Двухчастотная антенна

 

Использование: в антенной технике в качестве приемопередающей антенны УКВ-радиостанций подвижных систем связи для работы в дуплексном режиме.

Сущность изобретения: вертикальный вибратор длиной 5/8 λ_н, нижний конец которого является точкой питания антенны, частично расположен в полом коаксиальном шунте, длина которого 5/8 λ_в, и соединен с ним в точке питания. Нижние концы коаксиального шунта и вертикального вибратора выполнены гибкими и свернуты в катушку. Дано соотношение для определения осевой длины катушки. 2 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемопередающей антенны УКВ-радиостанций подвижных систем связи для работы в дуплексном режиме.

Известной и наиболее близкой по технической сущности к заявленному устройству является выбранная в качестве прототипа антенна УКВ-диапазона, содержащая вертикальный вибратор, частично входящий внутрь коаксиального шунта, к нижнему концу вертикального вибратора подключен источник питания и гальванически подсоединен коаксиальный шунт [1] Недостатком известной антенны являются ее ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что антенна может работать только на одной фиксированной частоте либо в узком диапазоне частот вблизи рабочей частоты, однозначно определяемой геометрическими размерами антенны. Это не позволяет использовать антенну в дуплексном режиме работы УКВ-радиосредств, когда передача и прием ведутся на разных рабочих частотах.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей антенны, позволяющее использовать ее в дуплексном режиме работы радиосредств.

Поставленная задача решается тем, что в известной антенне, содержащей вертикальный вибратор, частично входящий внутрь коаксиального шунта, к нижнему концу вибратора подключен источник питания и гальванически подсоединен коаксиальный шунт, длина вертикального вибратора равна 5/8 длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте, длина коаксиального шунта равна 5/8 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, а нижний конец коаксиального шунта с размещенной внутри частью вертикального вибратора выполнены гибкими и свернуты в катушку с осевой длиной равной 0,1-0,2 длины волны, соответствующей средней частоте диапазона.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается от прототипа длинами вертикального вибратора и коаксиального шунта, а также тем, что нижний конец коаксиального шунта с размещенной внутри частью вертикального вибратора выполнены гибкими и свернуты в катушку с осевой длиной равной 0,1-0,2 длины волны, соответствующей средней частоте диапазона.

Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

На фиг. 1 приведена электрическая схема двухчастотной антенны. На фиг.2 приведены экспериментально полученные частотные зависимости коэффициента стоячей волны напряжения (КСВН) макета двухчастотной антенны, реализованной в соответствии с заявленным техническим решением.

Двухчастотная антенна (фиг. 1) содержит вертикальный вибратор 1, длина которого равна 5/8 длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте, коаксиальный шунт 2, расположенный коаксиально снаружи вибратора 1, длина которого равна 5/8 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте. Нижний конец коаксиального шунта с размещенной внутри частью вертикального вибратора выполнены гибкими и свернуты в катушку 3 с осевой длиной равной 0,1 0,2 длины волны, соответствующей средней частоте диапазона.

Двухчастотная антенна работает следующим образом.

Будем рассматривать работу антенны в режиме передачи, а к режиму приема применим известный принцип взаимности. Двухчастотную антенну предложенной конструкции можно представить как вибратор длиной 5/8 λ_н, где λ_н длина волны, соответствующая нижней рабочей частоте fн, с нагрузкой в виде коаксиального короткозамкнутого в точке питания шунта длиной 5/8 λ_в, где λ_в длина волны, соответствующая верхней рабочей частоте fв. При подключении двухчастотной антенны к УКВ передатчику, работающему на несущей частоте, равной fн, антенну можно представить как вибратор длиной 5/8 λ_н с последовательно включенными емкостным и индуктивным сопротивлениями. Емкостное сопротивление обусловлено электрической длиной вибратора, т.е. соотношением lв/lн, где lв геометрическая длина вибратора (с учетом спирального элемента), а индуктивное электрической длиной короткозамкнутого шунта на частоте fн. В результате на частоте fн происходит компенсация емкостного сопротивления вибратора индуктивным сопротивлением шунта, и входное сопротивление двухчастотной антенны на этой частоте оказывается близко к 50 Ом (КСВН близок к единице), т. к. несимметричный вибратор длиной 5/8 λ_н на частоте fн имеет активное сопротивление порядка 50 Ом. При приближении выходного сопротивления передатчика к входному сопротивлению антенны в последнюю передается максимальная мощность сигнала передатчика частоты fн и далее происходит эффективное излучение сигнала в пространство.

Аналогичным образом осуществляется работа двухчастотной антенны на верхней частоте fв. При этом входное сопротивление антенны на этой частоте складывается из активного сопротивления 50 Ом, емкостного и индуктивного сопротивлений шунта, обусловленных его электрической длиной, а также емкостным сопротивлением участка вибратора, выступающего из раскрыва шунта. Благодаря высокому емкостному сопротивлению выступающего участка вибратора на частоте fв по сравнению с индуктивным сопротивлением в раскрыве шунта ток передатчика в основном будет протекать по наружной поверхности шунта и лишь незначительная его часть будет перетекать на выступающий участок вибратора. За счет компенсации реактивных составляющих входного сопротивления антенны она по-прежнему будет достаточно хорошо согласована с передатчиком и обладать высокой излучающей способностью на частоте fв. На фиг.2 представлены частотные зависимости КСВН макета двухчастотной антенны, рассчитанной для одновременной работы на частотах 148 и 172 мГц. Экспериментальные исследования показали, что двухчастотная антенна эффективно и с высоким уровнем согласования работает, если рабочие частоты отличаются не более чем в 1,8 раза.

Если геометрическая высота двухчастотной антенны от точки питания составляет 5/8 λ_н (отсутствует спиральный элемент), то в диаграмме направленности в вертикальной плоскости появляются боковые лепестки, вызывающие потери мощности излучения. Для устранения этого нежелательного явления предлагается нижний конец коаксиального шунта с размещенной внутри частью вертикального вибратора выполнить гибкими и свернуть в катушку с осевой длиной равной 0,1 0,2 длины волны, соответствующей средней частоте диапазона. Экспериментально установлено, что наилучшие результаты получаются при осевой длине катушки равной 0,16. При этом коэффициент направленного действия двухчастотной антенны на обеих частотах примерно равен 2,4.

Двухчастотная антенна может быть реализована следующим образом.

Вибратор 1 может быть выполнен из стальной пружинной проволоки диаметром 2-3 мм. Коаксиальный шунт 2 может быть выполнен из медной, латунной либо стальной трубки, к которой в узле питания гальванически присоединен вибратор. Катушку 3 можно выполнить в виде отрезка коаксиального шунта, а внутренний проводник к нижней части вибратора.

Использование заявленной двухчастотной антенны, например, в составе подвижных систем УКВ радиосвязи в дуплексном режиме позволит в два раза сократить парк соответствующих антенн, работающих только на одной фиксированной частоте и расширить функциональные возможности систем УКВ-радиосвязи.

Формула изобретения

Двухчастотная антенна, содержащая вертикальный вибратор, частично входящий внутрь коаксиального шунта, к нижнему концу вертикального вибратора подключен источник питания и гальванически подсоединен коаксиальный шунт, отличающаяся тем, что длина вертикального вибратора 5/8λ_н, а коаксиального шунта 5/8λ_в, а нижние концы коаксиального шунта и входящей в него части вертикального вибратора выполнены гибкими и свернуты в катушку с осевой длиной равной (0,1 0,05) от (λ_н+λ_в), где λ_н,λ_в длины волн, соответствующие нижней и верхней рабочим частотам.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2