Антенна широкополосная схема

Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема
Антенна широкополосная схема
Антенна широкополосная схема

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2111584

Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение

Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к антенной технике, а именно к "коротким" широкополосным антеннам, и может применяться в качестве передающей или приемной антенны в системах радиосвязи, радиолокации, телевидения и радиовещания. Изобретение может использоваться как самостоятельная антенна и как элемент широкополосной фазированной антенной решетки.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Существует проблема излучения и приема сверхширокополосных сигналов, спектр которых занимает полосу частот две октавы и более. Для излучения и приема широкополосных сигналов с минимальными искажениями антенна должна иметь полосу пропускания, сравнимую с полосой частот, занимаемой спектром сигнала. Под полосой пропускания антенны здесь понимают интервал частот, в котором следующие характеристики, определяющие ее работоспособность, остаются неизменными или изменяются в допустимых пределах: направление максимума и форма диаграммы направленности, наличие и стабильное положение фазового центра, поляризационная характеристика, входной импеданс или степень согласования с фидером.

Такие известные широкодиапазонные антенны, как спиральные и логопериодические, для неискаженного излучения широкополосных сигналов не пригодны из-за отсутствия фазового центра или частотной зависимости его положения, хотя остальные указанные характеристики могут сохраняться в полосе три октавы и более. По этой же причине они мало пригодны для использования в качестве элементов широкополосных сканирующих антенных решеток. В то же время известно, что короткие вибраторы, размеры которых не превышают длину волны, имеют четко выраженный фазовый центр, а их характеристики направленности слабо зависят от частоты. Однако короткие вибраторы имеют сильную частотную зависимость входного импеданса (увеличивающуюся при уменьшении размеров антенны), что затрудняет их согласование в широкой полосе частот. Вследствие этого нижняя граница полосы пропускания короткой антенны однозначно определяется нижней границей полосы согласования. Сверху полоса пропускания ограничена, как правило, искажением формы диаграммы направленности. При использовании электрического диполя это происходит, если его размеры становятся больше 1,25 длины волны. Малые размеры антенны являются также необходимым условием возможности использования ее в качестве антенного элемента широкополосной сканирующей антенной решетки. Это обусловлено тем, что для исключения возникновения вторичных интерференционных максимумов диаграммы направленности расстояние между элементами решетки не должно превышать половину длины волны на верхней частоте рабочего диапазона. Следовательно, диапазон рабочих частот сканирующей антенной решетки определяется минимальным допустимым расстоянием между элементами, которое обычно принимается равным размеру антенного элемента.

Таким образом, проблема сводится к задаче уменьшения электрических размеров антенны и расширения полосы пропускания в сторону нижних частот без ухудшения ее эффективности. Известны способы решения проблемы, основанные на расширении полосы согласования короткого излучателя путем минимизации запаса реактивной энергии, представляющей собой разность между магнитной и электрической энергиями, запасенными в ближней зоне излучателя. Эта энергия определяет мнимую часть входного сопротивления антенны. Плотность реактивной энергии максимальна вблизи вибратора и быстро убывает при удалении от него.

Наиболее простой и известный способ уменьшения реактивной энергии в ближней зоне короткого излучателя заключается в увеличении его поперечных размеров, то есть исключении из ближней зоны некоторого объема, в котором плотность реактивной энергии максимальна. Этот широко используемый на практике способ позволяет заметно уменьшить частотную зависимость входного импеданса излучателя, но полностью исключить ее таким образом не удается.

Известны конструкции диапазонных вибраторов, реализующих этот способ, плечи которых выполнены из труб или пластин с большим поперечным сечением. Форма поперечного сечения может быть различной: круглой, прямоугольной, треугольной и т.д. К антеннам этого типа можно отнести такие широко известные конструкции, как диполь Надененко и биконический вибратор [1].

");

Другим, более эффективным способом расширения полосы согласования излучателя является применение принципа самодополнительности, то есть выполнение антенны в виде двух плоских взаимно дополнительных структур (так, чтобы одна из них могла быть получена из другой заменой проводящей части плоскости на эквивалентные по форме и размерам отверстия и наоборот). Теоретически входное сопротивление бесконечной взаимно дополнительной структуры не зависит от частоты и является вещественным.

Известна широкополосная антенна [2], выполненная согласно этому способу в виде плоского симметричного вибратора с плечами треугольной формы. Эта антенна удовлетворяет принципу самодополнительности. Недостатками антенны являются отсутствие направленности в H-плоскости; недостаточно широкая полоса пропускания (отношение крайних частот приблизительно равно трем) и необходимость использования для подключения коаксиального кабеля симметрирующе-согласующего устройства, что приводит к усложнению конструкции и дополнительному сужению полосы пропускания антенны.

