RU2769306C1 - Broadband antenna - Google Patents
Broadband antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769306C1 RU2769306C1 RU2021121281A RU2021121281A RU2769306C1 RU 2769306 C1 RU2769306 C1 RU 2769306C1 RU 2021121281 A RU2021121281 A RU 2021121281A RU 2021121281 A RU2021121281 A RU 2021121281A RU 2769306 C1 RU2769306 C1 RU 2769306C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- tubular base
- frequency
- radiator
- conductive
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для работы с широкополосными радиопередающими устройствами.The invention relates to the field of radio engineering and can be used to work with broadband radio transmitting devices.
Антенна широкополосная, простая по конструкции, в области малых электрических длин своего излучателя обладает повышенной энергетической эффективностью (повышенными уровнями сопротивления излучения, коэффициента полезного действия и излучаемой мощности), а также имеет рабочий диапазон частот, расширенный в сторону нижних частот. Антенна может найти применение в широкополосных передающих комплексах связи коротковолнового диапазона (от 1,5 до 30 МГц), устанавливаемых на подвижных объектах, например морских судах, а также на береговых радиоцентрах.The broadband antenna, simple in design, has increased energy efficiency in the region of small electrical lengths of its emitter (increased levels of radiation resistance, efficiency and radiated power), and also has an operating frequency range extended towards lower frequencies. The antenna can be used in broadband transmitting communication systems in the shortwave range (from 1.5 to 30 MHz) installed on mobile objects, such as ships, as well as on coastal radio centers.
Известна антенна верхнего питания /1/, состоящая из вибраторного излучателя верхнего питания высотой l, который своим основанием с помощью опорного изолятора установлен на проводящей поверхности. К входу излучателя подключено своим выходом нижнечастотное широкополосное согласующее устройство (ШСУ), также установленное на проводящей поверхности. Вход этого ШСУ является входом всей антенны /1/.Known top power antenna /1/, consisting of a vibrator top feed emitter height l, which is its base using a support insulator mounted on a conductive surface. A low-frequency broadband matching device (SHSU), also mounted on a conductive surface, is connected to the emitter input with its output. The input of this SHSU is the input of the entire antenna /1/.
Во внутреннюю полость нижнего плеча вибраторного излучателя встроены коаксиальная линия питания и верхнечастотное широкополосное согласующее устройство (ШСУ), которое выполнено в виде неперестраиваемой четырехполюсной лестничной цепи из реактивных элементов. Между основанием излучателя и проводящей поверхностью, параллельно опорному изолятору, подключен выключатель, служащий для изменения точки питания излучателя в зависимости от выбранного значения рабочей частоты (рабочей длины волны λ).A coaxial power line and a high-frequency broadband matching device (SHSU) are built into the inner cavity of the lower arm of the vibrator radiator, which is made in the form of a non-tunable four-pole ladder chain of reactive elements. Between the base of the emitter and the conductive surface, parallel to the support insulator, a switch is connected that serves to change the feed point of the emitter depending on the selected value of the operating frequency (operating wavelength λ).
Нижнечастотное ШСУ содержит четырехполюсную согласующую цепь и линию обхода, которые объединены своими входами и своими выходами с помощью двух переключателей.The low-frequency control loop contains a four-pole matching circuit and a bypass line, which are connected by their inputs and their outputs using two switches.
Рабочий диапазон длин волн антенны определяется соотношением 0,05 ≤ l/λ ≤ 1,25, что соответствует максимальной рабочей длине волны λмакс=20l и минимальной рабочей длине волны λмин=0,8l.The operating wavelength range of the antenna is determined by the ratio 0.05 ≤ l/λ ≤ 1.25, which corresponds to the maximum operating wavelength λ max =20l and the minimum operating wavelength λ min =0.8l.
В области верхних частот, где электрическая длина излучателя лежит в пределах (0,2-0,25) ≤ l/λ ≤ 1,25, выключатель в его основании замкнут, и излучатель тем самым переводится в режим верхнего питания. В нижнечастотном ШСУ включена линия обхода. Согласование антенны осуществляется верхнечастотным ШСУ, встроенным в ее излучатель, за счет чего антенна в области верхних частот работает в широкополосном режиме без каких-либо перестроек и переключений.In the high frequency region, where the electrical length of the radiator lies within (0.2-0.25) ≤ l/λ ≤ 1.25, the switch at its base is closed, and the radiator is thereby switched to the upper power supply mode. The bypass line is enabled in the low-frequency SHSU. Antenna matching is carried out by a high-frequency SHSU built into its emitter, due to which the antenna in the high-frequency region operates in a broadband mode without any adjustments and switching.
Для работы антенны в области нижних частот, где электрическая длина излучателя лежит в пределах 0,05 ≤ l/λ ≤ (0,2-0,25), выключатель в его основании размыкается и он (излучатель) переводится в режим нижнего питания, что позволяет значительно снизить шунтирующее действие емкостей верхнечастотного ШСУ и коаксиальной линии питания, встроенных в излучатель. Линия обхода нижнечастотного ШСУ при этом отключается, и согласование антенны осуществляется входящей в это ШСУ четырехполюсной согласующей цепью.To operate the antenna in the low-frequency region, where the electrical length of the radiator lies within 0.05 ≤ l / λ ≤ (0.2-0.25), the switch at its base opens and it (the radiator) is switched to the lower power mode, which allows to significantly reduce the shunting effect of the capacitances of the high-frequency SHSU and the coaxial power line built into the emitter. At the same time, the bypass line of the low-frequency SHSU is turned off, and the antenna matching is carried out by the four-pole matching circuit included in this SHSU.
Такая антенна, несмотря на изменение положения точки питания и наличие нижнечастотного ШСУ, в области нижних частот обладает низкой энергетической эффективностью (низким коэффициентом полезного действия и низким уровнем излучаемой мощности), что объясняется малой электрической длиной ее излучателя. Так, излучатель корабельной вибраторной антенны К-667-001МБ с рабочим диапазоном частот от 1,5 до 30 МГц, выполненный по схеме, описанной в /2/ и использованный в /1/ (в варианте без цилиндрических проводников), имеет, в зависимости от исполнения антенны, геометрическую длину от 10 до 11 м. На частоте, равной 1,5 МГц, электрическая длина излучателя l/λ составляет всего лишь 0,05-0,055. Вследствие этого излучатель имеет низкое сопротивление излучения и высокую добротность, что приводит к необходимости использования в составе четырехполюсной согласующей цепи нижнечастотного ШСУ переключаемых или перестраиваемых удлиняющих индуктивностей значительной величины (до 100 мкГн). Конечное значение добротностей этих индуктивностей (обычно, не более 60-100 для воздушных катушек при их установке в закрытом корпусе ограниченного размера) в совокупности с низким сопротивлением излучения излучателя приводят к существенному снижению коэффициента полезного действия (КПД) нижнечастотного ШСУ (до 25-30% на частоте 1,5 МГц). Кроме того, КПД самого излучателя при его малой электрической длине и использовании его в судовых условиях составляет не более 30-40% /3,4/.Such an antenna, despite the change in the position of the feed point and the presence of a low-frequency SHSU, has low energy efficiency in the low-frequency region (low efficiency and low level of radiated power), which is explained by the small electrical length of its emitter. So, the radiator of the ship vibrator antenna K-667-001MB with an operating frequency range from 1.5 to 30 MHz, made according to the scheme described in /2/ and used in /1/ (in the version without cylindrical conductors), has, depending on from the design of the antenna, the geometric length is from 10 to 11 m. At a frequency of 1.5 MHz, the electrical length of the emitter l / λ is only 0.05-0.055. As a result, the emitter has a low radiation resistance and a high quality factor, which leads to the need to use switchable or tunable extension inductances of a significant value (up to 100 μH) as part of the four-pole matching circuit of the low-frequency SHSU. The final value of the quality factors of these inductances (usually no more than 60-100 for air coils when they are installed in a closed case of a limited size) in combination with the low radiation resistance of the emitter lead to a significant decrease in the coefficient of performance (COP) of the low-frequency SHSU (up to 25-30% at a frequency of 1.5 MHz). In addition, the efficiency of the emitter itself, with its small electrical length and its use in ship conditions, is no more than 30-40% /3.4/.
Дополнительно снижают активную составляющую входного сопротивления излучателя, а, следовательно, КПД и коэффициент усиления (КУ) всей антенны, паразитные емкости, шунтирующие вход излучателя, -емкость нижнего изолятора, емкость соединителя между излучателем и нижнечастотным ШСУ, а также емкость удлиняющей катушки ШСУ на корпус устройства. Величина суммарной шунтирующей паразитной емкости может достигать значений в 200-300 пФ, что приводит к дополнительному снижению КПД и КУ антенны на нижних частотах рабочего диапазона на 5-7 дБ, т.е. примерно в 3,0-5,0 раз.Additionally, they reduce the active component of the input resistance of the emitter, and, consequently, the efficiency and gain (KU) of the entire antenna, parasitic capacitances shunting the input of the emitter, the capacitance of the lower insulator, the capacitance of the connector between the emitter and the low-frequency SHSU, as well as the capacitance of the SHSU extension coil on the body devices. The value of the total shunt parasitic capacitance can reach values of 200-300 pF, which leads to an additional decrease in the efficiency and gain of the antenna at the lower frequencies of the operating range by 5-7 dB, i.e. about 3.0-5.0 times.
Совокупное воздействие вышеуказанных негативных факторов приводит к тому, что на частоте 1,5 МГц величина КПД антенны /1/ составляет не более 2,5-3,5%, а величина излучаемой ею мощности составляет не более 25-35 Вт (при работе с радиопередатчиком с выходной мощностью в 1кВт в согласованном режиме). Вследствие этого, существенно уменьшается дальность ближней связи, которая в коротковолновом диапазоне осуществляется поверхностной волной на частотах от 1,5 до 6-7 МГц, т.е. в диапазоне малых электрических длин излучателя 0,05 ≤ l/λ ≤ (0,2-0,25). В итоге подвижный объект, например морское судно, после выхода из порта очень быстро (на расстоянии примерно в 300 км) остается без коротковолновой радиосвязи, и не будет иметь ее до тех пор, пока не достигнет зоны связи пространственной (ионосферной) волной, начинающейся на расстоянии в 700-800 км от объекта.The cumulative effect of the above negative factors leads to the fact that at a frequency of 1.5 MHz, the efficiency of the antenna /1/ is not more than 2.5-3.5%, and the amount of power radiated by it is not more than 25-35 W (when working with radio transmitter with an output power of 1 kW in a coordinated mode). As a result, the range of short-range communication is significantly reduced, which in the short-wave range is carried out by a surface wave at frequencies from 1.5 to 6-7 MHz, i.e. in the range of small electrical lengths of the emitter 0.05 ≤ l/λ ≤ (0.2-0.25). As a result, a mobile object, such as a sea vessel, after leaving the port very quickly (at a distance of about 300 km) remains without short-wave radio communication, and will not have it until it reaches the communication zone with a sky (ionospheric) wave starting at distance of 700-800 km from the object.
