Антенна

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосного антенного элемента вертикальной антенной решетки с изотропной в азимутальной плоскости диаграммой направленности, а также как одиночная приемная и передающая антенна. Антенна содержит четыре вертикально расположенные пластины двух типоразмеров. Разноименные пластины расположены перпендикулярно друг другу и образуют две несущие конструкции, которые развернуты на 180 градусов и установлены с зазором между ними для размещения в нем платы запитывающего делителя с высокочастотным разъемом и коаксиальной линией питания. Земляные шины обоих конструкций соединены между собой проводящими перемычками. На пластинах сформированы три уровня вертикальных Г-образных заземленных шлейфов, охваченных по внешнему периметру антенны замкнутыми кольцевыми шлейфами, имеющими электрический контакт с крайними точками вертикальных частей шлейфов, и образующих вместе с кольцевыми шлейфами объемный полуволновой вибратор. Трехуровневое размещение Г-образных коллинеарных шлейфов обеспечивает расширение рабочей полосы частот антенны до величины порядка октавы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве широкополосного антенного элемента вертикальной антенной решетки с изотропной в азимутальной плоскости диаграммой направленности, а также как одиночная приемная и передающая антенна.

Известны технические решения широкополосных вертикальных антенных решеток на базе дискоконусных антенн [1] Недостатком таких устройств является искажение диаграммы направленности в азимутальной плоскости при проводке фидерных линий к элементам антенной решетки через апертуру излучателя. К недостаткам можно отнести также существенные поперечные габариты элемента и высокую трудоемкость при изготовлении.

Альтернативой могут служить устройства на базе полуволновых диполей, в которых фидерные линии проходят внутри конструкции [2, 3, 4] Однако известные варианты или узкополосны [2, 3] или достаточно сложны в изготовлении [4] Наиболее близким по технической сущности является выполненный на основе трубчатых конструкций полуволновой вибратор [3] выбранный в качестве прототипа.

На фиг. 1 изображен вибратор [3] где 1 несущая заземленная металлическая труба; 2 плечи вибратора; 3 коаксиальная линия.

Вибратор представляет собой конструкцию из соосно расположенных трубчатых элементов: несущей заземленной металлической трубы 1, внутри которой прокладывается коаксиальная линия 3, и плеч вибратора 2, представляющих собой цилиндры длиной порядка λ/4, электрически соединенные с металлической трубой.

Основным недостатком такого решения является узкополосность устройства. Расширение рабочей полосы частот может быть получено за счет увеличения диаметра вибратора [3] что в свою очередь приводит к увеличению массы устройства. Кроме того, для его изготовления требуется применение специальных технологических процессов.

Целью изобретения является увеличение рабочей полосы антенны при уменьшении массогабаритных характеристик и повышении технологичности ее изготовления.

Сущность изобретения заключается в том, что антенна, функционирующая как полуволновой вибратор, представляет собой трехуровневую систему заземленных вертикальных коллинеарных Г-образных шлейфов, расположенных перпендикулярно друг другу по четыре на каждом уровне и охваченных по внешним краям их вертикальных частей замкнутыми кольцевыми шлейфами, число которых зависит от относительных размеров вертикальных частей Г-образных шлейфов и земляных шин, а также от расстояния между ними, причем на центральном уровне имеется только один кольцевой шлейф на нижних концах Г-образных шлейфов, в то время как к верхним внутренним концам последних подведены линии питания, к которым подключена через делитель коаксиальная линия питания, расположенная в вертикальном объеме, образованном двумя параллельными земляными шинами и соединяющими их по всей длине дискретными перемычками.

На фиг. 2 представлена конструкция заявляемой антенны, где 3 - коаксиальная линия; 4 пластина с заземленными Г-образными шлейфами; 5 - пластина с Г-образными шлейфами; 6 плата делителя на два; 7 проходной контакт; 8 высокочастотный разъем; 9 замкнутый кольцевой шлейф; 10 - Г-образный шлейф, замкнутый на земляную шину; 11 Г-образный шлейф; 12 - линия питания; 13 перемычка между земляными шинами.

Антенна содержит четыре пластины двух типоразмеров 4 и 5, выполненные из двухстороннего фольгированного диэлектрика, на которых сформированы по три вертикальных Г-образных шлейфа 10 и 11 соответственно. Разноименные пластины расположены перпендикулярно друг другу, образуя элемент несущей конструкции так, чтобы горизонтальные части шлейфов 11 имели электрический контакт с земляной шиной шлейфов 10, а концы линий питания 12 обоих пластин соединялись между собой.