В качестве прототипа выбрана широкополосная антенна [3], выполненная в виде плоского несимметричного вибратора, состоящего из металлической прямоугольной пластины, установленной перпендикулярно проводящей поверхности, образующей противовес, и средства для подключения оплетки коаксиального кабеля к противовесу, а внутренней жилы к вибратору. Недостатками прототипа являются отсутствие направленности в Н-плоскости недостаточно широкая полоса частот, в которой сохраняется форма диаграммы направленности, (отношение крайних частот приблизительно равно трем) и относительно большие габариты при использовании прототипа в качестве самостоятельной антенны, так как размеры противовеса должны быть не менее 1/2 максимальной рабочей длины волны.

Задачей изобретения является создание широкополосной антенны, преимущественно метрового и дециметрового диапазона длин волн, обладающей расширенной в сторону нижних частот полосой пропускания, увеличенной направленностью, сниженной материалоемкостью и уменьшенными габаритами.

В соответствии с поставленной задачей заявляемая в качестве изобретения широкополосная антенна, как и прототип, содержит несимметричный вибратор в виде пластины, противовес и средство подключения вибратора и противовеса к линии передачи. Антенна отличается от прототипа тем, что в ней противовес выполнен в виде прямоугольной пластины, изогнутой в плоскости, ортогональной пластине вибратора, своей первой стороной, а пластина вибратора расположена между кромками второй стороны пластины противовеса компланарно плоскости, включающей эти кромки.

Предпочтительно в качестве формы поперечного сечения цилиндра, по направляющей которой изогнута пластина противовеса, выбрать правильный многоугольник с четным числом углов. Форма правильного многоугольника является приближением к форме круга, наиболее типичной форме сечения цилиндра, и вместе с тем обеспечивает повышенные воспроизводимость и жесткость конструкции при уменьшенной металлоемкости. При этом четное число углов такого многоугольника позволяет дополнительно снизить наибольший из габаритов антенны, так как при этом раскрыв пластины может быть образован взаимно параллельными гранями пластины.

В любом предпочтении целесообразно выполнение средства подключения вибратора и противовеса к линии передачи в виде несимметричной полосковой линии, полосок которой соединен с кромкой пластины, образующей вибратор, и изогнут вдоль пластины, образующей противовес, которая является подложкой этой линии. Такое решение обеспечивает упрощение конструктивного исполнения антенны и дополнительное снижение ее материалоемкости за счет использования пластины противовеса в качестве подложки указанной полосковой линии. Вместе с тем, это упрощает обеспечение постоянства волнового сопротивления и исполнение такого средства для подключения вибратора и противовеса, так как его электрические параметры легко варьируются шириной и высотой расположения полоска над подложкой.

Целесообразно, включая упомянутые предпочтения, выполнить пластину вибратора квадратной и выбрать размер указанной первой стороны пластины противовеса превышающим размер стороны этого квадрата приблизительно в три раза. Такое соотношение в сочетании с указанными формой противовеса, а также формой и расположением вибратора обеспечивает оптимальное соотношение электрического и магнитного моментов конструктивных составляющих антенны в полосе частот не менее двух октав.

В последнем предпочтении целесообразно выполнение размера второй стороны пластины противовеса превышающим размер стороны пластины вибратора приблизительно в два раза. Установлено, что такое соотношение обеспечивает оптимум характеристик по материалоемкости и направленности. При этом увеличение ширины пластины увеличивает материалоемкость, а уменьшение ухудшает степень направленности антенны.

На фиг. 1 и 2 показано конструктивное исполнение предлагаемой широкополосной антенны в предпочтительном осуществлении, где на фиг. 1 - Широкополосная антенна, вид спереди; на фиг. 2 - Широкополосная антенна, сечение А-А на фиг. 1.

");

Широкополосная антенна, вид спередиШирокополосная антенна, вид спереди

Широкополосная антенна, сечение А-А на фиг. 1.Широкополосная антенна, сечение А-А на фиг. 1.

Предлагаемая широкополосная антенна содержит несимметричный вибратор 1, выполненный в виде пластины квадратной формы (фиг. 1), противовес 2, выполненный в виде прямоугольной пластины, изогнутой в плоскости, ортогональной пластине вибратора, своей длинной (первой) стороной по направляющей в виде половины правильного восьмиугольника (фиг. 2). Пластина вибратора 1 расположена в плоскости, проходящей через кромки 3 вто

Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема Антенна широкополосная схема

Похожие статьи:




Гонорея лечение схема лечения




Сладкие подарки к праздникам




Поздравление в тексте мужчине




Как сделать атмосферу красной




Вязание модно и просто спицами