RU2769306C1 - Broadband antenna - Google Patents

Broadband antenna Download PDF

Info

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
Application number
RU2021121281A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Вадимович Беклешов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-технический институт "Радиосвязь"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-технический институт "Радиосвязь" filed Critical Акционерное общество "Научно-технический институт "Радиосвязь"
Priority to RU2021121281A priority Critical patent/RU2769306C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2769306C1 publication Critical patent/RU2769306C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith

Abstract

FIELD: technology.
SUBSTANCE: invention relates to antenna technology, in particular to broadband antennas. The effect is achieved by the fact that a broadband antenna 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 built into the tubular base, and also installed on a horizontal screen and having it is a galvanic contact - a conductive body, on which, with the help of a second insulator, a tubular base is installed with its lower end, and in the housing there is a block of switches and a segment of the transmission line, it differs in that the vertical conductor is made of a pin, and the reactive LC-two-terminal network on adjustable elements and a low-frequency four-pole matching device are introduced into the antenna, placed in a conductive housing and connected by their terminals to the block of switches, at the same time, the ratios of the overall dimensions of the external parts of the antenna are determined.
EFFECT: increasing the efficiency of the action and the radiated power of the antenna in the low-frequency region, as well as expanding the operating frequency range of the antenna towards lower frequencies.
4 cl, 25 dwg

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 vertical conductor 1 pr and the total length of the tubular base and the height of the conductive body (l main + h), as well as with minimal losses in the first RLC two-terminal network, the effective length of the antenna radiator /5/ can be increased by 1, 5 times compared with the antenna /1/, due to which the radiation resistance of the antenna emitter increases by about 2.25 times. In this case, the value of the inductive resistance of the first RLC two-terminal network and, consequently, the value of losses in it, increase only 1.5-1.8 times /6/. This leads to an increase in the efficiency of the radiator and the gain of the entire antenna by 1.25-1.5 times, i.e. by about 1.0-1.8 dB.

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 claim 2 of the claims, the purpose of the invention is achieved by the fact that the composition of the antenna according to claim 1 of the claims includes a spiral radiator and a third insulator, and the spiral radiator is placed around the tubular base, mainly coaxially with it, and has with it with its upper end, the galvanic contact is predominantly at its upper point, and the lower end of the spiral radiator, using a third insulator mounted on a conductive case, is inserted into the internal cavity of the conductive case and is connected there to the switch block, while the number of turns of the spiral radiator does not exceed 200, the ratio the diameter of the spiral emitter d izl and the diameter of the tubular base d main does not exceed 50:1.

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 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 clause 2 of the claims for selecting the dimensions of the spiral radiator (number of turns and diameter) make it possible to change the electrical length of the spiral radiator in a wide range in the low-frequency region of the operating range, and, consequently, the radiator of the proposed antenna.

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 claim 3 of the claims, the purpose of the invention is achieved by the fact that in the antenna according to claim 2 of the claims, the spiral radiator is made with taps located predominantly evenly along its length, and the lower ends of the taps with the help of newly introduced additional insulators installed on the conductive body, are passed into the internal cavity of the conductive body and connected there with the switch block, while the number of taps is in the range from 1 to 5.

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 claim 4 of the claims, the purpose of the invention is achieved by the fact that in the antennas according to p.p. 1, 2, 3 claims, the input coaxial cable is formed by the inner surface of the tubular base and a newly introduced conductive rod placed in the inner cavity of the tubular base mainly coaxially with it, the upper end of the rod is connected to the input of the high-frequency matching block, and the lower end of the rod is connected to the block switches.