Указанные недостатки в значительной степени отсутствуют в антенне верхнего питания /5/. Антенна общей длиной l содержит излучатель верхнего питания, состоящий из вертикального проводника длиной lпр и трубчатого основания длиной lосн, выполненного из проводящего материала, причем вертикальный проводник с помощью первого изолятора установлен на трубчатом основании.These shortcomings are largely absent in the top feed antenna /5/. The antenna with a total length l contains a top-feed emitter consisting of a vertical conductor with a length of l pr and a tubular base with a length of l main made of a conductive material, the vertical conductor being mounted on the tubular base by means of the first insulator.
На вертикальном проводнике, соосно с ним, размещен набор цилиндрических короткозамкнутых проводников, предназначенных для частотнозависимой коррекции электрической длины излучателя.On the vertical conductor, coaxially with it, there is a set of cylindrical short-circuited conductors intended for frequency-dependent correction of the electric length of the emitter.
В трубчатое основание встроены входной коаксиальный кабель и согласующий блок (верхнечастотное ШСУ), который, как и в антенне /1/, осуществляет согласование в диапазоне электрических длин антенны l/λ ≥ (0,2-0,25). Так, например, для вышеуказанной коротковолновой антенны К-667-001МБ верхнечастотное ШСУ имеет рабочий диапазон частот от 6,0 МГц (l/λ ≈ 0,2-0,22) до 30 МГц (l/λ ≈ 1,0-1,1).The tubular base has an input coaxial cable and a matching unit (high-frequency SHSU), which, like in the antenna /1/, performs matching in the range of electrical lengths of the antenna l/λ ≥ (0.2-0.25). So, for example, for the above short-wave antenna K-667-001MB, the high-frequency SHSU has an operating frequency range from 6.0 MHz (l / λ ≈ 0.2-0.22) to 30 MHz (l / λ ≈ 1.0-1 ,one).
Трубчатое основание с помощью второго изолятора своим нижним торцом установлено на проводящем корпусе высотой h. Во внутренней полости проводящего корпуса размещены два двухполюсника, составленные из регулируемых RLC- элементов (далее - RLC-двухполюсники), отрезок линии передачи и блок переключателей, который осуществляет все коммутации элементов антенны.The tubular base with the help of the second insulator with its lower end is mounted on a conductive body with a height h. In the internal cavity of the conductive housing there are two two-terminal networks made up of adjustable RLC-elements (hereinafter referred to as RLC-bipoles), a segment of the transmission line and a switch block that performs all switching of the antenna elements.
Соотношение длины lосн трубчатого основания и высоты h проводящего корпуса выбирается в пределах от 6:1 до 3:1, а соотношение их диаметров (dосн и dкорп соответственно) выбирается в пределах от 1:1 до 1:5.The ratio of the length l main of the tubular base and the height h of the conductive body is selected in the range from 6:1 to 3:1, and the ratio of their diameters (d main and d main , respectively) is selected in the range from 1:1 to 1:5.
Отношение суммарной длины lосн трубчатого основания и высоты h проводящего корпуса (lосн+h) к длине lпр вертикального проводника выбирается в пределах от 1:4 до 1:1, что позволяет расширить рабочий диапазон частот антенны по диаграммам направленности в сторону верхних частот.The ratio of the total length l main of the tubular base and the height h of the conductive body (l main + h) to the length l pr of the vertical conductor is selected in the range from 1:4 to 1:1, which allows you to expand the operating frequency range of the antenna according to the radiation patterns towards higher frequencies .
Диаметр вертикального проводника выбирается из конструктивных соображений.The diameter of the vertical conductor is selected from design considerations.
Общая длина антенны l составляет l=lnp+lосн+h.The total length of the antenna l is l=l np +l main +h.
Антенна /5/, аналогично антенне /1/, имеет рабочий диапазон длин волн, определяемый из соотношения 0,05 ≤ l/λ ≤ 1,25.Antenna /5/, similarly to antenna /1/, has an operating wavelength range determined from the ratio 0.05 ≤ l/λ ≤ 1.25.
В области верхних частот, где (0,2-0,25) ≤ l/λ ≤ 1,25, антенна /5/ работает аналогично антенне /1/, как антенна верхнего питания. При этом, второй изолятор замыкается накоротко, и излучатель антенны принимает вид излучателя верхнего питания, причем точками его питания (верхнего) являются нижний конец вертикального проводника и верхний торец трубчатого основания. Оба RLC-двухполюсника полностью отключены. Встроенный в трубчатое основание входной коаксиальный кабель соединяется с отрезком линии передачи, расположенным в проводящем корпусе. Внешний конец этого отрезка линии передачи является входом антенны. Широкополосное согласование антенны с радиочастотным кабелем (и передатчиком) осуществляет согласующий блок (верхнечастотное ШСУ).In the region of high frequencies, where (0.2-0.25) ≤ l/λ ≤ 1.25, the antenna /5/ works similarly to the antenna /1/ as a top feed antenna. In this case, the second insulator is short-circuited, and the antenna radiator takes the form of a top-feed radiator, and its feed (top) points are the lower end of the vertical conductor and the upper end of the tubular base. Both RLC two-terminals are completely disabled. The input coaxial cable built into the tubular base is connected to a segment of the transmission line located in a conductive housing. The outer end of this segment of the transmission line is the antenna input. Broadband matching of the antenna with the radio frequency cable (and transmitter) is carried out by a matching unit (high-frequency SHSU).
В области нижних частот, где электрическая длина антенны лежит в пределах 0,05 ≤ l/λ ≤ (0,2-0,25), излучатель переводится в режим нижнего питания. С этой целью второй изолятор с помощью блока переключателей размыкается и входом излучателя становится нижний торец трубчатого основания.In the low frequency region, where the electrical length of the antenna lies within 0.05 ≤ l/λ ≤ (0.2-0.25), the emitter is switched to the lower power mode. For this purpose, the second insulator is opened using a block of switches, and the lower end of the tubular base becomes the radiator input.
Первый из RLC-двухполюсников подключается к нижнему концу входного коаксиального кабеля и, через этот кабель и верхнечастотное ШСУ, оказывается подключенным к верхним точкам питания. Таким образом, излучатель антенны в области нижних частот приобретает конфигурацию вибратора нижнего питания с включенной в некоторое его сечение RLC-нагрузкой, которая осуществляет настройку этого излучателя в первый (четвертьволновый) резонанс на выбранной рабочей частоте. При этом возрастает амплитуда тока в излучателе, а распределение тока вдоль излучателя принимает трапецеидальную форму вместо треугольной, что приводит к увеличению площади тока и, следовательно, к увеличению сопротивления излучения излучателя. В зависимости от выбранного соотношения длины вертикального проводника 1пр и суммарной длины трубчатого основания и высоты проводящего корпуса (lосн+h), а также при минимальных потерях в первом RLC-двухполюснике, действующая длина излучателя антенны /5/ может быть увеличена в 1,5 раза по сравнению с антенной /1/, за счет чего примерно в 2,25 раза увеличивается и сопротивление излучения излучателя антенны. При этом величина индуктивного сопротивления первого RLC-двухполюсника и, следовательно, величина потерь в нем, увеличиваются только в 1,5-1,8 раза /6/. Это приводит к увеличению КПД излучателя и КУ всей антенны в 1,25-1,5 раза, т.е. примерно на 1,0-1,8 дБ.The first of the two-terminal RLCs is connected to the lower end of the input coaxial cable and, through this cable and the high-frequency BCS, is connected to the upper power points. Thus, the antenna radiator in the low-frequency region acquires the configuration of a low-power vibrator with an RLC load included in some of its section, which tunes this radiator to the first (quarter-wave) resonance at the selected operating frequency. In this case, the amplitude of the current in the emitter increases, and the current distribution along the emitter takes a trapezoidal shape instead of a triangular one, which leads to an increase in the current area and, consequently, to an increase in the radiation resistance of the emitter. Depending on the chosen ratio of the length of the
Изменяя регулируемые параметры первого RLC-двухполюсника, можно осуществлять настройку излучателя антенны в резонанс в пределах всей области нижних частот.By changing the adjustable parameters of the first RLC two-terminal network, it is possible to tune the antenna radiator to resonance within the entire low-frequency region.
В отличие от антенны /1/, в антенне /5/ из всех паразитных емкостей, шунтирующих вход излучателя, присутствует только емкость второго изолятора. Величина этой емкости составляет обычно не более 10-15 пФ и не приводит к сколько-нибудь заметному снижению КПД и КУ антенны, т.к. емкость излучателя антенны при его длине в 10-11 м составляет не менее 100-110 пФ.Unlike the antenna /1/, in the antenna /5/ of all parasitic capacitances shunting the input of the radiator, there is only the capacitance of the second insulator. The value of this capacitance is usually no more than 10-15 pF and does not lead to any noticeable decrease in the efficiency and gain of the antenna, because the capacitance of the antenna emitter with its length of 10-11 m is at least 100-110 pF.
Указанные преимущества антенны /5/ в области нижних частот приводят к повышению уровней ее КПД и излучаемой мощности и, следовательно, к увеличению дальности связи поверхностной волной по сравнению с антенной /1/.These advantages of the antenna /5/ in the low-frequency region lead to an increase in its efficiency levels and radiated power and, consequently, to an increase in the communication range of the surface wave compared to the antenna /1/.
Наличие потерь в первом RLC-двухполюснике позволяет одновременно с настройкой антенны в резонанс расширить ее полосу пропускания.The presence of losses in the first RLC two-terminal network allows, simultaneously with tuning the antenna to resonance, to expand its bandwidth.
Второй RLC-двухполюсник включается последовательно между входом излучателя и отрезком линии передачи и служит для согласования настроенного в резонанс излучателя с радиочастотным кабелем (и передатчиком).The second two-terminal RLC is connected in series between the radiator input and the transmission line segment and serves to match the resonance-tuned radiator with the RF cable (and transmitter).
