequency range.

На фиг.1 изображена конструкция направленной вибраторной антенны с огибающей контура металлического проводника вибратора в форме почти "запятой" в двух проекциях; на фиг.2 конструкция вибраторов выполнена в виде сплошной металлической пластины в форме почти "запятой"; на фиг.3 - конструкция вибраторов по фиг.2, внутренняя часть поверхности металлических пластин выполнена в виде металлической решетки; на фиг.4 - конструкция вибраторов по фиг. 2, внутренняя часть поверхности металлических пластин выполнена в виде металлических проводников, продольно ориентированных по отношению к продольной оси антенны; на фиг.5 - конструкция вибраторов по фиг.2, внутренняя часть поверхности металлических пластин выполнена в виде металлических проводников, поперечно ориентированных по отношению к продольной оси антенны; на фиг. 6 - конструкция вибраторов с огибающей контура в форме почти "запятой", с вибратором в виде металлического ленточного проводника с прямоугольной формой изгиба; на фиг.7 - конструкция вибраторов с металлическим ленточным проводником с прямоугольной формой изгиба переменной ширины по длине; на фиг. 8 - конструкция вибраторов с металлическим ленточным проводником синусоидальной формы изгиба; на фиг.9 - конструкция вибраторов с металлическим ленточным проводником трапецеидальной формы изгиба; на фиг.10 - конструкция вибраторов с металлическим ленточным проводником треугольной формы изгиба; на фиг.11 - конструкция вибраторов с металлическим ленточным проводником зигзагообразной формы изгиба; на фиг.12 - конструкция вибраторов с металлическим ленточным проводником трапецеидальной формы изгиба, концы которого нагружены на распределенный резистор; на фиг.13 - конструкция вибраторов с металлическим ленточным проводником трапецеидальной формы изгиба, концы которого нагружены на распределенную емкость; на фиг.14 схематически показаны геометрические параметры построения огибающей контура металлических проводников вибраторов направленной вибраторной антенны; на фиг.15 - конструкция направленной вибраторной антенны в печатном исполнении на диэлектрической подложке; на фиг.16 - конструкция направленной вибраторной антенны с двумя металлическими проводниками в каждом вибраторе, выполненными в виде, например, металлической пластины. Figure 1 shows the design of a directional vibrator antenna with the envelope of the contour of the metal conductor of the vibrator in the form of almost "comma" in two projections; figure 2 the design of the vibrators is made in the form of a continuous metal plate in the form of almost "comma"; figure 3 - design of the vibrators of figure 2, the inner part of the surface of the metal plates is made in the form of a metal lattice; figure 4 - design of the vibrators of Fig. 2, the inner part of the surface of the metal plates is made in the form of metal conductors longitudinally oriented with respect to the longitudinal axis of the antenna; figure 5 - design of the vibrators of figure 2, the inner part of the surface of the metal plates is made in the form of metal conductors transversely oriented with respect to the longitudinal axis of the antenna; in FIG. 6 - design of vibrators with an envelope envelope in the shape of an almost "comma", with a vibrator in the form of a metal ribbon conductor with a rectangular bend; in Fig.7 - the design of the vibrators with a metal tape conductor with a rectangular bend of variable width along the length; in FIG. 8 - design of vibrators with a metal tape conductor of a sinusoidal form of bending; figure 9 - design of vibrators with a metal tape conductor of a trapezoidal shape of the bend; figure 10 - design of vibrators with a metal tape conductor of a triangular bend; figure 11 - design of vibrators with a metal ribbon conductor in a zigzag bend; on Fig - the design of the vibrators with a metal tape conductor of a trapezoidal form of bending, the ends of which are loaded on a distributed resistor; on Fig - design of vibrators with a metal tape conductor of a trapezoidal bend, the ends of which are loaded on a distributed capacity; on Fig schematically shows the geometric parameters of the envelope of the contour of the metal conductors of the vibrators of the directional vibrator antenna; on Fig - design of a directional vibrator antenna in a printed version on a dielectric substrate; on Fig - design of a directional vibrator antenna with two metal conductors in each vibrator, made in the form, for example, of a metal plate.