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 claim 1 of the claims;

фиг. 2 - схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 2 формулы изобретения;fig. 2 - diagram of the proposed antenna, made according to claim 2 of the claims;

фиг. 3 - схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 3 формулы изобретения;fig. 3 - diagram of the proposed antenna, made according to claim 3 of the claims;

фиг. 4 - схема предлагаемой антенны, выполненной по п. 4 формулы изобретения;fig. 4 is a diagram of the proposed antenna, made according to claim 4 of the claims;

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 claim 1 of the claims, for the upper frequency region of its operating range;

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 claim 1 of the claims, for the low-frequency region of its operating range;

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 claim 1 of the claims, for the low-frequency region of its operating range;

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 claim 1 of the claims, prototype antenna and analog antenna /1/ for the low-frequency region of their operating range;

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 claim 1 of the claims, for several frequencies of the radiator;

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 claim 1 of the claims, with a smooth adjustment of the radiator within the low-frequency region of its operating range;

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 claim 1 of the claims, for various types of antenna radiator matching within the low-frequency region of its operating range;

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 claim 2 of the claims, for the lower frequency region of its operating range;

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 claim 2 of the claims, for the lower frequency region of its operating range;

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 claim 2 of the claims, for the upper frequency region of its operating range;

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 claim 3 of the claims, for the lower frequency region of its operating range;

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 claim 3 of the claims, with the helical radiator fully turned on;

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 claim 3 of the claims, with partial inclusion of a helical radiator;

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 claim 4 of the claims, for the upper frequency region of its operating range;

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 claim 4 of the claims, for the lower frequency region of its operating range.

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 claim 1 of the claims consists of a vertical conductor 1 (Fig. 1) installed with the help of the first insulator 2 on the upper end of the tubular base 3, made of a conductive material. A high-frequency matching block 4 is built into the internal cavity of the base 3, connected with its output to a vertical conductor 1. An input coaxial cable 5 is connected to the input of the block 4, the outer electrode of which is galvanically connected to the inner surface of the tubular base 3.

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 tubular base 3 with the help of the second insulator 6 is mounted on a conductive body 7, which in turn is mounted on a horizontal screen 8 and has galvanic contact with it. In the internal cavity of the conductive housing 7 there is a switch block 9 and a reactive LC two-terminal 10 connected to it on adjustable elements, a low-frequency four-pole matching device 11 (with an input 12 and an output 13) and a segment of the transmission line 14. The lower end is also connected to the switch block 9 input coaxial cable 5, the lower end 15 of the tubular base 3 and the upper end 16 of the conductive body 7.

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 second end 17 of the segment of the transmission line 14 is the input of the antenna. The low-frequency four-pole matching device 11, with its common terminal 18, is galvanically connected to the conductive body 7.

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-frequency matching block 4 is a linear passive electric four-pole circuit. The most preferable, both from the point of view of simplifying the constructive implementation, and from the point of view of achieving the goal of the invention, is its implementation with the structure of a low-pass ladder filter - with inductive longitudinal and capacitive transverse branches.

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-pole matching device 11 is also a linear passive electric four-pole circuit and, depending on its design, can carry out various types of matching:

- 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 matching device 11 can be implemented as a ladder electrical circuit on LC elements (inductances and capacitances) with variable (for the first type of matching) or constant (for the third type of matching) parameters, as well as on elements with mutual inductance (transformers). For the second type of matching, the matching device 11 is implemented as a set of switchable ladder electric circuits on LC elements with constant parameters and elements with mutual induction (transformers). Schemes of the matching device 11 for all three types of matching are shown in Fig. 13-15 and are discussed in more detail below (when describing the operation of the proposed antenna).

Кроме вышеуказанных вариантов, реализация согласующего устройства 11 возможна также на отрезках длинных линий.In addition to the above options, the implementation of the matching device 11 is also possible on segments of long lines.

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 transmission line section 14 can be made in coaxial, symmetrical two-wire or single-wire versions (the second wire in the latter case is the inner surface of the conductive housing 7).

Блок переключателей 9 проще всего реализуется на высокочастотных электромагнитных реле, например, вакуумных, которые выпускаются промышленностью, как в открытом, так и в коаксиальном исполнениях.The switch block 9 is most easily implemented on high-frequency electromagnetic relays, for example, vacuum ones, which are produced by the industry, both in open and coaxial versions.