Такая антенна по техническому решению наиболее близка к заявляемой антенне и может быть выбрана в качестве антенны-прототипа.Such an antenna is technically the closest to the proposed antenna and can be chosen as a prototype antenna.
Однако антенна-прототип имеет характеристики, препятствующие получению требуемого технического результата, а именно:However, the prototype antenna has characteristics that prevent obtaining the required technical result, namely:
- использование в составе антенны-прототипа первого RLC-двухполюсника с потерями, хотя и позволяет настроить ее излучатель в первый (четвертьволновый) резонанс с одновременным расширением полосы ее пропускания, но ограничивает величину амплитуды тока в излучателе. Наличие потерь, искусственно введенных в излучатель, в совокупности с его малой электрической длиной, а, следовательно, и с малой величиной его сопротивления излучения, приводит к ощутимому снижению уровня КПД антенны и величины излучаемой ею мощности /3/. При этом становится практически невозможным расширить рабочий диапазон частот антенны-прототипа в сторону нижних частот;- the use of the first lossy RLC two-terminal antenna as part of the prototype antenna, although it allows you to tune its emitter to the first (quarter-wave) resonance with a simultaneous expansion of its bandwidth, but limits the magnitude of the current amplitude in the emitter. The presence of losses artificially introduced into the radiator, in combination with its small electrical length, and, consequently, with a small value of its radiation resistance, leads to a noticeable decrease in the level of antenna efficiency and the amount of power it radiates /3/. This makes it practically impossible to expand the operating frequency range of the prototype antenna towards lower frequencies;
- использование второго RLC-двухполюсника для согласования излучателя с радиочастотным кабелем (и передатчиком) не достигает цели, поскольку настроенный в первый (четвертьволновый) резонанс излучатель имеет чисто активное входное сопротивление. Величина этого сопротивления во-многом определяется величиной потерь в первом RLC-двухполюснике /6/ и в диапазоне от 1,5 до 6 МГц при длине антенны в 10-11 м лежит обычно в пределах от одного до несколько десятков Ом. Никакой последовательно включенный реактивный двухполюсник не может осуществить трансформацию указанных активных сопротивлений в активное же сопротивление питающей радиочастотной линии (обычно это 50 или 75 Ом). Это возможно только при использовании второго двухполюсника, выполненного в виде резистора, сопротивление которого дополняет указанные величины входного сопротивления излучателя до необходимого значения в 50 или 75 Ом. Однако это существенно снижает КПД антенны, при этом становится практически невозможным расширить рабочий диапазон частот антенны-прототипа в сторону нижних частот. Кроме того, при значительном уровне выходной мощности судовых радиопередатчиков (от 0,5 до 2 кВт) такой способ согласования трудно реализовать на практике.- the use of the second RLC-two-pole to match the emitter with the RF cable (and transmitter) does not achieve the goal, since the emitter tuned to the first (quarter-wave) resonance has a purely active input impedance. The value of this resistance is largely determined by the loss in the first RLC two-terminal network /6/ and in the range from 1.5 to 6 MHz with an antenna length of 10-11 m usually lies in the range from one to several tens of ohms. No reactive two-terminal connected in series can transform the indicated active resistances into the active resistance of the RF supply line (usually 50 or 75 Ohms). This is possible only when using a second two-terminal circuit, made in the form of a resistor, the resistance of which complements the indicated values of the input resistance of the emitter to the required value of 50 or 75 ohms. However, this significantly reduces the efficiency of the antenna, while it becomes practically impossible to expand the operating frequency range of the prototype antenna towards lower frequencies. In addition, with a significant level of output power of ship's radio transmitters (from 0.5 to 2 kW), such a matching method is difficult to implement in practice.
Для осуществления согласования антенны-прототипа за счет реактивной составляющей сопротивления второго RLC-двухполюсника необходимо произвести частичную расстройку излучателя антенны-прототипа относительно резонанса, что приводит к уменьшению амплитуды тока в антенне, а, следовательно, и к снижению КПД антенны и величины излучаемой ею мощности. Таким образом, оба способа согласования излучателя с помощью второго RLC-двухполюсника не позволяют существенно повысить энергетические показатели антенны;To carry out the matching of the prototype antenna due to the reactive component of the resistance of the second RLC two-terminal network, it is necessary to partially detun the radiator of the prototype antenna relative to resonance, which leads to a decrease in the amplitude of the current in the antenna, and, consequently, to a decrease in the efficiency of the antenna and the magnitude of the power it radiates. Thus, both methods of matching the emitter with the help of the second RLC two-terminal network do not allow to significantly increase the energy performance of the antenna;
- цилиндрические короткозамкнутые проводники, набор которых размещен на вертикальном проводнике, являются резонансными двухполюсниками и корректируют электрическую длину излучателя только на частотах своих четвертьволновых резонансов. В полосах между этими частотами происходит увеличение неравномерности частотной характеристики входного сопротивления излучателя антенны-прототипа, что ухудшает условия его широкополосного согласования согласующим блоком, встроенным в трубчатое основание. Кроме того, использование цилиндрических короткозамкнутых проводников значительно усложняет конструкцию антенны, увеличивает ее вес и парусность.- cylindrical short-circuited conductors, a set of which is placed on a vertical conductor, are resonant two-poles and correct the electrical length of the emitter only at the frequencies of their quarter-wave resonances. In the bands between these frequencies, there is an increase in the unevenness of the frequency response of the input impedance of the emitter of the prototype antenna, which worsens the conditions for its broadband matching by a matching unit built into the tubular base. In addition, the use of cylindrical short-circuited conductors greatly complicates the design of the antenna, increases its weight and windage.
- выбор соотношения длины lосн трубчатого основания и высоты h проводящего корпуса в пределах от 6:1 до 3:1 и соотношения их диаметров dосн и dкорп в пределах от 1:1 до 1:5 заставляет реализовывать проводящий корпус в виде конструкции значительной высоты с ограниченными поперечными размерами. Это усложняет конструкцию корпуса, а также приводит к нежелательному подъему нижней точки питания излучателя и фактическому его (излучателя) укорочению, что снижает эффективность антенны-прототипа в области нижних частот.- the choice of the ratio of the length l main of the tubular base and the height h of the conductive body in the range from 6:1 to 3:1 and the ratio of their diameters d main and d corp in the range from 1:1 to 1:5 makes it possible to implement the conductive body in the form of a significant structure heights with limited transverse dimensions. This complicates the design of the housing, and also leads to an undesirable rise in the lower feed point of the emitter and its actual (emitter) shortening, which reduces the efficiency of the prototype antenna in the low-frequency region.
Наличие у антенны-прототипа вышеуказанных недостатков в значительной степени уменьшает ее преимущество перед антенной /1/. Практически, величина КПД антенны-прототипа (и излучаемой ею мощности) возрастает не более чем в 1,6-1,7 раза. При этом дальность связи поверхностной волной увеличивается не более чем в 1,3 раза (примерно до 380-390 км), что не позволяет довести дальность связи поверхностной волной до ближней границы зоны связи пространственной (ионосферной) волной (до 700-800 км).The presence of the prototype antenna of the above disadvantages greatly reduces its advantage over the antenna /1/. In practice, the magnitude of the efficiency of the prototype antenna (and its radiated power) increases by no more than 1.6-1.7 times. At the same time, the communication range by a surface wave increases by no more than 1.3 times (up to approximately 380–390 km), which does not allow bringing the communication range by a surface wave to the near boundary of the communication zone by a spatial (ionospheric) wave (up to 700–800 km).
Таким образом, антенна-прототип не может обеспечить значительное увеличение энергетической эффективности в области малых электрических длин своего излучателя и сколько-нибудь существенное расширение своего рабочего диапазона частот в сторону нижних частот, а также обладает усложненной конструкцией.Thus, the prototype antenna cannot provide a significant increase in energy efficiency in the region of small electrical lengths of its emitter and any significant expansion of its operating frequency range towards lower frequencies, and also has a complicated design.
В связи с этим целью изобретения является создание широкополосной антенны с повышенными уровнями коэффициента полезного действия и излучаемой мощности в области нижних частот (малых электрических длин), а также расширение рабочего диапазона частот антенны в сторону нижних частот и упрощение конструкции антенны.In this regard, the aim of the invention is to create a broadband antenna with increased levels of efficiency and radiated power in the low-frequency region (small electrical lengths), as well as extending the operating frequency range of the antenna towards lower frequencies and simplifying the design of the antenna.
Цель изобретения достигается тем, что в широкополосной антенне по п. 1 формулы изобретения, содержащей вертикальный проводник, установленный с помощью первого изолятора на верхнем торце трубчатого основания, выполненного из проводящего материала, встроенные в трубчатое основание верхнечастотный согласующий блок и входной коаксиальный кабель, а также установленный на горизонтальном экране и имеющий с ним гальванический контакт проводящий корпус, на котором с помощью второго изолятора своим нижним торцом установлено трубчатое основание, а в корпусе размещены блок переключателей и отрезок линии передачи, причем отношение суммарной длины lосн трубчатого основания и высоты h проводящего корпуса (lосн+h) к длине lпр вертикального проводника лежит в пределах от 1:4 до 1:1, вертикальный проводник выполнен штыревым, а в состав антенны введены реактивный LC-двухполюсник на регулируемых элементах и нижнечастотное четырехполюсное согласующее устройство, размещенные в проводящем корпусе и соединенные своими выводами с блоком переключателей, при этом соотношение длины трубчатого основания lосн и высоты h проводящего корпуса выбрано не превышающим 25:1, а соотношение диаметра проводящего корпуса dкорп к диаметру трубчатого основания dосн выбрано не превышающим 100:1.The purpose of the invention is achieved by the fact that in a broadband antenna according to claim 1 of the claims, containing a vertical conductor installed with the help of the first insulator on the upper end of the tubular base, made of a conductive material, a high-frequency matching unit and an input coaxial cable are built into the tubular base, as well as a conductive housing mounted on a horizontal screen and having galvanic contact with it, on which, with the help of a second insulator, a tubular base is installed with its lower end, and a switch block and a section of the transmission line are placed in the housing, and the ratio of the total length l of the tubular base and the height h of the conductive housing (l main + h) to the length l pr of the vertical conductor lies in the range from 1:4 to 1:1, the vertical conductor is made of a pin, and the antenna includes a reactive LC-two-pole on adjustable elements and a low-frequency four-pole matching device placed in a conductive housing and connections connected by their terminals with a block of switches, while the ratio of the length of the tubular base l main and the height h of the conductive body is chosen not to exceed 25:1, and the ratio of the diameter of the conductive body d to the diameter of the tubular base d main is chosen not to exceed 100:1.
