RU221357U1

RU221357U1 - Биконическая вибраторная антенна с замыкателями

Info

Publication number: RU221357U1
Application number: RU2023114523U
Authority: RU
Inventors: Станислав Евгеньевич Нескородов; Артем Викторович Стребков; Денис Павлович Кондратьев
Original assignee: Акционерное общество "Концерн Созвездие"
Filing date: 2022-02-01
Publication date: 2023-11-01

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве передающей и приемной широкополосной антенны линейной поляризации УКВ диапазона.

Технический результат состоит в расширении диапазона рабочих частот и/или в добавлении дополнительного диапазона частот.

Для этого в антенну, содержащую М стержней верхнего конуса (1), М стержней нижнего конуса (2), изолятор (3), согласующее устройство (4), в верхний и нижний конусы ведены замыкатели (6), расположенные на равном удалении от изолятора (3) и соединяющие стержни каждого конуса между собой и имеющие электрический контакт со стержнями и между собой, при этом вокруг изолятора (3) параллельно ему установлены М опор (7), выполненные из диэлектрического материала, противоположные концы каждой опоры (7) закреплены между соответствующими стержнями (1) и (2) верхнего и нижнего конусов. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использовано в качестве передающей и приемной широкополосной антенны линейной поляризации УКВ диапазона.

Сущность полезной модели заключается в том, что, изменяя положения замыкателей, меняют положение собственного резонанса, что позволяет либо расширить диапазон рабочих частот, либо добавить второй диапазон рабочих частот с выравниванием диаграммы направленности в вертикальной и азимутальной плоскостях. При этом отношение верхней рабочей частоты дополнительного диапазона частот к нижней рабочей частоте исходного диапазона частот может достигать 14 и более.

Известны широкополосные биконические и дискоконусные антенны, конусы и диски которых состоят из образующих вибраторов, замкнутых только со стороны вершины (патент RU 2481678, H01Q 11/10, RU 2386198 H01Q 9/28, RU 2247449, H01Q 21/00, RU 2336614, H01Q 9/28).

Недостатком известных антенн является ограничение полосы частот, вызванное собственным резонансом образующих вибраторов.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому устройству является антенна, описанная в патенте RU 2336614 H01Q 9/28, принятая за прототип.

Схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:

1 – М стержней верхнего конуса;

2 – М стержней нижнего конуса;

3 – изолятор;

4 – согласующее устройство;

5 – питающий фидер.

Устройство-прототип состоит из М стержней верхнего конуса 1, соединенных в узел, образующий вершину конуса; М стержней нижнего конуса 2, соединенных в свой узел, образующий вершину конуса; оба конуса обращены вершинами друг к другу и закреплены на изоляторе 3. Выход согласующего устройства 4 подключен клеммами к вершинам конусов. Если согласующее устройство 4 выполнено в виде отрезка коаксиального кабеля, то внутренний его проводник присоединяется к одной вершине конуса, а внешний проводник – к вершине второго конуса. Подключение к аппаратуре производится питающим фидером 5.

Устройство-прототип работает следующим образом.

При подаче через питающий фидер 5 высокочастотного сигнала и прохождения его через согласующее устройство 4 происходит возбуждение антенны – в верхнем конусе, состоящем из М стержней верхнего конуса 1, появляются токи проводимости, которые возбуждают электромагнитное поле, силовые линии которого замыкаются на нижний конус антенны, состоящем из стержней нижнего конуса 2, возбуждая в нем равные по амплитуде и фазе токи проводимости.

Недостатком устройства-прототипа является ограниченная полоса частот, вызванная собственным резонансом стержней. С ростом частоты рабочая длина волны становится сопоставима с расстоянием между стержнями у оснований конусов. Резонанс возникает, если целое число полуволн укладывается в незамкнутую длину стержня и одновременно в расстояние между соседними стержнями. В этом случае диаграмма направленности приобретает сильные искажения, также нарушается согласование антенны с фидерным трактом. При этом на частотах, более полуволны которых укладывается в расстояние между свободными концами стержней, диаграмма направленности разрушается, образуя локальные максимумы в направлении стержней. Таким образом, отношение верхней рабочей частоты f_верх к нижней f_ниж в антеннах такого типа не может превышать 5 (f_верх / f_ниж< 5).

Задачей предлагаемого устройства является добавление дополнительного диапазона рабочих частот, который может быть, при необходимости, присоединен к основному диапазону рабочих частот, при выравнивании диаграммы направленности в дополнительном диапазоне рабочих частот.

