RU2629533C1 - Сверхширокополосная антенна для диапазона дмв1 - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемо-передающих устройств. Антенна содержит полотно антенны, разъем, подсоединенный в основании к полотну антенны, емкостный элемент, излучающий элемент полотна антенны, выполненный из спирали, и несимметричный вибратор, ориентированный вертикально. Один конец спирали подсоединен к центральному проводнику разъема, а другой конец - к несимметричному вибратору. Разъем выполнен коаксиальным. Емкостный элемент выполнен в виде отрезка коаксиального кабеля, расположенного внутри спирали. Центральная жила коаксиального кабеля подсоединена к месту соединения спирали и несимметричного вибратора, а оплетка - к наружному проводнику разъема. Технический результат заключается в увеличении диапазона рабочих частот, в обеспечении максимально возможного коэффициента перекрытия по частоте, в повышении коэффициента усиления, в упрощении конструкции и в уменьшении габаритов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемо-передающих устройств для связи между стационарными объектами или наземными объектами с изменяющимся во времени их взаимным расположением, функционирующих в диапазоне ДМВ1. Кроме того, изобретение относится к антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.

Известны антенны, использующие несимметричный вибратор с широкополосным согласующим устройством (ШСУ) в основании полотна антенны. Такие антенны имеют достаточно высокие потери из-за использования ШСУ. Примером могут служить антенны MVDP100X5 фирмы Hascall-Denke (США), WB-1048М фирмы COJOT (Финляндия), AD-44/E фирмы TRIVAL ANTENE (Словения), RF-3 I64-AT122 фирмы HARRIS (США). Например, характеристики антенны MVDP100X5 фирмы Hascall-Denke следующие: коэффициент стоячей волны КСВ в диапазоне частот от 100 до 512 МГц не более 3,5, коэффициент усиления Ку - в пределах от минус 4 до 0 дБ.

Наиболее близкой к заявляемой является широкополосная антенна согласно заявке на патент США US 2006022883 (опубликована 02.02.2006; МПК H01Q 1/00, H01Q 1/36, H01Q 9/30, H01Q 9/36), содержащая полотно антенны, разъем, подсоединенный в основании к полотну антенны, емкостный элемент, излучающий элемент полотна антенны, выполненный из спирали в виде витой цилиндрической пружины, и несимметричный вибратор, ориентированный вертикально, при этом один конец спирали подсоединен к разъему, а другой конец - к несимметричному вибратору.

В известном устройстве для крепления полотна антенны используется винтовой разъем, а сигнал приемо-передающего устройства подается через емкостный элемент-конденсатор - в область нижней части спирали. Кроме того, использована дополнительная катушка индуктивности, установленная между двумя частями несимметричного вибратора. Устройство имеет сложную конструкцию, большие габариты, в зависимости от размеров излучающих элементов может работать в достаточно узких диапазонах частот, например 100-200 МГц.

Решаемая изобретением задача заключается в улучшении технико-эксплуатационных характеристик широкополосной антенны.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является увеличение ширины диапазона рабочих частот, обеспечение максимально возможного коэффициента перекрытия по частоте, повышение коэффициента усиления, упрощение конструкции и уменьшение габаритов антенны.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата широкополосная антенна содержит полотно антенны, разъем, подсоединенный в основании к полотну антенны, емкостный элемент, излучающий элемент полотна антенны, выполненный из спирали в виде витой цилиндрической пружины, и несимметричный вибратор, ориентированный вертикально. При этом первый конец спирали подсоединен к центральному проводнику коаксиального разъема, а второй конец - к несимметричному вибратору. Разъем выполнен коаксиальным. Емкостный элемент выполнен в виде отрезка коаксиального кабеля, расположенного внутри спирали. Центральная жила коаксиального кабеля подсоединена к месту соединения второго конца спирали и несимметричного вибратора, а оплетка - к наружному проводнику коаксиального разъема.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых:

- введена втулка, установленная на коаксиальном разъеме и электрически связанная с ним, при этом часть витков спирали расположена внутри втулки;

- в качестве несимметричного вибратора использован электропроводящий стержень, или трубка, или гибкий трос.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются с помощью варианта его выполнения со ссылками на фигуру 1.

Фигура 1 схематично изображает конструкцию сверхширокополосной антенны для диапазона ДМВ1.

Широкополосная антенна содержит полотно 1 антенны, разъем 2, подсоединенный в основании к полотну 1 антенны, емкостный элемент 3, излучающий элемент полотна антенны, выполненный в виде спирали 4 из витой цилиндрической пружины, и несимметричный вибратор 5, ориентированный вертикально. При этом первый конец спирали 4 (нижний на фиг. 1) подсоединен к центральному проводнику (не показан) разъема 2, а второй конец спирали (верхний на фиг. 1) подсоединен к несимметричному вибратору 5. Разъем 2 выполнен коаксиальным. Емкостный элемент 3 выполнен в виде отрезка коаксиального кабеля, расположенного внутри спирали 4. Центральная жила 6 коаксиального кабеля подсоединена к месту соединения второго конца спирали 4 и несимметричного вибратора 5, а оплетка 7 - к наружному проводнику разъема 2.