Вновь введенная совокупность признаков позволяет реализовать следующий прием:The newly introduced set of features allows you to implement the following technique:
введение в состав антенны чисто реактивного LC-двухполюсника на регулируемых элементах и нижнечастотного четырехполюсного согласующего устройства, а также выбор соотношения длины трубчатого основания lосн и высоты h проводящего корпуса позволяют в пределах всей области нижних частот настраивать излучатель антенны в резонанс с максимально возможной амплитудой и площадью тока в нем, улучшить согласование настроенного излучателя с радиочастотным кабелем и полнее использовать для излучения всю длину антенны, что приводит к увеличению сопротивления излучения излучателя и КПД всей антенны, повышению уровня излучаемой антенной мощности и расширению ее рабочего диапазона в сторону нижних частот, при этом рабочий диапазон длин волн антенны составляет 0,04 ≤ l/λ ≤ 1,25, где l - общая длина антенны, а λ - рабочая длина волны. Выполнение вертикального проводника штыревым и выбор соотношения диаметров проводящего корпуса dкорп и трубчатого основания dосн позволяют значительно упростить конструкцию излучателя антенны, а также выполнить проводящий корпус с минимальной высотой, что дополнительно увеличивает фактическую длину излучающей части антенны.the introduction of a purely reactive LC-two-pole on adjustable elements and a low-frequency four-pole matching device into the antenna, as well as the choice of the ratio of the length of the tubular base l main and the height h of the conductive body, allow tuning the antenna radiator into resonance with the maximum possible amplitude and area within the entire low-frequency region current in it, improve the matching of the tuned radiator with the radio frequency cable and more fully use the entire length of the antenna for radiation, which leads to an increase in the radiation resistance of the radiator and the efficiency of the entire antenna, an increase in the level of the radiated power of the antenna and expansion of its operating range towards lower frequencies, while working the antenna wavelength range is 0.04 ≤ l/λ ≤ 1.25, where l is the total length of the antenna and λ is the operating wavelength. The execution of the vertical conductor as a pin and the choice of the ratio of the diameters of the conductive body d corp and the tubular base d main make it possible to significantly simplify the design of the antenna radiator, as well as to make the conductive body with a minimum height, which further increases the actual length of the radiating part of the antenna.
При выполнении широкополосной антенны по п. 2 формулы изобретения, цель изобретения достигается тем, что в состав антенны по п. 1 формулы изобретения введены спиральный излучатель и третий изолятор, причем спиральный излучатель размещен вокруг трубчатого основания, преимущественно соосно с ним, и имеет с ним своим верхним концом гальванический контакт преимущественно в его верхней точке, а нижний конец спирального излучателя с помощью третьего изолятора, установленного на проводящем корпусе, введен во внутреннюю полость проводящего корпуса и соединяется там с блоком переключателей, при этом количество витков спирального излучателя не превышает 200, соотношение диаметра спирального излучателя dизл и диаметра трубчатого основания dосн не превышает 50:1.When performing a broadband antenna according to
Вновь введенная совокупность признаков позволяет реализовать следующий прием:The newly introduced set of features allows you to implement the following technique:
введение в состав антенны спирального излучателя и третьего изолятора позволяет в нижнечастотной области рабочего диапазона выполнить нижнюю часть излучателя предлагаемой антенны спиральной, что значительно увеличивает электрическую длину излучателя антенны. Это, в свою очередь, позволяет существенно уменьшить величину сопротивления реактивного LC-двухполюсника на регулируемых элементах, необходимую для настройки излучателя антенны в резонанс, и снизить, тем самым, величину потерь в регулируемых элементах двухполюсника. За счет этого значительно повышаются КПД антенны и величина излучаемой ею мощности, расширяется рабочий диапазон частот антенны в сторону нижних частот, при этом рабочий диапазон длин волн антенны составляет 0,35 ≤ l/λ ≤ 1,25.the introduction of a spiral radiator and a third insulator into the composition of the antenna makes it possible to make the lower part of the radiator of the proposed antenna spiral in the low-frequency region of the operating range, which significantly increases the electrical length of the antenna radiator. This, in turn, allows you to significantly reduce the resistance of the reactive LC-two-terminal network on adjustable elements, which is necessary to tune the antenna radiator to resonance, and thereby reduce the amount of losses in the adjustable elements of the two-terminal network. Due to this, the efficiency of the antenna and the value of the power radiated by it are significantly increased, the operating frequency range of the antenna is extended towards lower frequencies, while the operating wavelength range of the antenna is 0.35 ≤ l/λ ≤ 1.25.
Приведенные в п. 2 формулы изобретения соотношения для выбора размеров спирального излучателя (количества витков и диаметра) позволяют в нижнечастотной области рабочего диапазона в широких пределах изменять электрическую длину спирального излучателя, а, следовательно, и излучателя предлагаемой антенны.The ratios given in
При выполнении широкополосной антенны по п. 3 формулы изобретения, цель изобретения достигается тем, что в антенне по п. 2 формулы изобретения спиральный излучатель выполнен с отводами, расположенными преимущественно равномерно вдоль его длины, причем нижние концы отводов с помощью вновь введенных дополнительных изоляторов, установленных на проводящем корпусе, пропущены во внутреннюю полость проводящего корпуса и соединены там с блоком переключателей, при этом число отводов лежит в пределах от 1 до 5.When performing a broadband antenna according to
Вновь введенная совокупность признаков позволяет реализовать следующий прием:The newly introduced set of features allows you to implement the following technique:
выполнение спирального излучателя с отводами, переключаемыми с помощью блока переключателей, позволяет дискретно изменять число витков этого излучателя, включенных в цепь антенны, т.е. число его «работающих» витков, в зависимости от величины рабочей длины волны антенны. При увеличении рабочей длины волны антенны число «работающих» витков ее спирального излучателя также увеличивается (дискретно), что приводит к увеличению электрической длины излучателя. Таким путем в пределах всей нижнечастотной области рабочего диапазона электрическую длину излучателя предлагаемой антенны можно сделать достаточно близкой к резонансной (четвертьволновой), т.е. осуществить «грубую» настройку излучателя. Это позволяет в пределах всей нижнечастотной области рабочего диапазона значительно уменьшить необходимую для настройки излучателя величину сопротивления реактивного LC-двухполюсника, т.е. фактически использовать LC-двухполюсник только для «тонкой» подстройки излучателя антенны в резонанс. Следовательно, значительно уменьшится и величина сопротивления потерь этого двухполюсника, что приводит к существенному увеличению КПД антенны и величины излучаемой ею мощности при одновременном расширении рабочего диапазона частот антенны в сторону нижних частот, при этом рабочий диапазон длин волн антенны составляет 0,03 ≤ l/λ ≤ 1,25.the implementation of a spiral radiator with taps switched using a block of switches allows you to discretely change the number of turns of this radiator included in the antenna circuit, i.e. the number of its "working" turns, depending on the magnitude of the working wavelength of the antenna. With an increase in the operating wavelength of the antenna, the number of "working" turns of its spiral radiator also increases (discretely), which leads to an increase in the electrical length of the radiator. In this way, within the entire low-frequency region of the operating range, the electrical length of the emitter of the proposed antenna can be made sufficiently close to the resonant (quarter-wave), i.e. carry out a "rough" adjustment of the emitter. This allows, within the entire low-frequency region of the operating range, to significantly reduce the resistance of the reactive LC-two-terminal network necessary for adjusting the radiator, i.e. in fact, use an LC-two-terminal only for “fine” tuning of the antenna radiator to resonance. Consequently, the value of the loss resistance of this two-terminal network will also significantly decrease, which leads to a significant increase in the efficiency of the antenna and the amount of power it radiates, while expanding the operating frequency range of the antenna towards lower frequencies, while the operating wavelength range of the antenna is 0.03 ≤ l / λ ≤ 1.25.