Два таких элемента конструкции, развернутые на 180^o, устанавливаются вертикально и по всей длине земляных шин соединяются перемычками 13 таким образом, чтобы между ними оставался зазор, в котором перпендикулярно пластинам 4 размещаются плата делителя 6 с высокочастотным разъемом 8 и коаксиальная линия 3. Выходы платы делителя 6 с помощью проходных контактов 7 подсоединены к общим точкам линий питания 12.

По внешнему периметру антенны Г-образные шлейфы охвачены замкнутыми кольцевыми шлейфами 9, имеющими электрический контакт с крайними точками вертикальных частей Г-образных шлейфов, причем Г-образные шлейфы центрального уровня имеют только один кольцевой шлейф на своем нижнем конце.

Антенна работает следующим образом. Сигнал по коаксиальной линии 3, расположенной внутри объема, ограниченного пластинами 4 и заземляющими перемычками 13, поступает через высокочастотный разъем 8 на плату делителя 6 и далее через проходной контакт 7 по линиям питания 12 на Г-образные шлейфы 10 и 11 центрального уровня и возбуждает их. В свою очередь, они за счет взаимной связи возбуждают шлейфы верхнего и нижнего уровней, близкие по электрическим параметрам к параметрам Г-образных шлейфов центрального уровня.

Возбужденная связанная система Г-образных шлейфов 10 и 11 излучает сигнал в пространство, обеспечивая при этом рабочую полосу частот порядка октавы. Ширина рабочей полосы частот устройства зависит от соотношения собственных резонансных частот отдельных уровней Г-образных шлейфов и величины связи между ними как в системе связанных резонаторов.

На фиг. 3 представлена топология пластин 4 и 5 с соответствующими Г-образными шлейфами 10 и 11, где обозначено: L, l, d₁, d₂, d₃, r геометрические размеры антенны.

Экспериментально полученные размеры Г-образных шлейфов на пластинах с диэлектрической проницаемостью материала порядка 2 4 относительно нижней рабочей длины волны λ_Н, обеспечивающие рабочую полосу антенны f_в/f_н порядка 2,0 по уровню КСВ, равному 2,0 и коэффициент усиления порядка 2,0 дБ, приведены в таблице.

Литература 1. Драбкин А.Л. Зузенко В.Л. Антенно-фидерные устройства. М. Сов. радио, 1961, 816 с.

2. Volta P. Design and development of an omnidirectional antenna with a collinear arrays of slots, Microwave Journal, dec. 1982, p. 111, 114, 115.

3. Чернышева В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. М. Связь, 1978, 288 с. (прототип).

4. VHF/UHF omnidirectional antenna HK 353A, Rohde Schwarz, Technische Information/Technical information, 2EN-P, 11/91.

Формула изобретения

1. Антенна, выполненная в виде полуволнового вибратора, являющегося элементом вертикальной антенной решетки, а также одиночная антенна, содержащая плечи вибратора, соединенные с объемной земляной шиной, внутри которой расположена коаксиальная линия питания, отличающаяся тем, что плечи вибратора выполнены в виде трехуровневой системы вертикальных коллинеарных Г-образных шлейфов, расположенных перпендикулярно друг другу по четыре на каждом уровне, причем горизонтальные части Г-образных шлейфов соединены с объемной земляной шиной, а их вертикальные части соединены между собой замкнутыми кольцевыми шлейфами, при этом Г-образные шлейфы центрального уровня соединены кольцевым шлейфом в местах перехода их вертикальных частей в горизонтальные, а к противоположным концам их вертикальных частей с внутренней стороны подведены линии питания, соединенные с установленной во внутреннем объеме земляной шины платой делителя, к которой в свою очередь подключена коаксиальная линия питания.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что объемная земляная шина выполнена в виде металлического цилиндра.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что объемная земляная шина образована двумя плоскими, параллельно расположенными шинами, соединенными по всей длине дискретно установленными проводящими перемычками.

4. Антенна по п.1 или 3, отличающаяся тем, что плоские земляные шины и Г-образные шлейфы сформированы на четырех печатных пластинах из двустороннего фольгированного диэлектрика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4