Кроме того, может быть введена втулка 8, установленная на разъеме 2 и электрически связанная с ним, при этом часть витков спирали 4 расположена внутри втулки 8.

В качестве несимметричного вибратора 5 может быть использован электропроводящий стержень, трубка или гибкий трос.

Работает устройство следующим образом.

Предлагаемая конструкция сверхширокополосной антенны представляет собой несимметричный вибратор 5 с широкополосным согласующим устройством в виде Г-образного LC-контура, в котором роль индуктивности выполняет спираль 4, являющаяся частью полотна 1 антенны.

Как известно, ширина полосы частот контура зависит от добротности элементов контура и на практике определяется, в основном, добротностью катушки индуктивности. Поскольку в предлагаемой конструкции спираль 4 - катушка индуктивности - является частью излучателя, ее добротность уменьшается за счет полезной отдачи энергии на излучение, а не за счет тепловых потерь. Таким образом, достигается широкая полоса рабочих частот при высоком КПД антенны.

Пример конструкции антенны, работающей в диапазоне частот от 136 до 520 МГц, приведен на фиг. 1.

К центральному проводнику разъема 2 подключается индуктивность, выполненная в виде спирали 4 (витой цилиндрической пружины). Верхний на фиг. 1 конец спирали 4 соединен с несимметричным вибратором 5, который может быть изготовлен в виде стержня, трубки или гибкого троса. Место соединения спирали 4 и несимметричного вибратора 5 через емкостный элемент 3 LC-контура соединяется с корпусом разъема 2 (наружным проводником).

Для уменьшения габаритных размеров антенны емкостный элемент 3 выполнен из отрезка тонкого коаксиального кабеля, расположенного внутри спирали 4. На верхнем по фиг. 1 конце тонкого коаксиального кабеля используется только центральная жила 6 отрезка коаксиального кабеля, а на нижнем по фиг. 1 конце тонкого коаксиального кабеля - только его оплетка 7. Такая конструкция значительно расширяет полосу рабочих частот за счет распределения емкости вдоль витков спирали 4. Аналогичный эффект наблюдается при расположении двух-трех нижних витков пружины 4 внутри втулки 8 разъема 2, как показано на фиг. 1.

Предлагаемая антенна характеризуется более широкой полосой частот, нежели полоса частот ближайшего аналога согласно US 2006022883. Это достигается за счет отсутствия второй индуктивности, включенной в основное полотно, и меньшей по величине первой индуктивности (в основании полотна). Как известно, добротность колебательного контура, каким является полотно любой антенны, зависит, кроме других факторов, от отношения индуктивности к емкости. Поэтому уменьшение индуктивной составляющей полотна антенны ведет к снижению добротности, а следовательно, к расширению полосы частот.

Кроме того, предлагаемая антенна характеризуется Ку, значение которого больше, чем значение Ку антенны согласно US 2006022883, за счет отсутствия диэлектрических каркасов, на которых намотаны индуктивности, в которых возникают потери. В предложенной антенне индуктивность является несущей частью полотна (для лучшей проводимости может быть выполнена в виде стальной омедненной пружины), и каркас ей не нужен.

Как показали испытания, заявленная конструкция антенны обеспечивает КСВ не более 3,5 в диапазоне рабочих частот от 136 до 520 МГц и Ку от минус 2 до 4 дБ в направлении горизонта.

Наиболее успешно заявленная сверхширокополосная антенна для диапазона ДМВ1 применяется для связи между стационарными объектами или подвижными объектами, например передвижными радиостанциями.

Claims (3)

1. Широкополосная антенна, содержащая полотно антенны, разъем, подсоединенный в основании к полотну антенны, емкостный элемент, излучающий элемент полотна антенны, выполненный из спирали в виде витой цилиндрической пружины, и несимметричный вибратор, ориентированный вертикально, при этом первый конец спирали подсоединен к разъему, а второй конец - к несимметричному вибратору, отличающаяся тем, что разъем выполнен коаксиальным, первый конец спирали подсоединен к центральному проводнику разъема, емкостный элемент выполнен в виде отрезка коаксиального кабеля, расположенного внутри спирали, центральная жила которого подсоединена к месту соединения второго конца спирали и несимметричного вибратора, а оплетка - к наружному проводнику разъема.

2. Широкополосная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что содержит втулку, установленную на разъеме и электрически связанную с ним, при этом часть витков спирали расположена внутри втулки.

3. Широкополосная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве несимметричного вибратора использован электропроводящий стержень, или трубка, или гибкий трос.

Images