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 claim 2 of the claims (Fig. 2) additionally contains a helical radiator 19 and a third insulator 20. its upper point 21. The lower end of the spiral radiator 19 with the help of the third insulator 20 passes into the internal cavity of the conductive housing 7 and is connected to the switch block 9. For clarity, in the upper right corner of the figure (Fig. 2) there is a simplified image of the proposed antenna according to p. 2 claims.

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 spiral radiator 19 and its diameter are selected from the ratios given in paragraph 2 of the claims. The winding of the turns of the emitter 19 along the tubular base 3 can be uniform or performed with variable pitch. Similarly, the diameter of the radiator 19 may be constant over its entire length or variable.

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 claim 3 of the claims (Fig. 3), the spiral radiator 19 is made with taps 22 from its turns, while the lower ends of the taps are passed into the internal cavity of the conductive housing with the help of newly introduced additional insulators 23 installed on the conductive housing and connected there with the switch block 9. The taps 22 are made along the length of the spiral radiator 19 mostly evenly, which allows for a smooth change in the electrical length of the radiator of the proposed antenna when alternately connecting or disconnecting the taps 22.

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 claim 3 of the claims.

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 claim 4 of the claims (Fig. 4), the input coaxial cable is formed by a newly introduced conductive rod 24 and the inner surface of the tubular base 3. The conductive rod 24 is placed in the internal cavity of the tubular base 3, mainly coaxially with it. The upper end of the rod 24 is connected to the input of the high-frequency matching block 4, and the lower end of the rod is connected to the switch block 9.

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 paragraph 4 of the claims for replacing the coaxial cable 5 with a structurally made coaxial cable combined with a tubular base 3 is identical for all three variants of the proposed antenna, made according to paragraphs. 1, 2, 3 claims. In this regard, in FIG. 4 shows a diagram of the antenna, in relation to claim 1 of the claims.

Предлагаемая антенна по п.1 формулы изобретения работает следующим образом.The proposed antenna according to claim 1 of the claims works as follows.

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. Insulator 6 is short-circuited (at points 15, 16). The lower end of the input coaxial cable 5 is connected to a segment of the transmission line 14. The reactive LC-two-terminal 10 and the low-frequency matching device 11 are completely disabled. The antenna acquires the configuration of the top feed antenna (FIG. 5), which matches the configuration of the prototype antenna for the high frequency region (with the exception of a set of cylindrical short-circuited conductors present in the prototype antenna). The antenna input is the end 17 of the segment of the transmission line 14. The broadband matching of the antenna with the RF cable is provided by the high-frequency matching device 4. The frequency response of the input KBV antenna for this frequency range is shown in Fig. 6 (curve 25). It also shows the frequency response of the KBV prototype antenna (curve 26), which has a significantly greater unevenness due to pronounced resonant properties of cylindrical short-circuited conductors that make up the prototype 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. Insulator 6 opens. The reactive LC-two-pole 10 on adjustable elements is connected to the lower end of the input coaxial cable 5. The low-frequency matching device 11 is connected with its input 12 to a segment of the transmission line 14, and its output 13 is connected to the input of the emitter - point 15.

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-terminal 10 through the input coaxial cable 5 and the high-frequency matching device 4 is included in the cross section of the antenna radiator between the lower end 27 of the vertical conductor 1 and the upper point 21 of the tubular base 3. The equivalent circuit of the antenna is shown in Fig. 8, where the two-terminal 28 is the resistance of a circuit composed of a cascade-connected matching device 4 and a cable 5 loaded on the two-terminal 10. All three elements of this circuit are reactive, therefore, the two-terminal 28 also has a purely reactive resistance, the form of which (inductive or capacitance) and the value can be changed by adjusting the LC-elements of the two-terminal 10. In this way, it is possible to ensure the inclusion between points 21 and 27 of reactance with a value that ensures that the antenna radiator is tuned to resonance within the entire low frequency region.

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 matching device 4 and cable 5, as a rule, does not exceed 0.25, then in the simplest case, the two-terminal 10 on LC-elements can be made in the form of a variable inductance (variometer or a set of switched inductances ). If the specified electrical length exceeds 0.25, then the two-terminal 10 can be made in the form of a variable (switchable) capacitance in order to ensure the inductive nature of the resistance of the two-terminal 28.