Направленная вибраторная антенна 1 (фиг.1) содержит два идентичных вибратора 2, симметрично расположенных относительно одной координатной плоскости, проходящей через продольную ось 3 направленной вибраторной антенны 1, при этом вибратор 2 выполнен, по крайней мере, из одного металлического проводника 4 конечной толщины, причем одни концы 5 металлических проводников 4 вибраторов 2 сходятся к одной координатной прямой 6, перпендикулярной одной координатной плоскости, и расположены от нее на расстоянии d₁, при этом точки одних концов 5 металлических проводников 4 вибраторов 2 являются входными линиями передачи направленной вибраторной антенны 1 и подключены к выходным линиям передачи согласующе-симметрирующего устройства 7, входная линия передачи 8 которого является входным каналом направленной вибраторной антенны 1 и выполнена на отрезке коаксиальной линии передачи, а металлические проводники 4 вибраторов 2 со стороны других концов 9 пересекают другую координатную прямую 10, перпендикулярную одной координатной плоскости, в точках, расположенных от нее на расстоянии d₂, при этом металлический проводник 4 вибратора 2 направленной вибраторной антенны 1 выполнен в форме, огибающая контура которой выполнена исходящими из точки одного конца 5 металлического проводника 4 вибратора 2, расположенной на расстоянии d₁ относительно одной координатной плоскости, в направлении точки другого конца 9 металлического проводника 4 вибратора 2, расширяющимися лучами с острым углом Θ раскрыва.The directional vibrator antenna 1 (Fig. 1) contains two identical vibrators 2 symmetrically located relative to one coordinate plane passing through the longitudinal axis 3 of the directional vibrator antenna 1, while the vibrator 2 is made of at least one metal conductor 4 of finite thickness, moreover, one ends 5 of the metal conductors 4 of the vibrators 2 converge to one coordinate line 6, perpendicular to one coordinate plane, and are located at a distance d ₁ from it, while the points of one ends 5 are more metallic of the conductors 4 of the vibrator 2 are the input transmission lines of the directional vibrator antenna 1 and are connected to the output transmission lines of the matching-balancing device 7, the input transmission line 8 of which is the input channel of the directional vibrator antenna 1 and is made on a segment of the coaxial transmission line, and the metal conductors of 4 vibrators 2 from the other ends 9 intersect another coordinate line 10, perpendicular to one coordinate plane, at points located at a distance d ₂ from it, while the metal conductor 4 of the vibrator 2 of the directional vibrator antenna 1 is made in the form, the envelope of the contour of which is made outgoing from the point of one end 5 of the metal conductor 4 of the vibrator 2, located at a distance d ₁ relative to one coordinate plane, in the direction of the point of the other end 9 of the metal conductor 4 of the vibrator 2 , expanding rays with an acute angle Θ aperture.