При выполнении широкополосной антенны по п. 4 формулы изобретения, цель изобретения достигается тем, что в антеннах по п.п. 1, 2, 3 формулы изобретения входной коаксиальный кабель образован внутренней поверхностью трубчатого основания и вновь введенным проводящим штоком, размещенным во внутренней полости трубчатого основания преимущественно соосно с ним, причем верхний конец штока соединен с входом верхнечастотного согласующего блока, а нижний конец штока соединен с блоком переключателей.When performing a broadband antenna according to
Вновь введенная совокупность признаков позволяет реализовать следующий прием:The newly introduced set of features allows you to implement the following technique:
введение в состав антенны проводящего штока и использование внутренней поверхности трубчатого основания в качестве второго проводника входного коаксиального кабеля позволяет выполнить этот кабель из конструктивных элементов, что существенно упрощает конструкции трубчатого основания и блока переключателей.the introduction of a conductive rod into the antenna and the use of the inner surface of the tubular base as the second conductor of the input coaxial cable makes it possible to make this cable from structural elements, which greatly simplifies the design of the tubular base and the switch block.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:The essence of the invention is illustrated by drawings, which shows:
фиг. 1 - схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 1 формулы изобретения;fig. 1 is a diagram of the proposed antenna, made according to
фиг. 2 - схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 2 формулы изобретения;fig. 2 - diagram of the proposed antenna, made according to
фиг. 3 - схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 3 формулы изобретения;fig. 3 - diagram of the proposed antenna, made according to
фиг. 4 - схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 4 формулы изобретения;fig. 4 is a diagram of the proposed antenna, made according to
фиг. 5 - конфигурация предлагаемой антенны, выполненной по п. 1 формулы изобретения, для верхнечастотной области ее рабочего диапазона;fig. 5 - configuration of the proposed antenna, made according to
фиг. 6 - частотные характеристики входного КБВ предлагаемой антенны и антенны-прототипа для верхнечастотной области их рабочего диапазона;fig. 6 - frequency characteristics of the input KBV of the proposed antenna and prototype antenna for the upper frequency region of their operating range;
фиг. 7 - конфигурация предлагаемой антенны, выполненной по п. 1 формулы изобретения, для нижнечастотной области ее рабочего диапазона;fig. 7 - configuration of the proposed antenna, made according to
фиг. 8 - эквивалентная схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 1 формулы изобретения, для нижнечастотной области ее рабочего диапазона;fig. 8 - equivalent circuit of the proposed antenna, made according to
фиг. 9 - распределение тока вдоль излучателей предлагаемой антенны, выполненной по п. 1 формулы изобретения, антенны-прототипа и антенны-аналога /1/ для нижнечастотной области их рабочего диапазона;fig. 9 - current distribution along the emitters of the proposed antenna, made according to
фиг. 10 - значения активной и реактивной составляющих входного сопротивления излучателя предлагаемой антенны, выполненной по п.1 формулы изобретения, для нескольких частот настройки излучателя;fig. 10 - the values of the active and reactive components of the input impedance of the radiator of the proposed antenna, made according to
фиг. 11 - частотные характеристики активной и реактивной составляющих входного сопротивления излучателя предлагаемой антенны, выполненной по п. 1 формулы изобретения, при плавной перестройке излучателя в пределах нижнечастотной области его рабочего диапазона;fig. 11 - frequency characteristics of the active and reactive components of the input impedance of the radiator of the proposed antenna, made according to
фиг. 12 - частотные характеристики входного КБВ предлагаемой антенны, выполненной по п. 1 формулы изобретения, для различных видов согласования излучателя антенны в пределах нижнечастотной области его рабочего диапазона;fig. 12 - frequency characteristics of the input KBV of the proposed antenna, made according to
фиг. 13 - схема согласующего устройства для резонансного согласования излучателя;fig. 13 - diagram of a matching device for resonant matching of the emitter;
фиг. 14 - схема согласующего устройства для широкополосного согласования излучателя в смежных полосах частот;fig. 14 is a diagram of a matching device for broadband matching of an emitter in adjacent frequency bands;
фиг. 15 - схема согласующего устройства для широкополосного согласования излучателя в пределах всей области нижних частот;fig. 15 is a diagram of a matching device for broadband matching of the emitter within the entire low frequency region;
фиг. 16 - частотные характеристики КПД предлагаемой антенны, антенны-прототипа и антенны-аналога /1/ для нижнечастотной области их рабочего диапазона;fig. 16 - frequency characteristics of the efficiency of the proposed antenna, prototype antenna and analog antenna /1/ for the low-frequency region of their operating range;
фиг. 17 - конфигурация предлагаемой антенны, выполненной по п. 2 формулы изобретения, для нижнечастотной области ее рабочего диапазона;fig. 17 - configuration of the proposed antenna, made according to
фиг. 18 - эквивалентная схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 2 формулы изобретения, для нижнечастотной области ее рабочего диапазона;fig. 18 - equivalent circuit of the proposed antenna, made according to
фиг. 19 - вариант выполнения спирального излучателя с переменным шагом;fig. 19 - embodiment of a spiral radiator with a variable pitch;
фиг. 20 - конфигурация предлагаемой антенны, выполненной по п. 2 формулы изобретения, для верхнечастотной области ее рабочего диапазона;fig. 20 - configuration of the proposed antenna, made according to
фиг. 21 - конфигурация предлагаемой антенны, выполненной по п.3 формулы изобретения, для нижнечастотной области ее рабочего диапазона;fig. 21 - configuration of the proposed antenna, made according to
фиг. 22 - эквивалентная схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 3 формулы изобретения, при полном включении спирального излучателя;fig. 22 - equivalent circuit of the proposed antenna, made according to
фиг. 23 - эквивалентная схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 3 формулы изобретения, при частичном включении спирального излучателя;fig. 23 - equivalent circuit of the proposed antenna, made according to
фиг. 24 - конфигурация предлагаемой антенны, выполненной по п. 4 формулы изобретения, для верхнечастотной области ее рабочего диапазона;fig. 24 - configuration of the proposed antenna, made according to
фиг. 25 - конфигурация предлагаемой антенны, выполненной по п. 4 формулы изобретения, для нижнечастотной области ее рабочего диапазона.fig. 25 - configuration of the proposed antenna, made according to
Предлагаемая широкополосная антенна по п. 1 формулы изобретения состоит из вертикального проводника 1 (фиг. 1), установленного с помощью первого изолятора 2 на верхнем торце трубчатого основания 3, выполненного из проводящего материала. Во внутреннюю полость основания 3 встроен верхнечастотный согласующий блок 4, своим выходом соединенный с вертикальным проводником 1. К входу блока 4 подключен входной коаксиальный кабель 5, наружный электрод которого гальванически соединен с внутренней поверхностью трубчатого основания 3.The proposed broadband antenna according to
Трубчатое основание 3 с помощью второго изолятора 6 установлено на проводящем корпусе 7, который в свою очередь установлен на горизонтальном экране 8 и имеет с ним гальванический контакт. Во внутренней полости проводящего корпуса 7 находятся блок переключателей 9 и подключенные к нему реактивный LC-двухполюсник 10 на регулируемых элементах, нижнечастотное четырехполюсное согласующее устройство 11 (с входом 12 и выходом 13) и отрезок линии передачи 14. К блоку переключателей 9 также подключены нижний конец входного коаксиального кабеля 5, нижний торец 15 трубчатого основания 3 и верхний торец 16 проводящего корпуса 7.The
Второй конец 17 отрезка линии передачи 14 является входом антенны. Нижнечастотное четырехполюсное согласующее устройство 11 своим общим выводом 18 гальванически соединено с проводящим корпусом 7.The
Верхнечастотный согласующий блок 4 является линейной пассивной электрической четырехполюсной цепью. Наиболее предпочтительным, как с точки зрения упрощения конструктивной реализации, так и с точки зрения достижения цели изобретения, является его выполнение со структурой лестничного фильтра нижних частот - с индуктивными продольными и емкостными поперечными ветвями.The high-
Нижнечастотное четырехполюсное согласующее устройство 11 также является линейной пассивной электрической четырехполюсной цепью и, в зависимости от своего исполнения, может осуществлять согласование различного вида:The low-frequency four-
- резонансное (одночастотное) согласование в пределах всей области нижних частот;- resonant (single-frequency) matching within the entire low-frequency region;
- широкополосное согласование в смежных полосах частот, суммарно перекрывающих всю область нижних частот;- broadband matching in adjacent frequency bands that cover the entire low frequency region in total;
- широкополосное согласование (без каких-либо перестроек и переключений элементов) в пределах всей области нижних частот.- broadband matching (without any adjustments and switching elements) within the entire low frequency region.
При этом согласующее устройство 11 может быть реализовано как лестничная электрическая цепь на LC-элементах (индуктивностях и емкостях) с переменными (для первого вида согласования) или постоянными (для третьего вида согласования) параметрами, а также на элементах с взаимоиндукцией (трансформаторах). Для второго вида согласования согласующее устройство 11 реализуется как набор переключаемых лестничных электрических цепей на LC-элементах с постоянными параметрами и элементах с взаимоиндукцией (трансформаторах). Схемы согласующего устройства 11 для всех трех видов согласования приведены на фиг. 13-15 и подробнее рассматриваются ниже (при описании работы предлагаемой антенны).In this case, the
Кроме вышеуказанных вариантов, реализация согласующего устройства 11 возможна также на отрезках длинных линий.In addition to the above options, the implementation of the
Отрезок линии передачи 14 может быть выполнен в коаксиальном варианте, симметричном двухпроводном или однопроводном вариантах (вторым проводом в последнем случае является внутренняя поверхность проводящего корпуса 7).The
Блок переключателей 9 проще всего реализуется на высокочастотных электромагнитных реле, например, вакуумных, которые выпускаются промышленностью, как в открытом, так и в коаксиальном исполнениях.The
Предлагаемая широкополосная антенна по п. 2 формулы изобретения (фиг. 2) дополнительно содержит спиральный излучатель 19 и третий изолятор 20. Спиральный излучатель 19 размещен вокруг трубчатого основания 3, преимущественно соосно с ним, причем верхний конец излучателя 19 гальванически соединен с основанием 3 преимущественно в его верхней точке 21. Нижний конец спирального излучателя 19 с помощью третьего изолятора 20 проходит во внутреннюю полость проводящего корпуса 7 и подключен к блоку переключателей 9. Для наглядности, в правом верхнем углу рисунка (фиг. 2) приведено упрощенное изображение предлагаемой антенны по п. 2 формулы изобретения.The proposed broadband antenna according to
Количество витков спирального излучателя 19 и его диаметр, выбираются из соотношений, приведенных в п. 2 формулы изобретения. Намотка витков излучателя 19 вдоль трубчатого основания 3 может быть равномерной или выполняться с переменным шагом. Аналогичным образом, диаметр излучателя 19 может быть постоянным на всей его длине или переменным.The number of turns of the
В варианте выполнения антенны по п. 3 формулы изобретения (фиг. 3) спиральный излучатель 19 выполнен с отводами 22 от его витков, при этом нижние концы отводов с помощью вновь введенных дополнительных изоляторов 23, установленных на проводящем корпусе, пропущены во внутреннюю полость проводящего корпуса и соединены там с блоком переключателей 9. Отводы 22 выполнены вдоль длины спирального излучателя 19 преимущественно равномерно, что позволяет обеспечить плавное изменение электрической длины излучателя предлагаемой антенны при поочередном подключении или отключении отводов 22.In the embodiment of the antenna according to
Для наглядности, в правом верхнем углу рисунка (фиг. 3) приведено упрощенное изображение предлагаемой антенны по п. 3 формулы изобретения.For clarity, in the upper right corner of the figure (Fig. 3) shows a simplified image of the proposed antenna according to
В варианте выполнения антенны по п. 4 формулы изобретения (фиг. 4) входной коаксиальный кабель образован вновь введенным проводящим штоком 24 и внутренней поверхностью трубчатого основания 3. Проводящий шток 24 размещен во внутренней полости трубчатого основания 3, преимущественно соосно с ним. Верхний конец штока 24 соединен с входом верхнечастотного согласующего блока 4, а нижний конец штока соединен с блоком переключателей 9.In the embodiment of the antenna according to
Заявляемое в п. 4 формулы изобретения техническое решение по замене коаксиального кабеля 5 на конструктивно выполненный коаксиальный кабель, совмещенный с трубчатым основанием 3, является идентичным для всех трех вариантов предлагаемой антенны, выполненных по п.п. 1, 2, 3 формулы изобретения. В связи с этим на фиг. 4 изображена схема антенны, применительно к п.1 формулы изобретения.The technical solution claimed in
Предлагаемая антенна по п.1 формулы изобретения работает следующим образом.The proposed antenna according to
В верхнечастотной области ее рабочего диапазона (0,2-0,25) ≤ l/λ ≤ 1,25 с помощью блока переключателей 9 (фиг. 1) в антенне осуществляются следующие коммутации. Изолятор 6 замыкается накоротко (в точках 15, 16). Нижний конец входного коаксиального кабеля 5 соединяется с отрезком линии передачи 14. Реактивный LC-двухполюсник 10 и нижнечастотное согласующее устройство 11 полностью отключаются. Антенна приобретает конфигурацию антенны верхнего питания (фиг. 5), совпадающую с конфигурацией антенны-прототипа для верхнечастотной области (за исключением набора цилиндрических короткозамкнутых проводников, присутствующих в антенне-прототипе). Входом антенны является конец 17 отрезка линии передачи 14. Широкополосное согласование антенны с радиочастотным кабелем обеспечивается верхнечастотным согласующим устройством 4. Частотная характеристика входного КБВ антенны для этой области частот приведена на фиг. 6 (кривая 25). Здесь же приведена частотная характеристика КБВ антенны-прототипа (кривая 26), обладающая существенно большей неравномерностью, обусловленной ярко выраженными резонансными свойствами цилиндрических короткозамкнутых проводников, входящих в состав антенны-прототипа.In the upper frequency region of its operating range (0.2-0.25) ≤ l/λ ≤ 1.25, using the switch block 9 (Fig. 1), the following switching is carried out in the antenna.