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-terminal network 10, it is possible to change the value of the inductive resistance of the equivalent two-terminal network 28 (Fig. 8) and thereby adjust the radiator of the proposed antenna to resonance within the entire low-frequency region of the operating range. In this case, the current distribution along the emitter tuned to resonance acquires a characteristic trapezoidal shape (curve 29, Fig. 9), which, as indicated above, increases the radiation resistance of the emitter and leads to a gain in efficiency, gain and the amount of radiated power by about 1.0 - 1.8 dB relative to the classic lower-feed vibrator antennas with a triangular current distribution (curve 30, Fig. 9), including the antenna /1/, which is fed at its lowest point in the low-frequency range. Antenna prototype /5/ when tuned to resonance also has a trapezoidal current distribution (curve 31, Fig. 9), but due to the presence of losses in the elements of its settings, the current amplitude of the prototype antenna is less than that of the proposed antenna. The consequence of this are reduced levels of efficiency and radiated power from the prototype antenna compared to the proposed antenna. Thus, both the classical vibrator antennas of the lower power supply and the prototype antenna are inferior to the proposed antenna in terms of efficiency, KU and radiated power.

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 conductive housing 7, it is possible to reduce the height of the housing without changing its volume. This allows you to increase the actual height of the emitter by 5-10% compared to the prototype antenna, which leads to an additional increase in radiation resistance, efficiency and the amount of radiated power by about 10-20%.

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-terminal 10, the antenna radiator within the low-frequency region will have, as shown in Fig. 11 are the frequency characteristics of the active (curve 34) and reactive (curve 35) components of the input impedance, the reactive component having a value equal to or close to zero. The low-frequency four-pole matching device 11 transforms (matches) this active resistance into a resistance equal to the characteristic impedance of the input RF cable (usually 50 or 75 ohms). Depending on the technical requirements, the matching device 11, as mentioned earlier, can perform matching of various types - resonant (curves 36 in Fig. 12), broadband in adjacent frequency bands (curves 37) or broadband within the entire low-frequency region (curve 38 ). The diagrams of the matching device 11 for all three types of matching are shown in Fig. 13 (resonant matching), FIG. 14 (adjacent band matching) and FIG. 15 (matching within the entire low frequency region). Here 39 are tunable LC elements; 40 - strip ladder circuits on non-tunable LC-elements 41, operating in adjacent frequency bands; 42 and 43 are series and parallel LC circuits, and 44 are mutually inductive elements. These chains can in principle also be implemented on segments of long lines.

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-pole matching device 11 without loss. In this regard, the efficiency of the entire antenna is determined only by the quality factor of the two-terminal 28 and, consequently, the quality factor of the two-terminal 10. In FIG. 16 shows the frequency response of the efficiency of the proposed antenna (curves 45) with a quality factor of the two-terminal 28 equal to 100. Here, for comparison, the frequency response of the efficiency of the prototype antenna (curve 46) is shown under the condition of its full matching (KBV = 1) by the second RLC-two-terminal with losses and the frequency response of the efficiency of the antenna /1/ with a low-frequency matching device (curve 47). From the above characteristics it can be seen that the proposed antenna has a significantly higher level of efficiency (and the amount of radiated power) compared with the prototype antenna and, especially, the antenna /1/. Due to this, the operating range of wavelengths can be extended towards lower frequencies up to l/λ=0.04. Further expansion of the operating range of the proposed antenna towards lower frequencies is limited by a significant increase in the voltage values (and reactive powers) on the elements of the two-terminal network 10 and the high-frequency matching unit 4.

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 third insulator 20 is connected to the switch block 9 .

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 switch block 9.

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-pole 10 is connected to the lower end of the input coaxial cable 5. The insulator 6 opens at points 15, 16, and the lower end of the tubular base turns out to be “hanging in the air”. The radiator input of the proposed antenna is the lower end of the spiral radiator 19, which is connected to the output 13 of the low-frequency matching device 11. The input 12 of the matching device is connected to the conductor 17, which is the input of the antenna. In this case, the configuration of the proposed antenna takes the form shown in Fig. 17. The equivalent circuit of the antenna is shown in FIG. eighteen.