При этом внешний участок луча 11 огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2, внешний по отношению к продольной оси 3 направленной вибраторной антенны 1 и составляющий с ней угол Ψ, переходит во внешний нелинейный участок 12 огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2, продольно ориентированного по отношению к продольной оси 3 направленной вибраторной антенны 1, с выпуклым искривлением, радиус кривизны которого уменьшается с увеличением расстояния в направлении от точки одного конца 5 металлического проводника 4 вибратора 2 к точке другого конца 9 металлического проводника 4 вибратора 2, и переходит в первый нелинейный участок 13 огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2, выполненный в форме овала, при этом длина перпендикуляра h от точки перегиба первого нелинейного участка 13 огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2, выполненного в форме овала, до продольной оси 3 направленной вибраторной антенны 1 определяет размер, равный ширине вибратора 2, а внутренний участок луча 14 огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2, внутренний по отношению к продольной оси 3 направленной вибраторной антенны 1, переходит во внутренний нелинейный участок 15 огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2, поперечно ориентированного по отношению к продольной оси 3 направленной вибраторной антенны 1, с вогнутым искривлением, радиус кривизны которого уменьшается с увеличением расстояния в направлении от точки одного конца 5 металлического проводника 4 вибратора 2 к точке другого конца 9 металлического проводника 4 вибратора 2, и переходит во второй внутренний нелинейный участок 16 огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2, выполненный в форме овала, точка перегиба которого соответствует точке, расположенной со стороны другого конца 9 металлического проводника 4 соответствующего вибратора 2, лежащей на другой координатной прямой 10 на расстоянии d₂ относительно одной координатной плоскости, при этом первый внешний 13 и второй внутренний 16 нелинейные участки огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2, выполненные в форме овала, расположены со стороны вершин, соответствующих большой оси овала 17, составляющей угол Ф с продольной осью 3 направленной вибраторной антенны 1.In this case, the outer portion of the beam 11 of the envelope of the contour of the metal conductor 4 of the vibrator 2, external to the longitudinal axis 3 of the directional vibrator antenna 1 and making an angle пере with it, goes into the outer nonlinear portion 12 of the envelope of the contour of the metal conductor 4 of the vibrator 2, oriented longitudinally with respect to to the longitudinal axis 3 of the directional vibrator antenna 1, with convex curvature, the radius of curvature of which decreases with increasing distance in the direction from the point of one end 5 of the metal conductor 4 in the oscillator 2 to the point of the other end 9 of the metal conductor 4 of the vibrator 2, and goes into the first nonlinear section 13 of the envelope of the contour of the metal conductor 4 of the vibrator 2, made in the form of an oval, while the perpendicular length h from the inflection point of the first nonlinear section 13 of the envelope of the contour of the metal conductor 4 the vibrator 2, made in the form of an oval, to the longitudinal axis 3 of the directional vibrator antenna 1 determines the size equal to the width of the vibrator 2, and the inner portion of the beam 14 of the envelope of the contour of the metal conductor 4 v rotor 2, internal with respect to the longitudinal axis 3 of the directional vibrator antenna 1, passes into the internal nonlinear portion 15 of the envelope of the contour of the metal conductor 4 of the vibrator 2, transversely oriented with respect to the longitudinal axis 3 of the directional vibrator antenna 1, with a concave curvature, the radius of curvature of which decreases with increasing distance in the direction from the point of one end 5 of the metal conductor 4 of the vibrator 2 to the point of the other end 9 of the metal conductor 4 of the vibrator 2, and goes into the second inside a nonlinear portion 16 of the envelope of the contour of the metal conductor 4 of the vibrator 2, made in the form of an oval, the inflection point of which corresponds to the point located on the other end side 9 of the metal conductor 4 of the corresponding vibrator 2, lying on another coordinate line 10 at a distance d ₂ relative to one coordinate plane wherein the first external 13 and second internal 16 non-linear sections of the envelope contour of the metal conductor 4 of the vibrator 2, made in the form of an oval, are located on the side of the peaks, sponding to the major axis of the oval 17, component F angle with the longitudinal axis 3 directed dipole antenna 1.

Направленная вибраторной антенны 1 (фиг.2) может быть выполнена с вибратором 2 в виде сплошной металлической пластины 18 с огибающей контура в форме почти "запятой". The directional vibrator antenna 1 (Fig. 2) can be made with the vibrator 2 in the form of a continuous metal plate 18 with an envelope envelope in the shape of an almost "comma".

Направленная вибраторная антенна 1 может быть выполнена с вибратором 2 в виде металлической пластины 18, внутренняя часть поверхности которой выполнена в виде металлической решетки 19 (фиг.3); в виде металлических проводников 20, продольно ориентированных по отношению к продольной оси 3 (фиг.4); в виде металлических проводников 21, поперечно ориентированных по отношению к продольной оси 3 (фиг.5). The directional vibrator antenna 1 can be made with a vibrator 2 in the form of a metal plate 18, the inner part of the surface of which is made in the form of a metal grill 19 (Fig. 3); in the form of metal conductors 20, longitudinally oriented with respect to the longitudinal axis 3 (figure 4); in the form of metal conductors 21, transversely oriented with respect to the longitudinal axis 3 (figure 5).

Направленная вибраторная антенна 1 может быть выполнена с вибратором 2 в виде металлического ленточного проводника 22 с огибающей контура в форме почти "запятой" и формой изгиба: прямоугольной (фиг.6); прямоугольной с переменной шириной ленточного проводника (фиг.7); синусоидальной (фиг.8); трапецеидальной (фиг.9); треугольной (фиг.10); зигзагообразной (фиг.11). The directional vibrator antenna 1 can be made with the vibrator 2 in the form of a metal ribbon conductor 22 with an envelope envelope in the shape of an almost "comma" and the shape of the bend: rectangular (Fig.6); rectangular with a variable width of the ribbon conductor (Fig.7); sinusoidal (Fig. 8); trapezoidal (Fig.9); triangular (figure 10); zigzag (11).

