Антенна

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах широкополосной радиосвязи, в том числе дуплексной. Техническим результатом изобретения является расширение рабочей полосы частот или обеспечение многочастотной работы с возможностью независимой установки рабочих частот. Антенна состоит из излучателя, установленного через изолятор на проводящем экране. Внутренний проводник питающего фидера через индуктивную нагрузку соединен с концом излучателя, внешний - с проводящим экраном. Излучатель выполнен в виде проводника длиной, обеспечивающей в нем наличие одного минимума тока. Нагрузка из соединенных параллельно емкости и индуктивности включена в разрыве излучателя в области минимума тока верхней рабочей частоты. 4 ил.

Заявляемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах широкополосной радиосвязи, в том числе дуплексной.

Известна антенна, см. Овсянников В.В. Вибраторные антенны с реактивными нагрузками. - М. : Радио и связь, 1985, с. 46, для двухчастотной или широкополосной работы, состоящая из излучателя в виде проводника, установленного через изолятор на проводящем экране. В разрыв проводника включен заграждающий фильтр в виде LC-контура или четвертьволнового короткозамкнутого шунта.

Недостатком антенны является сравнительно низкий коэффициент усиления, свойственный четвертьволновым излучателям, и широкая диаграмма направленности в вертикальной плоскости.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является антенна, представляющая собой излучатель в виде проводника, установленного через изолятор на проводящем экране так, что внешний проводник питающего фидера соединен с проводящим экраном, а внутренний через индуктивную нагрузку - с проводником, длина которого обеспечивает в нем один минимум тока, см. Кочержевский Г. Н. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь, 1972, с. 442.

Недостатком этой антенны является сравнительно узкая полоса рабочих частот при основном резонансе, а также то, что вторая частота, при которой антенна работает как четвертьволновый излучатель, находится в жесткой зависимости от частоты резонанса типа 5/8 λ составляя от нее примерно 30%. Целью заявляемого изобретения является расширение рабочей полосы частот или обеспечение многочастотной работы с возможностью независимой установки рабочих частот.

Это достигается тем, что в антенне, состоящей из излучателя в виде проводника, установленного через изолятор на проводящем экране так, что внешний проводник питающего фидера соединен с проводящим экраном, а внутренний через индуктивную нагрузку - с проводником, длина которого обеспечивает в нем один минимум тока, в разрыв излучателя в области минимума тока верхней рабочей частоты включена нагрузка из параллельно соединенных емкости и индуктивности.

При анализе уровня техники не обнаружен аналог с признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, выявлена совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому техническому результату. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Известно, см. Rothammel, К. Antennenbuch, 11. Uberarbaitete und erweiterte Auflage - Berlin: Militarverlag der DDR, 1989, с. 351, 159, 160, применение параллельно включенных индуктивности и емкости, образующих на определенных рабочих частотах заграждающие фильтры, для создания многочастотных антенн.

Однако в заявляемой антенне индуктивность и емкость не используются для создания заграждающего фильтра ни на одной из рабочих частот. Следовательно, заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из уровня техники и заявляемое устройство соответствует критерию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На фиг. 1 приведена схема антенны; на фиг.2 - распределение тока вдоль вибратора; на фиг.3 - зависимости от частоты вещественной и мнимой составляющих входного сопротивления для заявляемой антенны при использовании ее в качестве широкополосной; на фиг. 4 - зависимость КСВ заявляемой антенны и антенны-прототипа от частоты.

Предлагаемая антенна состоит из излучателя, установленного на проводящем экране 2 через изолятор 3. Между излучателем и центральным проводником фидера 4 включена индуктивная нагрузка 5. Внешний проводник фидера подключен к проводящему экрану. Нагрузка, состоящая из параллельно включенных емкости 6 и индуктивности 7, размещена на излучателе в области минимума тока верхней рабочей частоты.

На верхней рабочей частоте емкостная нагрузка, включенная в узле тока, практически не влияет на характер распределения тока вдоль вибратора (фиг. 2), поэтому антенна представляет собой излучатель типа 5/8 λ что определяет основной лепесток диаграммы направленности в плоскости Е, направленный параллельно плоскости проводящего экрана, и КНД в этом направлении, близкий к 8 dBi. Входное сопротивление антенны также соответствует антенне типа 5/8 λ. С уменьшением частоты емкостная нагрузка начинает влиять на входное сопротивление (фиг. 3) таким образом, что в диапазоне частот реактивная составляющая остается примерно равной 0, а активная - в интервале 40-90 Ом. Распределение тока в антенне при уменьшении частоты также показано на фиг.2. Диаграмма направленности при этом приближается по форме к диаграмме направленности несимметричного полуволнового вибратора. КНД в направлении максимального излучения (параллельно экрану) при уменьшении частоты плавно спадает до 6.5 dBi на нижней частоте диапазона.

Изменяя длину вибратора и величины емкостной 6 и индуктивной 7 нагрузок, можно устанавливать наиболее оптимальное в каждом конкретном случае соотношение полосы пропускания и неравномерности КСВ. Варьирование емкостной нагрузки, в основном, приводит к изменению ширины диапазона частот. Наилучшего согласования в этом диапазоне добиваются изменением индуктивной нагрузки и длины вибратора. При увеличении емкости 6 антенна становится двухчастотной за счет возрастания КСВ между частотами резонансов. При этом изменение емкости 6 вызывает сдвиг частоты второго резонанса, а частота f_в остается практически неизменной. Величина индуктивности 7 выбрана таким образом, что ее реактивное сопротивление в рассмотренной области частот значительно (в 5-10 раз) превышает реактивное сопротивление емкости 6. Благодаря этому индуктивность в этой области не влияет на работу антенны, но работает как удлиняющая для четвертьволнового резонанса на третьей, самой нижней, рабочей частоте. В свою очередь, емкость 6 не влияет на работу антенны на этой частоте, т. к. ее реактивное сопротивление много больше сопротивления индуктивности. Таким образом, в определенных пределах все три рабочие частоты можно изменять независимо.

Моделирование заявляемой антенны и антенны-прототипа проводилось для "тонких" (диаметр проводника составляет 0.0025 длины волны верхней рабочей частоты f_в) излучателей.

Зависимости КСВ от частоты при 50-омном согласовании для заявляемой антенны при использовании ее как широкополосной и антенны-прототипа представлены на фиг.4. Как следует из графиков, заявляемая антенна имеет полосу пропускания по уровню КСВ=2 в 5,15 раз больше, чем прототип.

Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с помощью описанных в заявке признаков и достижения указанного заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Антенна, состоящая из излучателя в виде проводника, установленного через изолятор на проводящем экране так, что внешний проводник питающего фидера соединен с проводящим экраном, а внутренний - через индуктивную нагрузку с проводником, длина которого обеспечивает в нем один минимум тока, отличающаяся тем, что с целью расширения рабочей полосы частот или обеспечения многочастотной работы с возможностью независимой установки рабочих частот, в разрыв излучателя в области минимума тока верхней рабочей частоты включена нагрузка из параллельно соединенных емкости и индуктивности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4