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 spiral radiator 19 electrically lengthens the radiator of the proposed antenna, which leads to a decrease in the inductance of the two-terminal 28 (and the two-terminal 10) necessary for adjusting the radiator and a decrease in the resistance of its losses. This, in turn, leads to an increase in the efficiency of the antenna and the power it radiates, especially at the lowest frequencies.

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 claim 2 towards lower frequencies to l/λ ≥ 0.035.

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 spiral radiator 19 due to the choice of the number of its turns makes it possible to tune the radiator of the proposed antenna into resonance within the entire low-frequency region, including at the lowest operating frequency at l / λ ≈ 0.035 with a minimum (zero) resistance of an equivalent two-terminal network 28. However , in this case, the electrical length of the helical radiator 19, and, consequently, the electrical length of the entire radiator of the proposed antenna, become redundant at higher frequencies. Tuning at these frequencies of the emitter in resonance using a two-terminal 10 can become difficult. In this regard, it is advisable to choose such a number of turns of the spiral radiator 19, so that the natural frequency of the first resonance of the radiator of the proposed antenna (without a two-terminal 28) lies in the middle part of the low-frequency region. At the same time, it is possible both to increase the efficiency of the antenna at the lowest frequencies, and to easily tune the radiator into resonance using a two-terminal 10 at higher frequencies. The frequency response of the efficiency of the proposed antenna with this setting is shown in Fig. 16 (curve 48).

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.Spiral emitter 19 can be made with the same or variable pitch. An example of a transducer with a variable pitch is shown in Fig. 19. Similarly, the helical radiator 19 can be made with a variable diameter, for example, increasing towards the base of the proposed antenna, which is a certain convenience from a constructive point of view.

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 claim 2 of the claims, switching is carried out similar to the switching carried out in the antenna according to claim 1 of the claims. Insulator 6 is short-circuited (at points 15, 16). The lower end of the input coaxial cable 5 is connected to a segment of the transmission line 14. The reactive LC-two-terminal 10 and the low-frequency matching device 11 are completely disabled.

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 spiral radiator 19 closes on the conductive housing 7 (Fig. 20) and turns out to be shunted by the tubular base 3. Due to this, the antenna according to claim 2 of the claims in the high-frequency region has the same electrical circuit with the antenna according to claim 1 ( Fig. 5) and works similarly to it.

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 helical radiator 19 slightly increases the equivalent diameter of the lower arm of the proposed antenna-tubular base 3, which leads to a slight increase in the level of the input KBV of the proposed antenna according to claim 2 compared to the antenna according to claim 1 of the claims.

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 claim 2 of the claims for this frequency range is shown in Fig. 6 (curve 49).

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 claim 2, the use of a helical radiator 19 with a fixed number of turns provides within the entire low frequency range l/λ ≤ (0.2-0.25) only one natural frequency of the first resonance of the radiator of the proposed antenna. At other frequencies in this region, it is necessary to tune into the first resonance with the help of a two-terminal circuit 28, the resistance value of which and, consequently, the value of the loss resistance in it, can reach significant values. This, in turn, leads to a decrease in the efficiency of the proposed antenna.

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 spiral radiator 19 when changing the operating frequency in the antenna according to claim 3 of the claims along the length of the spiral radiator 19, mainly evenly, taps 22 are made (Fig. 3). The lower ends of the spiral radiator 19 and taps 22 (through insulators 20 and 23, respectively) are connected to the switch block 9.

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 claim 3 of the claims, switching is carried out similar to the switching carried out in the antenna according to p .2 claims. A two-pole 10 is connected to the lower end of the input coaxial cable 5. The insulator 6 opens at points 15, 16, and the lower end of the tubular base turns out to be “hanging in the air”. The input 12 of the low-frequency matching device 11 is connected to the conductor 17, which is the input of the antenna. To the output 13 of the matching device 11 with the help of a block of switches 9 are connected (depending on the value of the operating wavelength) either the lower end of the spiral radiator 19, or the lower end of one of the taps 22. In Fig. 21, for example, the configuration of the proposed antenna is shown when the lower end of the spiral radiator 19 is connected to the output 13 of the matching device 11. The lower ends of the taps 22 remain open and the process of tuning the radiator of the proposed antenna is practically not affected.