Направленная вибраторная антенна 1 может быть выполнена с вибратором 2 в виде металлического ленточного проводника 22 с огибающей контура в форме почти "запятой", например, трапецеидальной формы изгиба, концы которого нагружены на распределенный резистор 23 (фиг.12) и на распределенную емкость 24 (фиг.13). The directional vibrator antenna 1 can be made with a vibrator 2 in the form of a metal ribbon conductor 22 with an envelope envelope in the shape of an almost "comma", for example, a trapezoidal bend, the ends of which are loaded on a distributed resistor 23 (Fig. 12) and on a distributed capacitance 24 ( Fig.13).

Геометрические параметры построения огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2 и направленной вибраторной антенны 1 схематически показаны на фиг.14. Огибающая контура металлического проводника 4 состоит из внешней и внутренней огибающих, причем внешняя огибающая состоит из внешнего луча 4, внешнего нелинейного участка 12 и первого нелинейного участка 13, а внутренняя огибающая состоит из внутреннего луча 14, внутреннего нелинейного участка 15 и второго нелинейного участка 16. The geometric parameters of constructing the envelope of the contour of the metal conductor 4 of the vibrator 2 and the directional vibrator antenna 1 are shown schematically in FIG. The envelope of the contour of the metal conductor 4 consists of an external and internal envelope, the external envelope consisting of an external beam 4, an external non-linear section 12 and the first non-linear section 13, and the internal envelope consists of an internal beam 14, an internal non-linear section 15 and a second non-linear section 16.

Направленная вибраторная антенна 1 может быть выполнена с вибратором 2 в виде печатного металлического проводника 25 на диэлектрической подложке 26 (фиг. 15). Печатные металлические проводники 25 могут быть выполнены любой формы и любой конфигурации, толщина металлического проводника равна толщине металлизации и, как правило, составляет 0,15 мм. Также можно выполнять металлические проводники направленной вибраторной антенны методом напыления на керамических подложках с высокой относительной диэлектрической проницаемостью. The directional vibrator antenna 1 can be made with the vibrator 2 in the form of a printed metal conductor 25 on a dielectric substrate 26 (Fig. 15). Printed metal conductors 25 can be made of any shape and any configuration, the thickness of the metal conductor is equal to the thickness of the metallization and, as a rule, is 0.15 mm. It is also possible to conduct metal conductors of a directional vibrator antenna by sputtering on ceramic substrates with high relative permittivity.

Направленная вибраторная антенна 1 может быть выполнена с двумя металлическими проводниками 27 и 28 в каждом вибраторе 2 соответственно, которые со стороны одних концов 5 гальванически соединены между собой и подключены на согласующе-симметрирующее устройство 7, а со стороны других концов 9 разделены между собой диэлектрическими прокладками 29 (фиг.16). The directional vibrator antenna 1 can be made with two metal conductors 27 and 28 in each vibrator 2, respectively, which are galvanically connected from one end 5 and connected to a matching-balancing device 7, and from the other ends 9 are separated by dielectric spacers 29 (Fig. 16).