Для решения поставленной задачи в биконическую антенну, содержащую верхний и нижний конусы, выполненные из М стержней каждый, при этом оба конуса обращены вершинами друг к другу и закреплены на изоляторе; выход согласующего устройства подключен клеммами к вершинам конусов, согласно изобретению, в верхний и нижний конусы ведены замыкатели, расположенные на равном удалении от изолятора и соединяющие стержни каждого конуса между собой и имеющие электрический контакт со стержнями и между собой.

Схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено:

1 – М стержней верхнего конуса;

2 – М стержней нижнего конуса;

3 – изолятор;

4 – согласующее устройство;

6 – замыкатели.

Предлагаемое устройство состоит из М стержней верхнего конуса 1, соединенных в узел, образующий вершину конуса; М стержней нижнего конуса 2, соединенных в свой узел, образующий вершину конуса; оба конуса обращены вершинами друг к другу и закреплены на изоляторе 3. Выход согласующего устройства 4 подключен клеммами к вершинам конусов. Если согласующее устройство 4 выполнено в виде отрезка коаксиального кабеля, то внутренний его проводник присоединяется к одной вершине конуса, а внешний проводник – к вершине второго конуса. Подключение к аппаратуре производится через соединитель, установленный на согласующем устройстве (на фиг. 2 не показан). Замыкатели 6 выполнены из проводников и могут быть как гибкие (из кабеля, провода), так и жесткие (из трубок, прутьев). Между соседними замыкателями 6, а также между замыкателями 6 и стержнями 1 верхнего конуса и замыкателями 6 и стержнями 2 нижнего конуса существует электрический контакт.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При подаче через согласующее устройство 4 высокочастотного сигнала происходит возбуждение антенны в верхнем конусе, состоящем из М стержней 1 верхнего конуса, появляются токи проводимости, которые возбуждают электромагнитное поле, силовые линии которого замыкаются на нижний конус антенны, состоящем из стержней нижнего конуса 2, возбуждая в нем равные по амплитуде и фазе токи проводимости. На нижних частотах рабочего диапазона (от f_ниждо f_верх) замыкатели 6 не оказывают влияния и характеристики аналогичны характеристикам устройства-прототипа. Меняя положение замыкателей 6 – расстояние от замыкателей 6 до вершин конусов – добиваются смещения резонанса из рабочих диапазонов. На верхних частотах рабочего диапазона (или в дополнительном диапазоне) частот (от f_{доп_ниж}до f_{доп_верх}) замыкатель 6 обеспечивает одинаковый потенциал в пространстве между стержнями каждого из конусов, что приводит к смещению резонансов стержней 1 и 2 верхнего и нижнего конусов, так как их незамкнутая длина становится меньше. В результате выравнивается диаграмма направленности, повышается коэффициент усиления на верхних частотах рабочего диапазона (в дополнительном диапазоне) частот. Зависимость коэффициентов усиления устройства-прототипа и предлагаемого устройства от частоты в дополнительном диапазоне рабочих частот изображены на фиг. 3, где пунктиром показан коэффициент усиления в направлении горизонта устройства прототипа, а сплошной линией – предлагаемого устройства. Как видно из фиг. 3, предлагаемое устройство имеет стабильный коэффициент усиления в дополнительном диапазоне рабочих частот, в то время как у устройства-прототипа коэффициент усиления снижается до – 10 дБи, что неприемлемо для использования.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство имеет отношение верхней рабочей частоты к нижней f_{доп_верх}/ f_ниж = 5..7 против f_верх/ f_ниж = 4..5 у устройства-прототипа, а при использовании дополнительного диапазона f_{доп_верх}/ f_ниж >14, но при наличии некоторого интервала частот, в котором параметры антенны не контролируются. Это позволяет радиосредствам, работающим в различных диапазонах, использовать одну антенну.

Технический результат состоит в добавлении дополнительного диапазона рабочих частот, который может быть, при необходимости, присоединен к основному диапазону рабочих частот, при выравнивании диаграммы направленности в дополнительном диапазоне рабочих частот.

Claims

1. Биконическая антенна, содержащая верхний и нижний конусы, выполненные из М стержней каждый, при этом оба конуса обращены вершинами друг к другу и закреплены на изоляторе; выход согласующего устройства подключен клеммами к вершинам конусов, отличающаяся тем, что в верхний и нижний конусы ведены замыкатели, расположенные на равном удалении от изолятора и соединяющие стержни каждого конуса между собой и имеющие электрический контакт со стержнями и между собой.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что замыкатели выполнены из гибких проводников - кабеля или провода.

3. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что замыкатели выполнены жесткими - из трубок или прутьев.