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 spiral radiator 19 and the lower end of the radiator 19 is connected to the output 13 of the matching device 11. The lower ends of the taps 22 are in the open position. The equivalent circuit of the antenna then has the form shown in Fig. 22. The choice of the number of turns and the diameter of the spiral radiator 19 within the ratios given in paragraph 2 of the claims allows, at the lower operating frequency, to increase the electrical length of the proposed antenna according to paragraph 3 of the claims up to resonant (quarter-wave).

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 switch block 9, the working length of the spiral radiator is shortened by alternately connecting the lower ends of the taps 22 to the output 13 of the matching device 11, starting from the lower taps to the upper ones. This ensures a reduction in the number of working turns of the spiral radiator (turns included in the radiator circuit of the proposed antenna), and, consequently, a decrease in the electrical length of the radiator of the proposed antenna up to resonant (quarter-wave). In this case, the lower ends of the remaining outlets 22 and the spiral radiator 19 are in the open position.

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 claim 3, the number of taps 22 ranges from 1 to 5. The presence of five taps allows the low frequency region, having an overlap of about 7:1, to be divided into six bands with a relative width of about 38% each. At the same time, in each band, by connecting the required number of turns of the spiral radiator 19 using the appropriate tap 22, the electrical length of the proposed antenna can be selected equal to or close to the resonant quarter-wave length. In this case, the two-terminal 28 (and the two-terminal 10), fine-tuning within each band, will have a minimum value of its resistance and, therefore, a minimum loss, which increases the efficiency, KU and radiated power. The frequency response of the efficiency is shown in Fig. 16 (curve 50).

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 helical radiator 19 with more than five outlets does not lead to a significant improvement in the electrical characteristics of the antenna and at the same time complicates its design.

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 helical radiator 19 at the lowest operating frequency, without redundant electrical length of the same radiator in the upper part of the low frequency range, which makes it possible to expand the range of operating wavelengths to l/λ ≥ 0.03.

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 claim 3, switching is carried out similar to those carried out in the antenna according to p .2 claims. Insulator 6 is short-circuited (at points 15, 16). The lower end of the input coaxial cable 5 is connected to a segment of the transmission line 14. The reactive LC-two-terminal 10 and the low-frequency matching device 11 are completely disabled.

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 spiral radiator 19 and all its taps 22 are closed to the conductive housing 7, and the radiator 19 with the taps 22 are shunted by the tubular base 3. Due to this, the antenna according to claim 3 of the claims in the high-frequency region has the same electrical circuit with antennas according to p. 1, 2 (Fig. 5) and works similarly to them.

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 helical radiator 19 with taps 22 somewhat increases, as in the proposed antenna according to claim 2, the equivalent diameter of the lower arm of the proposed antenna - the tubular base 3, while the level of the input KBV of the proposed antenna according to claim 3 practically coincides with similar level of the proposed antenna according to item 2 (Fig. 6, curve 49).

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 claim 4 of the claims, instead of a separate input coaxial cable 5 (Fig. 1, 2, 3), a conductive rod 24 (Fig. 4) is introduced into the antenna, which together with the inner conductive surface of the tubular base 3 forms a rigid coaxial cable. In this case, the conductive rod 24 is the central electrode of the newly formed cable.

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 tubular base 3 and the conductive rod 24. For example, for a wave resistance of 75 ohms, the ratio of these diameters should be 3.5 /7/. If there is a structural need to reduce the diameter of the rod 24, the inner cavity of the tubular base 3 can be filled with a high-frequency dielectric with an appropriate dielectric constant.

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 paragraph 4 of the claims is implemented identically for all three variants of the proposed antenna, made according to paragraphs. 1, 2, 3 claims. In this regard, the operation of the antenna is considered in relation to paragraph 1 of the claims.