В нижнечастотной области рабочего диапазона 0,04 ≤ l/λ ≤ (0,2-0,25) в антенне с помощью блока переключателей 9 (фиг. 1) осуществляются следующие коммутации. Изолятор 6 размыкается. Реактивный LC-двухполюсник 10 на регулируемых элементах подключается к нижнему концу входного коаксиального кабеля 5. Нижнечастотное согласующее устройство 11 своим входом 12 подключается к отрезку линии передачи 14, а своим выходом 13 подключается к входу излучателя - точке 15.In the low-frequency region of the operating range 0.04 ≤ l/λ ≤ (0.2-0.25) in the antenna, using the switch block 9 (Fig. 1), the following switching is carried out.
Полученная конфигурация антенны приведена на фиг. 7.The resulting antenna configuration is shown in Fig. 7.
Реактивный LC-двухполюсник 10 через входной коаксиальный кабель 5 и верхнечастотное согласующее устройство 4 оказывается включенным в сечение излучателя антенны между нижним концом 27 вертикального проводника 1 и верхней точкой 21 трубчатого основания 3. Эквивалентная схема антенны изображена на фиг. 8, где двухполюсник 28 представляет собой сопротивление цепи, составленной из каскадно-соединенных согласующего устройства 4 и кабеля 5, нагруженных на двухполюсник 10. Все три элемента этой цепи являются реактивными, следовательно, двухполюсник 28 также имеет чисто реактивное сопротивление, вид которого (индуктивное или емкостное сопротивление) и величину можно изменять путем регулировки LC-элементов двухполюсника 10. Таким способом оказывается возможным обеспечить включение между точками 21 и 27 реактивного сопротивления с величиной, обеспечивающей настройку излучателя антенны в резонанс в пределах всей области нижних частот.The reactive LC-two-
Поскольку в пределах области нижних частот электрическая длина каскадно-соединенных согласующего устройства 4 и кабеля 5, как правило, не превышает 0,25, то в простейшем случае двухполюсник 10 на LC-элементах может быть выполнен в виде переменной индуктивности (вариометра или набора переключаемых индуктивностей). Если же указанная электрическая длина превышает 0,25, то двухполюсник 10 может быть выполнен в виде переменной (переключаемой) емкости с тем, чтобы обеспечить индуктивный характер сопротивления двухполюсника 28.Since, within the low-frequency region, the electrical length of the cascade-connected
Регулируя LC-элементы двухполюсника 10, можно изменять величину индуктивного сопротивления эквивалентного двухполюсника 28 (фиг. 8) и за счет этого осуществлять настройку излучателя предлагаемой антенны в резонанс в пределах всей нижнечастотной области рабочего диапазона. При этом распределение тока вдоль настроенного в резонанс излучателя приобретает характерную трапецеидальную форму (кривая 29, фиг. 9), что, как указано выше, увеличивает сопротивление излучения излучателя и приводит к выигрышу в КПД, КУ и величине излучаемой мощности примерно на 1,0-1,8 дБ относительно классических вибраторных антенн нижнего питания с треугольной формой распределения тока (кривая 30, фиг. 9), в том числе и антенны /1/, которая в диапазоне нижних частот питается в своей нижней точке. Антенна-прототип /5/ при ее настройке в резонанс также имеет трапецеидальное распределение тока (кривая 31, фиг. 9), но из-за наличия потерь в элементах ее настройки, амплитуда тока у антенны-прототипа меньше, чем у предлагаемой антенны. Следствием этого являются пониженные уровни КПД и излучаемой мощности у антенны-прототипа по сравнению с предлагаемой антенной. Таким образом, как классические вибраторные антенны нижнего питания, так и антенна-прототип уступают предлагаемой антенне по величине КПД, КУ и излучаемой мощности.By adjusting the LC-elements of the two-
Кроме того, за счет выбора соотношений высоты и диаметра излучателя предлагаемой антенны, соответственно, с высотой и диаметром ее проводящего корпуса 7 удается уменьшить высоту корпуса, не изменяя его объем. Это позволяет увеличить реальную высоту излучателя на 5-10% по сравнению с антенной-прототипом, что приводит к дополнительному увеличению сопротивления излучения, КПД и величины излучаемой мощности примерно на 10-20%.In addition, by choosing the ratio of the height and diameter of the emitter of the proposed antenna, respectively, with the height and diameter of its
На частотах своей настройки излучатель предлагаемой антенны имеет чисто активное входное сопротивление, зависящее от добротности двухполюсника 28 (и, следовательно, двухполюсника 10) и изменяющееся в пределах нижнечастотной области от 8-16 до 34-35 Ом для значений добротности, лежащих в пределах от 100 до 300 (значения сопротивлений 8 Ом и 34 Ом соответствуют добротности, равной 300, а 16 Ом и 35 Ом соответствуют добротности, равной 100). На фиг. 10 приведены значения активной (кривые 32) и реактивной (кривые 33) составляющих входного сопротивления настроенного излучателя для нескольких значений частот его настройки при среднем значении добротности двухполюсника 28 (около 200). При плавной перестройке регулируемых LC-элементов двухполюсника 10, излучатель антенны в пределах нижнечастотной области будет иметь приведенные на фиг. 11 частотные характеристики активной (кривая 34) и реактивной (кривая 35) составляющих входного сопротивления, причем реактивная составляющая имеет величину, равную или близкую к нулю. Нижнечастотное четырехполюсное согласующее устройство 11 осуществляет трансформацию (согласование) этого активного сопротивления в сопротивление, равное волновому сопротивлению входного радиочастотного кабеля (обычно 50 или 75 Ом). В зависимости от технических требований, согласующее устройство 11, как было указано ранее, может выполнять согласование различных видов - резонансное (кривые 36 на фиг. 12), широкополосное в смежных полосах частот (кривые 37) или широкополосное в пределах всей нижнечастотной области (кривая 38). Схемы согласующего устройства 11 для всех трех видов согласования приведены соответственно на фиг. 13 (резонансное согласование), фиг. 14 (согласование в смежных полосах частот) и фиг. 15 (согласование в пределах всей нижнечастотной области). Здесь 39 - это перестраиваемые LC-элементы; 40 - полосовые лестничные цепи на неперестраиваемых LC-элементах 41, работающие в смежных полосах частот; 42 и 43 -последовательные и параллельные LC-контуры, а 44 - элементы с взаимоиндукцией. Указанные цепи принципиально могут быть также реализованы на отрезках длинных линий.At the frequencies of its setting, the radiator of the proposed antenna has a purely active input impedance, which depends on the quality factor of the two-terminal network 28 (and, consequently, the two-terminal network 10) and varies within the low-frequency region from 8-16 to 34-35 Ohm for Q-factor values ranging from 100 up to 300 (resistance values of 8 ohms and 34 ohms correspond to a quality factor of 300, and 16 ohms and 35 ohms correspond to a quality factor of 100). In FIG. 10 shows the values of the active (curves 32) and reactive (curves 33) components of the input impedance of the tuned radiator for several values of its tuning frequencies with an average value of the Q factor of the two-terminal network 28 (about 200). With a smooth restructuring of the adjustable LC-elements of the two-
В отличие от антенны-прототипа, в предложенной антенне согласование осуществляется четырехполюсным согласующим устройством 11 без потерь. В связи с этим, КПД всей антенны определяется только добротностью двухполюсника 28 и, следовательно, добротностью двухполюсника 10. На фиг. 16 приведена частотная характеристика КПД предлагаемой антенны (кривые 45) при добротности двухполюсника 28, равной 100. Здесь же для сравнения приведены частотная характеристика КПД антенны-прототипа (кривая 46) при условии ее полного согласования (КБВ=1) вторым RLC-двухполюсником с потерями и частотная характеристика КПД антенны /1/ с нижнечастотным согласующим устройством (кривая 47). Из приведенных характеристик видно, что предлагаемая антенна обладает значительно более высоким уровнем КПД (и величиной излучаемой мощности) по сравнению с антенной-прототипом и, тем более, антенной /1/. За счет этого, рабочий диапазон длин волн может быть расширен в сторону нижних частот до величины l/λ=0,04. Дальнейшее расширение рабочего диапазона предлагаемой антенны в сторону нижних частот ограничивается существенным возрастанием величин напряжений (и реактивных мощностей) на элементах двухполюсника 10 и верхнечастотного согласующего блока 4.Unlike the prototype antenna, in the proposed antenna, matching is carried out by a four-
Спад КПД, а также КУ и величины излучаемой мощности, предлагаемой антенны на нижних частотах объясняется, прежде всего, малой электрической длиной излучателя антенны и конечной величиной добротности индуктивных элементов двухполюсника 28 (и двухполюсника 10), необходимых для настройки этого излучателя в резонанс. Для увеличения электрической длины излучателя и уменьшения величины сопротивления потерь двухполюсника 28 (и двухполюсника 10) в состав предлагаемой антенны по п. 2 формулы изобретения введен спиральный излучатель 19 (фиг. 2), который своим нижним концом через третий изолятор 20 подключен к блоку переключателей 9.The decrease in efficiency, as well as the KU and the magnitude of the radiated power, of the proposed antenna at low frequencies is explained, first of all, by the small electrical length of the antenna radiator and the finite value of the quality factor of the inductive elements of the two-pole 28 (and the two-terminal 10) necessary to tune this radiator into resonance. To increase the electrical length of the radiator and reduce the loss resistance of the two-terminal 28 (and the two-terminal 10), a spiral radiator 19 (Fig. 2) is introduced into the composition of the proposed antenna according to claim 2 (Fig. 2), which, with its lower end, through the
Антенна работает следующим образом.The antenna works as follows.