Направленная вибраторная антенна 1 работает следующим образом. В режиме излучения электромагнитная энергия входного сигнала через отрезок 8 коаксиальной линии передачи, являющейся несимметричной линией с волной типа ТЕМ и, как правило, с волновым сопротивлением 50 Ом, поступает на согласующе-симметрирующее устройство 7. В согласующе-симметрирующем устройстве 7 осуществляется симметрирование волны типа ТЕМ коаксиальной линии в волну типа ТЕМ двухпроводной линии с одновременной трансформацией волнового сопротивления 50 Ом во входное сопротивление направленной вибраторной антенны 1 на входных линиях передачи в точках одних концов 5 вибраторов 2. Величина входного сопротивления направленной вибраторной антенны 1 составляет порядка 40-70 Ом с углом 2Ψ≥90^o между внешними лучами 11 и 14 огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2. Входные линии передачи согласующе-симметрирующего устройства 7 соединены с одними концами 5 металлических проводников 4 вибраторов 2 направленной вибраторной антенны 1 соответственно. Направленная вибраторная антенна 1 формирует однонаправленное излучение вдоль продольной оси 3 с кардиоидной формой диаграммы направленности. Правильно рассчитанное и спроектированное согласующе-симметрирующее устройство 7 обеспечивает сверхширокополосное согласование и симметрирование, а по направленному излучению во всем заданном частотном диапазоне в режиме излучения и в режиме приема.The directional vibrator antenna 1 operates as follows. In the radiation mode, the electromagnetic energy of the input signal through segment 8 of the coaxial transmission line, which is an asymmetric line with a wave of the TEM type and, as a rule, with a wave impedance of 50 Ohms, is supplied to a matching-balancing device 7. In matching-balancing device 7, a wave of type TEM of a coaxial line into a TEM type wave of a two-wire line with the simultaneous transformation of a 50 Ohm wave impedance into the input impedance of a directional vibrator antenna 1 on the input lines transmission at the points of one end of 5 vibrators 2. The input resistance of the directional vibrator antenna 1 is of the order of 40-70 Ohms with an angle of 2Ψ90 ^° between the outer beams 11 and 14 of the envelope of the metal conductor 4 of the vibrator 2. The input transmission lines of the matching-balancing device 7 connected to one ends 5 of the metal conductors 4 of the vibrators 2 of the directional vibrator antenna 1, respectively. The directional vibrator antenna 1 generates unidirectional radiation along the longitudinal axis 3 with a cardioid radiation pattern. Correctly calculated and designed matching-balancing device 7 provides ultra-wideband matching and balancing, and for directional radiation in the entire specified frequency range in the radiation mode and in the reception mode.

Амплитудно-фазовое распределение в вибраторах 2 направленной вибраторной антенны 1 зависит от формы огибающей контура вибратора 2, вида выполнения проводника 4 - в виде металлической пластины или в виде ленточного проводника змейковой формы. Металлический ленточный проводник змейковой формы имеет значительно больше степеней свободы геометрических размеров по отношению к металлической пластине, таких как форма изгиба, количество изгибов, шаг изгибов, величина зазора между ленточными проводниками (определяет величину взаимной электромагнитной связи - коэффициент связи), амплитуда изгибов, ширина ленточного проводника, концевая нагрузка, и соответственно все эти параметры влияют на электрические характеристики направленной вибраторной антенны 1. Однако направленная вибраторная антенна 1 с вибраторами 2, выполненными в виде металлической пластины 18 конечной толщины, имеет высокую механическую прочность, простоту изготовления, высокую надежность, может использоваться в сверхнизкочастотной области, например кГц. Направленная вибраторная антенна 1 с вибраторами 2, выполненными в виде металлических ленточных проводников 22 конечной толщины змейковой формы, при проектировании требует обязательно предусматривать дополнительное механическое крепление ленточных проводников для придания конструкции жесткости и надежности, т. е. происходит усложнение конструкции. Наиболее технологичной является конструкция направленной вибраторной антенны, выполненная в печатном исполнении с применением диэлектрических материалов с высокой (>10) относительной диэлектрической проницаемостью. The amplitude-phase distribution in the vibrators 2 of the directional vibrator antenna 1 depends on the shape of the envelope of the contour of the vibrator 2, the form of the conductor 4 - in the form of a metal plate or in the form of a tape conductor of a serpentine shape. A metal tape conductor of a serpentine shape has significantly more degrees of freedom of geometric dimensions with respect to the metal plate, such as the shape of the bend, the number of bends, the pitch of bends, the gap between the tape conductors (determines the magnitude of the mutual electromagnetic coupling - coupling coefficient), the amplitude of the bends, the width of the tape conductor, end load, and, accordingly, all these parameters affect the electrical characteristics of the directional vibrator antenna 1. However, the directional vibration ornaya antenna 1 with vibrators 2, made of a metal plate 18 of finite thickness, has high mechanical strength, ease of fabrication, high reliability, can be used in the field of ultra-low, eg kHz. Directional vibrator antenna 1 with vibrators 2 made in the form of metal tape conductors 22 of a finite thickness of a snake-like shape, when designing, it is necessary to provide for additional mechanical fastening of the tape conductors to give the structure rigidity and reliability, i.e., the design becomes more complicated. The most technologically advanced is the design of a directional vibrator antenna made in a printed version using dielectric materials with high (> 10) relative permittivity.