Антенна по п. 4 формулы изобретения работает следующим образом.The antenna according to claim 4 of the claims works as follows.

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.Insulator 6 is short-circuited (at points 15, 16). The lower end of the conductive rod 24 is connected to a segment of the transmission line 14. The reactive LC-two-terminal 10 and the low-frequency matching device 11 are completely disabled. The antenna acquires the top feed antenna configuration shown in FIG. 24 and fully coinciding with the antenna configuration according to claim 1 of the claims shown in FIG. 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 claim 4 of the claims, the following switching is carried out.

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.Insulator 6 opens. The reactive LC-two-terminal 10 on adjustable elements is connected between the lower end of the conductive rod 24 and the lower end 15 of the tubular base 3. The low-frequency matching device 11 with its input 12 is connected to a segment of the transmission line 14, and its output 13 is connected to the input of the emitter - point 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 claim 1 of the claims shown in FIG. 7.

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)

1. Широкополосная антенна, содержащая 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 к длине lпр вертикального проводника лежит в пределах от 1:4 до 1:1, отличающаяся тем, что 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 не превышает 25:1, а соотношение диаметра проводящего корпуса dкорп к диаметру трубчатого основания dосн не превышает 100:1.1. A broadband antenna containing a vertical conductor installed with the help of the first insulator on the upper end of a tubular base made of a conductive material, a high-frequency matching block and an input coaxial cable built into the tubular base, as well as a conductive cable installed on a horizontal screen and having galvanic contact with it. housing, on which, with the help of the second insulator, a tubular base is installed with its lower end, and a block of switches and a segment 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 to the length l pr of the vertical conductor lies in the range from 1 : 4 to 1: 1, characterized in that the vertical conductor is made of a pin, and the reactive LC-two-pole on adjustable elements and a low-frequency four-pole matching device are introduced into the antenna, placed in a conductive case and connected by their outputs to the switch block, while ohm, the ratio of the length of the tubular base l main and the height h of the conductive body does not exceed 25:1, and the ratio of the diameter of the conductive body d building to the diameter of the tubular base d main does not exceed 100:1. 2. Широкополосная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в состав антенны введены спиральный излучатель и третий изолятор, причем спиральный излучатель размещен вокруг трубчатого основания, преимущественно соосно с ним, и имеет своим верхним концом гальванический контакт с трубчатым основанием преимущественно в его верхней точке, а нижний конец спирального излучателя с помощью третьего изолятора, установленного на проводящем корпусе, введен во внутреннюю полость корпуса и соединен 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 50:1.2. Broadband antenna according to claim 1, characterized in that the antenna includes a spiral radiator and a third insulator, and the spiral radiator is placed around the tubular base, mainly coaxially with it, and has its upper end in galvanic contact with the tubular base mainly in its upper point, and the lower end of the spiral radiator with the help of a third insulator mounted on a conductive housing is inserted into the internal cavity of the housing and connected there to the switch block, while the number of turns of the spiral radiator does not exceed 200, the ratio of the diameter of the spiral radiator d izl and the diameter of the tubular base d main does not exceed 50:1. 3. Широкополосная антенна по п. 2, отличающаяся тем, что 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 5.3. Broadband antenna according to claim 2, characterized in that the spiral radiator is made with taps located mainly evenly along its length, and the lower ends of the taps with the help of newly introduced additional insulators installed on the conductive housing are passed into the internal cavity of the conductive housing and connected there with a block of switches, while the number of taps lies in the range from 1 to 5. 4. Широкополосная антенна по пп. 1, 2, 3, отличающаяся тем, что 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.4. Broadband antenna according to paragraphs. 1, 2, 3, characterized in that the input coaxial cable is formed by the inner surface of the tubular base and the newly introduced conductive rod placed in the inner cavity of the tubular base mainly coaxially with it, and the upper end of the rod is connected to the input of the high-frequency matching block, and the lower end of the rod connected to the switch block.
RU2021121281A 2021-07-19 2021-07-19 Broadband antenna RU2769306C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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