В области нижних частот, где l/λ ≤ (0,2-0,25), в предлагаемой антенне с помощью блока переключателей 9 осуществляются следующие коммутации.In the low frequency region, where l/λ ≤ (0.2-0.25), the following switching is carried out in the proposed antenna using the
К нижнему концу входного коаксиального кабеля 5 подключается двухполюсник 10. Изолятор 6 в точках 15, 16 размыкается, и нижний торец трубчатого основания оказывается «висящим в воздухе». Входом излучателя предлагаемой антенны является нижний конец спирального излучателя 19, который соединяется с выходом 13 нижнечастотного согласующего устройства 11. Вход 12 согласующего устройства соединяется с проводником 17, являющимся входом антенны. При этом конфигурация предлагаемой антенны принимает вид, изображенный на фиг. 17. Эквивалентная схема антенны изображена на фиг. 18.A two-
Как следует из эквивалентной схемы, спиральный излучатель 19 электрически удлиняет излучатель предлагаемой антенны, что приводит к уменьшению необходимой для настройки излучателя величины индуктивности двухполюсника 28 (и двухполюсника 10) и снижению сопротивления его потерь. Это, в свою очередь, приводит к увеличению КПД антенны и излучаемой ею мощности, особенно на самых низких частотах.As follows from the equivalent circuit, the
Улучшение энергетических характеристик делает возможным расширение рабочего диапазона частот предлагаемой антенны по п. 2 формулы изобретения в сторону нижних частот до значений l/λ ≥ 0,035.Improving the energy characteristics makes it possible to expand the operating frequency range of the proposed antenna according to
Использование спирального излучателя 19 за счет выбора числа его витков позволяет настроить излучатель предлагаемой антенны в резонанс в пределах всей области нижних частот, в том числе и на самой нижней рабочей частоте при l/λ ≈ 0,035 при минимальном (нулевом) сопротивлении эквивалентного двухполюсника 28. Однако, в этом случае электрическая длина спирального излучателя 19, а, следовательно, и электрическая длина всего излучателя предлагаемой антенны, становятся избыточными на более высоких частотах. Настройка на этих частотах излучателя в резонанс с помощью двухполюсника 10 может стать затруднительной. В связи с этим целесообразно выбирать такое число витков спирального излучателя 19, чтобы собственная частота первого резонанса излучателя предлагаемой антенны (без двухполюсника 28) лежала в средней части области нижних частот. При этом одновременно удается как повысить КПД антенны на самых нижних частотах, так и без затруднений осуществлять настройку излучателя в резонанс с помощью двухполюсника 10 на более высоких частотах. Частотная характеристика КПД предлагаемой антенны при такой ее настройке приведена на фиг. 16 (кривая 48).The use of a
Спиральный излучатель 19 может быть выполнен как с одинаковым, так и с переменным шагом. Пример выполнения излучателя с переменным шагом приведен на фиг. 19. Аналогичным образом, спиральный излучатель 19 может выполняться с переменным диаметром, например, увеличивающимся к основанию предлагаемой антенны, что является определенным удобством с конструктивной точки зрения.
В верхнечастотной области рабочего диапазона (0,2-0,25) ≤ l/λ ≤ 1,25 с помощью блока переключателей 9 (фиг. 2) в предлагаемой антенне по п. 2 формулы изобретения осуществляются коммутации, аналогичные коммутациям, осуществляемым в антенне по п.1 формулы изобретения. Изолятор 6 замыкается накоротко (в точках 15, 16). Нижний конец входного коаксиального кабеля 5 соединяется с отрезком линии передачи 14. Реактивный LC-двухполюсник 10 и нижнечастотное согласующее устройство 11 полностью отключаются.In the upper frequency region of the operating range (0.2-0.25) ≤ l / λ ≤ 1.25 using the switch block 9 (Fig. 2) in the proposed antenna according to
Дополнительно к этому, нижний конец спирального излучателя 19 замыкается на проводящий корпус 7 (фиг. 20) и оказывается зашунтированным трубчатым основанием 3. За счет этого антенна по п. 2 формулы изобретения в верхнечастотной области имеет одинаковую электрическую схему с антенной по п. 1 (фиг. 5) и работает аналогично ей.In addition to this, the lower end of the
Наличие зашунтированного спирального излучателя 19 несколько увеличивает эквивалентный диаметр нижнего плеча предлагаемой антенны -трубчатого основания 3, что приводит к некоторому увеличению уровня входного КБВ предлагаемой антенны по п. 2 формулы изобретения по сравнению с антенной по п. 1 формулы изобретения.The presence of a shunted
Частотная характеристика входного КБВ предлагаемой антенны по п. 2 формулы изобретения для этой области частот приведена на фиг. 6 (кривая 49).The frequency response of the input KBV of the proposed antenna according to
В предлагаемой антенне по п. 2 формулы изобретения использование спирального излучателя 19 с фиксированным числом витков обеспечивает в пределах всей области нижних частот l/λ ≤ (0,2-0,25) только одну собственную частоту первого резонанса излучателя предлагаемой антенны. На остальных частотах этой области приходится осуществлять настройку в первый резонанс с помощью двухполюсника 28, величина сопротивления которого и, следовательно, величина сопротивления потерь в нем могут достигать значительных величин. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению КПД предлагаемой антенны.In the proposed antenna according to
Для изменения числа витков и, следовательно, электрической длины спирального излучателя 19 при изменении рабочей частоты в антенне по п. 3 формулы изобретения вдоль длины спирального излучателя 19, преимущественно равномерно, выполнены отводы 22 (фиг. 3). Нижние концы спирального излучателя 19 и отводов 22 (через изоляторы 20 и 23 соответственно) подключены к блоку переключателей 9.To change the number of turns and, consequently, the electrical length of the
Антенна работает следующим образом.The antenna works as follows.
В области нижних частот, где l/λ ≤ (0,2-0,25), с помощью блока переключателей 9 (фиг. 3) в предлагаемой антенне по п. 3 формулы изобретения осуществляются коммутации, аналогичные коммутациям, осуществляемым в антенне по п. 2 формулы изобретения. К нижнему концу входного коаксиального кабеля 5 подключается двухполюсник 10. Изолятор 6 в точках 15, 16 размыкается, и нижний торец трубчатого основания оказывается «висящим в воздухе». Вход 12 нижнечастотного согласующего устройства 11 соединяется с проводником 17, являющимся входом антенны. К выходу 13 согласующего устройства 11 с помощью блока переключателей 9 подключаются (в зависимости от величины рабочей длины волны) либо нижний конец спирального излучателя 19, либо нижний конец одного из отводов 22. На фиг. 21 для примера приведена конфигурация предлагаемой антенны при подключении к выходу 13 согласующего устройства 11 нижнего конца спирального излучателя 19. Нижние концы отводов 22 остаются при этом разомкнутыми и на процесс настройки излучателя предлагаемой антенны практически не влияют.In the low frequency region, where l/λ ≤ (0.2-0.25), using the switch block 9 (Fig. 3) in the proposed antenna according to
При работе на самой нижней частоте, с целью обеспечения максимальной величины электрической длины излучателя предлагаемой антенны, необходимо использовать полную длину спирального излучателя 19 и к выходу 13 согласующего устройства 11 подключается нижний конец излучателя 19. Нижние концы отводов 22 находятся в разомкнутом положении. Эквивалентная схема антенны при этом имеет вид, изображенный на фиг. 22. Выбор количества витков и диаметра спирального излучателя 19 в пределах соотношений, приведенных в п. 2 формулы изобретения, позволяет на нижней рабочей частоте увеличить электрическую длину предлагаемой антенны по п. 3 формулы изобретения вплоть до резонансной (четвертьволновой).When operating at the lowest frequency, in order to ensure the maximum electrical length of the radiator of the proposed antenna, it is necessary to use the full length of the
По мере возрастания рабочей частоты (уменьшения рабочей длины волны) длина спирального излучателя 19 (количество его витков) становится избыточной. С помощью блока переключателей 9 происходит укорочение рабочей длины спирального излучателя путем поочередного подключения к выходу 13 согласующего устройства 11 нижних концов отводов 22, начиная от нижних отводов к верхним. Таким образом обеспечивается уменьшение количества рабочих витков спирального излучателя (витков, включенных в цепь излучателя предлагаемой антенны), а, следовательно, и уменьшение электрической длины излучателя предлагаемой антенны вплоть до резонансной (четвертьволновой). При этом нижние концы остальных отводов 22 и спирального излучателя 19 находятся в разомкнутом положении.As the operating frequency increases (the operating wavelength decreases), the length of the helical radiator 19 (the number of its turns) becomes redundant. Using the
Эквивалентная схема антенны для одной из рабочих частот (при подключении одного из отводов) имеет вид, изображенный на фиг. 23.The equivalent circuit of the antenna for one of the operating frequencies (when one of the taps is connected) has the form shown in Fig. 23.