Сложная функциональная взаимосвязь между структурными параметрами (форма огибающей контура вибратора 2) и геометрическими размерами проводников 4 направленной вибраторной антенны 1 требует проведения многопараметрического синтеза и оптимизации по заданным электрическим характеристикам. The complex functional relationship between the structural parameters (the shape of the envelope of the vibrator 2 contour) and the geometric dimensions of the conductors 4 of the directional vibrator antenna 1 requires multi-parameter synthesis and optimization according to the given electrical characteristics.

Так, например, длина металлической пластины проводника 4 вибратора 2 определяет диапазонные свойства, а форма огибающей (углы Θ и Ф) также влияет на диапазонные свойства и определяет величину входного сопротивления и характеристики согласования в диапазоне частот. Для металлических ленточных проводников 22 вибратора 2 взаимная связь изгибов (коэффициент связи), форма изгибов и их число мало влияют на диаграмму направленности, в тоже время изменением амплитуды изгибов и шага можно варьировать диаграммой направленности направленной вибраторной антенны 1, и все эти параметры завязаны с формой огибающей контура вибратора 2. So, for example, the length of the metal plate of the conductor 4 of the vibrator 2 determines the range properties, and the shape of the envelope (angles Θ and Ф) also affects the range properties and determines the value of the input resistance and matching characteristics in the frequency range. For metal tape conductors 22 of the vibrator 2, the interconnection of bends (coupling coefficient), the shape of the bends and their number have little effect on the radiation pattern, at the same time, by changing the amplitude of the bends and pitch, you can vary the radiation pattern of the directional vibrator antenna 1, and all these parameters are related to the shape envelope of the vibrator 2.

Аналитические расчеты показали, что геометрическая форма огибающей контура металлического проводника 4 вибратора 2 с высокой степенью приближения аппроксимируется овалом Кассини и усеченной лемнискатой (фиг.14). Овал Кассини и лемниската представляют собой плоские геометрические кривые, описываемые уравнением четвертого порядка как в прямоугольной, так и в полярной системах координат. Analytical calculations showed that the geometric shape of the envelope of the contour of the metal conductor 4 of the vibrator 2 with a high degree of approximation is approximated by the Cassini oval and a truncated lemniscate (Fig. 14). The Cassini oval and the lemniscate are flat geometric curves described by a fourth order equation in both rectangular and polar coordinate systems.

Например, используя метод конечных элементов (Л. Сегерлинд. Применение метода конечных элементов. - Пер. с англ. под ред. Б.Е. Победри. М.: Мир, 1979. - 398 с.) и "квазирегулярное" приближение (Ильинский А.С., Слепян Г.Я. Колебания и волны в электродинамических системах с потерями. - М.: Изд-во МГУ, 1983. -323 с.), с достаточной степенью приближения, для практической реализации, посредством параметрического синтеза и параметрической оптимизации можно рассчитать форму, геометрические размеры металлических пластин 18 и ленточных проводников 22 змейковой формы вибраторов 2 под заданные электродинамические характеристики направленной вибраторной антенны 1. Причем все расчеты необходимо проводить с учетом реализации конструкции и условий эксплуатации. For example, using the finite element method (L. Segerlind. Application of the finite element method. - Transl. From English under the editorship of B.E. Pobedry. M .: Mir, 1979. - 398 p.) And the "quasiregular" approximation (Ilyinsky A.S., Slepyan G.Ya. Oscillations and waves in electrodynamic systems with losses. - M.: Moscow State University Publishing House, 1983. -323 pp.), With a sufficient degree of approximation, for practical implementation, through parametric synthesis and parametric optimization, you can calculate the shape, geometric dimensions of the metal plates 18 and tape conductors 22 of the snake shape tors 2 electrodynamic characteristics under predetermined directional dipole antenna 1. Moreover, all calculations to be performed taking into account the implementation of design and operating conditions.

Claims

1. A directional vibrator antenna containing two identical vibrators symmetrically located relative to one coordinate plane passing through the longitudinal axis of the directional vibrator antenna, wherein each vibrator is made of at least one metal conductor of finite thickness, and one ends of the metal conductors of the vibrators converge one coordinate axis perpendicular to a coordinate plane at points spaced from it by a distance d _1, where these points are input and transmission lines of a directional vibrator antenna and connected to output transmission lines of a matching-balancing device, the input transmission line of which is the input channel of a directional vibrator antenna and is made on a segment of a coaxial transmission line, and the metal conductors of the vibrators cross the other coordinate line perpendicular to one end coordinate plane at points spaced from it by a distance d _2, characterized in that the metal wire is directed vibrator constant dipole antenna is configured in the shape, the envelope of which emanates from a point at one end of the metal conductor at a distance d ₁ with respect to a coordinate plane, in the direction of the point of the other end of the metal wire radiating acute angle θ aperture, wherein the outer beam relative to the the longitudinal axis of the directional vibrator antenna, makes an angle ψ with it and passes into the external nonlinear portion of the envelope with convex curvature, the radius of curvature of which decreases with increasing the distance from the point of one end of the metal conductor to the point of the other end, and passes into the first non-linear envelope section, made in the form of an oval, while the perpendicular length h to the envelope at the inflection point of the first non-linear section of the envelope to the longitudinal axis of the directional vibrator antenna determines the size of the width of the vibrator , and the inner beam passes into the internal nonlinear portion of the envelope with concave curvature, the radius of curvature of which decreases with increasing distance from a point of one end of the metal a conductor the vibrator to the point of the other end of which then moves into the second nonlinear portion of the envelope formed in an oval shape, a point of inflection which corresponds to the point on the other coordinate axis at a distance d ₂ from one coordinate plane, the major axis of the oval is at an angle F with the longitudinal axis of the directional vibrator antenna.

2. The directional vibrator antenna according to claim 1, characterized in that each vibrator is made of at least two identical metal conductors, which are galvanically connected from one end to another.

3. The directional vibrator antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the acute aperture angle θ is from 20 to 40 ^o .

4. The directional vibrator antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the angle ψ 'is selected from the condition ≥45 ^o .

5. The directional vibrator antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the major axis makes an angle Φ from 60 to 105 ^° with the longitudinal axis of the directional vibrator antenna.

6. The directional vibrator antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the metal conductors are made in printed form on a dielectric substrate.

7. The directional vibrator antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the surfaces of the metal conductors are coated with a radio-transparent dielectric material.

8. The directional vibrator antenna according to claim 7, characterized in that dielectric materials based on a foam base are used as a translucent dielectric material.

9. The directional vibrator antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the metal conductors are made in the form of metal plates.

10. The directional vibrator antenna according to claim 9, characterized in that the inner part of the surface of the metal plates is made in the form of a metal grid.

11. The directional vibrator antenna according to claim 9, characterized in that the inner part of the surface of the metal plates is made in the form of metal conductors longitudinally oriented with respect to the longitudinal axis of the directional vibrator antenna.

12. The directional vibrator antenna according to claim 9, characterized in that the inner part of the surface of the metal plates is made in the form of metal conductors transversely oriented with respect to the longitudinal axis of the directional vibrator antenna.

13. The directional vibrator antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the metal conductors are made in the form of zigzag ribbon conductors, one of the bends of which are located on the external envelope of the metal conductor, and other bends opposite to one of the bends are located on the internal envelope of the metallic vibrator conductor.

14. The directional vibrator antenna according to claim 13, characterized in that the zigzag ribbon conductors are made of variable width.

15. The directional vibrator antenna according to claim 13, characterized in that the ribbon conductor is made in the form of a rectangular bend.

16. The directional vibrator antenna according to claim 13, characterized in that the tape conductor is made in the form of a sinusoidal bend.

17. The directional vibrator antenna according to claim 13, characterized in that the tape conductor is made in the form of a trapezoidal bend.

18. The directional vibrator antenna according to claim 13, characterized in that the tape conductor is made in the form of a triangular bend.

19. The directional vibrator antenna according to claim 13, characterized in that coordinated loads are connected to the points from the other ends of the metal conductors made in a zigzag shape.

20. The directional vibrator antenna according to claim 13, characterized in that capacitive loads are connected to the points from the other ends of the metal conductors made in a zigzag shape.