Согласно п. 3 формулы изобретения число отводов 22 лежит в пределах от 1 до 5. Наличие пяти отводов позволяет разбить область нижних частот, имеющую перекрытие примерно 7:1, на шесть полос с относительной шириной, равной примерно 38% каждая. При этом в каждой полосе за счет подключения с помощью соответствующего отвода 22 необходимого числа витков спирального излучателя 19 электрическая длина предлагаемой антенны может быть подобрана равной или близкой к резонансной -четвертьволновой. В этом случае двухполюсник 28 (и двухполюсник 10), осуществляющий точную настройку в пределах каждой полосы, будет иметь минимальную величину своего сопротивления и, следовательно, минимальные потери, что повышает КПД, КУ и излучаемую мощность. Частотная характеристика КПД изображена на фиг. 16 (кривая 50).According to
Выполнение спирального излучателя 19 с более чем пятью отводами не ведет к существенному улучшению электрических характеристик антенны и при этом усложняет ее конструкцию.The implementation of the
Наличие переключаемых секций дает возможность максимально увеличить электрическую длину спирального излучателя 19 на самой нижней рабочей частоте, без избыточности электрической длины этого же излучателя в верхней части нижнечастотного диапазона, что позволяет расширить диапазон рабочих длин волн до значений l/λ ≥ 0,03.The presence of switchable sections makes it possible to maximize the electrical length of the
В верхнечастотной области рабочего диапазона (0,2-0,25) ≤ l/λ ≤ 1,25 с помощью блока переключателей 9 (фиг. 3) в предлагаемой антенне по п. 3 формулы изобретения осуществляются коммутации, аналогичные проводимым в антенне по п.2 формулы изобретения. Изолятор 6 замыкается накоротко (в точках 15, 16). Нижний конец входного коаксиального кабеля 5 соединяется с отрезком линии передачи 14. Реактивный LC-двухполюсник 10 и нижнечастотное согласующее устройство 11 полностью отключаются.In the upper frequency region of the operating range (0.2-0.25) ≤ l / λ ≤ 1.25, using the switch block 9 (Fig. 3), in the proposed antenna according to
Дополнительно к этому, нижние концы спирального излучателя 19 и всех его отводов 22 замыкаются на проводящий корпус 7, и излучатель 19 с отводами 22 оказываются зашунтированными трубчатым основанием 3. За счет этого антенна по п. 3 формулы изобретения в верхнечастотной области имеет одинаковую электрическую схему с антеннами по п. 1, 2 (фиг. 5) и работает аналогично им.In addition to this, the lower ends of the
Наличие зашунтированного спирального излучателя 19 с отводами 22 несколько увеличивает, как и в предлагаемой антенне по п. 2 формулы изобретения, эквивалентный диаметр нижнего плеча предлагаемой антенны - трубчатого основания 3, при этом уровень входного КБВ предлагаемой антенны по п. 3 формулы изобретения практически совпадает с аналогичным уровнем предлагаемой антенны по п. 2 (фиг. 6, кривая 49).The presence of a shunted
Для упрощения конструкции, по сравнению с антенной-прототипом, в предлагаемой антенне по п. 4 формулы изобретения вместо отдельного входного коаксиального кабеля 5 (фиг. 1, 2, 3) в состав антенны введен проводящий шток 24 (фиг. 4), который совместно с внутренней проводящей поверхностью трубчатого основания 3 образует жесткий коаксиальный кабель. При этом проводящий шток 24 является центральным электродом вновь образованного кабеля.To simplify the design, in comparison with the prototype antenna, in the proposed antenna according to
Необходимая величина волнового сопротивления этого кабеля обеспечивается выбором соотношения диаметров внутренней поверхности трубчатого основания 3 и проводящего штока 24. Например, для волнового сопротивления в 75 Ом соотношение этих диаметров должно составлять 3,5 /7/. При наличии конструктивной необходимости в уменьшении диаметра штока 24 внутренняя полость трубчатого основания 3 может быть заполнена высокочастотным диэлектриком с соответствующей величиной диэлектрической проницаемости.The required value of the wave resistance of this cable is provided by choosing the ratio of the diameters of the inner surface of the
Как указывалось выше, заявляемое в п. 4 формулы изобретения техническое решение реализуется идентично для всех трех вариантов предлагаемой антенны, выполненных по п.п. 1, 2, 3 формулы изобретения. В связи с этим работа антенны рассматривается применительно к п. 1 формулы изобретения.As mentioned above, the technical solution claimed in
Антенна по п. 4 формулы изобретения работает следующим образом.The antenna according to
В верхнечастотной области ее рабочего диапазона (0,2-0,25) ≤ l/λ ≤ 1,25 с помощью блока переключателей 9 (фиг. 4) в антенне осуществляются следующие коммутации.In the upper frequency region of its operating range (0.2-0.25) ≤ l/λ ≤ 1.25, using the switch block 9 (Fig. 4), the following switching is carried out in the antenna.
Изолятор 6 замыкается накоротко (в точках 15, 16). Нижний конец проводящего штока 24 соединяется с отрезком линии передачи 14. Реактивный LC-двухполюсник 10 и нижнечастотное согласующее устройство 11 полностью отключаются. Антенна приобретает конфигурацию антенны верхнего питания, изображенную на фиг. 24 и полностью совпадающую с конфигурацией антенны по п. 1 формулы изобретения, приведенной на фиг. 5.
Очевидно, что с точки зрения электрических характеристик обе конфигурации антенны (фиг. 24 и фиг. 5) являются идентичными.Obviously, electrically, both antenna configurations (FIG. 24 and FIG. 5) are identical.
В области нижних частот, где l/λ ≤ (0,2-0,25), с помощью блока переключателей 9 (фиг. 4) в предлагаемой антенне по п. 4 формулы изобретения осуществляются следующие коммутации.In the low frequency region, where l/λ ≤ (0.2-0.25), using the switch block 9 (Fig. 4) in the proposed antenna according to
Изолятор 6 размыкается. Реактивный LC-двухполюсник 10 на регулируемых элементах подключается между нижним концом проводящего штока 24 и нижним торцом 15 трубчатого основания 3. Нижнечастотное согласующее устройство 11 своим входом 12 подключается к отрезку линии передачи 14, а своим выходом 13 подключается к входу излучателя - точке 15.
Антенна приобретает конфигурацию, изображенную на фиг. 25 и полностью совпадающую с конфигурацией антенны по п. 1 формулы изобретения, приведенной на фиг. 7.The antenna takes on the configuration shown in Fig. 25 and fully coinciding with the antenna configuration according to
Очевидно, что с точки зрения электрических характеристик обе конфигурации антенны (фиг. 25 и фиг. 7) являются идентичными.Obviously, electrically, both antenna configurations (FIG. 25 and FIG. 7) are identical.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY
1) Антенна верхнего питания. Заявка 5033093/09 от 5.03.92, опубл. 10.06.96.1) Top power antenna. Application 5033093/09 dated March 5, 1992, publ. 06/10/96.
2) Антенна верхнего питания. А.с. СССР №1663656.2) Top power antenna. A.s. USSR No. 1663656.
3) Надененко С.И. Антенны. - М.: Связьиздат, 1959. - 552 с., ил.3) Nadenenko S.I. Antennas. - M.: Svyazizdat, 1959. - 552 p., ill.
4) Тарнецкий А.А., Осипов Д.Д. Антенны судовой радиосвязи. - Л.: Судпромгиз, 1960. - 236 с., ил.4) Tarnetsky A.A., Osipov D.D. Ship radio communication antennas. - L .: Sudpromgiz, 1960. - 236 p., ill.
5) Антенна верхнего питания. А.с. СССР №1805516.5) Top feed antenna. A.s. USSR No. 1805516.
6) Овсяников В.В. Вибраторные антенны с реактивными нагрузками. - М.: Радио и связь, 1985. - 120 с., ил.6) Ovsyanikov V.V. Vibrator antennas with reactive loads. - M.: Radio and communication, 1985. - 120 p., ill.
7) Гроднев И.И., Фролов П.А. Коаксиальные кабели связи. - М.: Радио и связь, 1983. - 208 с., ил.7) Grodnev I.I., Frolov P.A. Coaxial communication cables. - M.: Radio and communication, 1983. - 208 p., ill.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021121281A RU2769306C1 (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Broadband antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021121281A RU2769306C1 (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Broadband antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2769306C1 true RU2769306C1 (en) | 2022-03-30 |
Family
ID=81076213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021121281A RU2769306C1 (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Broadband antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2769306C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1663656A1 (en) * | 1988-05-10 | 1991-07-15 | Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) | Upper feed antenna |
RU2061985C1 (en) * | 1992-03-05 | 1996-06-10 | Конструкторское Бюро "Связьморпроект" | Top-feed antenna |
CN1169041A (en) * | 1996-04-26 | 1997-12-31 | 松下电器产业株式会社 | Antenna apparatus |
RU50053U1 (en) * | 2005-07-05 | 2005-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" | BROADBAND ANTENNA DEVICE FOR MOBILE RADIO |
CN203377369U (en) * | 2013-07-24 | 2014-01-01 | 南京海善达信息科技有限公司 | Short wave active receiving antenna |
-
2021
- 2021-07-19 RU RU2021121281A patent/RU2769306C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1663656A1 (en) * | 1988-05-10 | 1991-07-15 | Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) | Upper feed antenna |
RU2061985C1 (en) * | 1992-03-05 | 1996-06-10 | Конструкторское Бюро "Связьморпроект" | Top-feed antenna |
CN1169041A (en) * | 1996-04-26 | 1997-12-31 | 松下电器产业株式会社 | Antenna apparatus |
RU50053U1 (en) * | 2005-07-05 | 2005-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" | BROADBAND ANTENNA DEVICE FOR MOBILE RADIO |
CN203377369U (en) * | 2013-07-24 | 2014-01-01 | 南京海善达信息科技有限公司 | Short wave active receiving antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6956535B2 (en) | Coaxial inductor and dipole EH antenna | |
US7782264B1 (en) | Systems and methods for providing distributed load monopole antenna systems | |
US4328501A (en) | Small broadband antennas using lossy matching networks | |
RU2130673C1 (en) | Dual-function antenna for portable radio communication set | |
US4939525A (en) | Tunable short monopole top-loaded antenna | |
GB2320816A (en) | Antenna system | |
RU154886U1 (en) | SMALL VIBRATOR ANTENNA OF SYSTEMS OF DATA TRANSMISSION NETWORK IN THE RANGE OF MEDIUM AND INTERMEDIATE WAVES | |
US9083076B2 (en) | Dipole antenna assembly having an electrical conductor extending through tubular segments and related methods | |
WO1998049747A1 (en) | Dual-band antenna with a single matching network | |
US4890116A (en) | Low profile, broad band monopole antenna | |
US3100893A (en) | Broad band vertical antenna with adjustable impedance matching network | |
US3689928A (en) | Multi-band tunable halfwave whip antenna | |
US4443803A (en) | Lossy matching for broad bonding low profile small antennas | |
CN104577340B (en) | Multiband tunable antenna and wireless communication device | |
US5831490A (en) | Method and apparatus for tuning a base station summing network having at least two transmitter branches | |
CN1127809C (en) | Impedance-matching device | |
CN109473770B (en) | Spiral antenna based on parallel plate capacitor loading | |
US4958164A (en) | Low profile, broad band monopole antenna | |
RU2769306C1 (en) | Broadband antenna | |
JP4719404B2 (en) | Short dipole and monopole loop | |
CA1097427A (en) | Low profile remotely tuned dipole antenna | |
US2866197A (en) | Tuned antenna system | |
JP2000244226A (en) | Antenna device and power feeding device therefor | |
US4439772A (en) | Inductor type half wave antenna | |
US20030020559A1 (en) | Apparatus and method for impedance control |