Согласующий симметрирующий трансформатор
Владельцы патента RU 2448383:
Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" (RU)
Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может использоваться в сверхширокополосных антеннах, работающих в диапазонах ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайне высоких (KBЧ) частот, в частности в спиральных и логопериодической вибраторной антеннах, где коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот достигает до 50. Согласующий симметрирующий трансформатор представляет собой микрополосковый вариант клинообразного трансформатора, который помещен в металлический экран и дополнен двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля. Отрезки субминиатюрного коаксиального кабеля экранами гальванически соединены между собой и с экраном трансформатора и включены своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и расположенными напротив них точками питания антенны. Применение в согласующем симметрирующем трансформаторе дополнительных экрана и отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля обеспечивает достижение технического результата - расширение рабочего диапазона частот сверхширокополосных антенн в область более высоких частот (СВЧ и КВЧ). 3 ил.
Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам и может использоваться в сверхширокополосных антеннах, работающих в диапазонах ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) и крайневысоких (КВЧ) частот.
Важнейшим элементом любой антенны является устройство питания - цепь, соединяющая излучающие элементы со стандартным фидером. Устройства питания должны обеспечивать минимальный коэффициент стоячей волны (КСВН) во всем рабочем диапазоне частот и переход от несимметричной линии питания к симметричной там, где это необходимо. В антеннах, имеющих симметричные излучающие структуры и симметричные точки питания, применяются согласующие симметрирующие трансформаторы различной конструкции. В диапазонах УВЧ и СВЧ широко используется согласующее симметрирующее устройство в виде плавного перехода от коаксиальной линии к двухпроводной - кососрезанный или клинообразный трансформатор (В.Рамзей. Частотно независимые антенны. Издательство «Мир», Москва, 1968 г., стр.20, 21. Сверхширокополосные антенны. Под редакцией Л.С.Бененсона. Издательство «Мир», Москва, 1964 г., стр.386).
Недостатком этого устройства является излучение в верхней части рабочего диапазона частот за счет возбуждения волн высших типов (А.Б.Горощеня. Проектирование широкополосных антенн. Учебное пособие. Омск, 1989 г., стр.83).
Известен и используется микрополосковый вариант клинообразного трансформатора (Карл Ротхаммель. Антенны. Том 1, ОМО «Наш город», 2001 г., стр.140). Однако при применении его в сверхширокополосных антеннах с ростом частоты начинает сказываться антенный эффект линии питания, что приводит к искажению диаграмм направленности антенн.
В статье Thorsten W.Herber и Glenn S. Smith «Analysis and Design of Two-Arm Conical Spiral Antennas» (IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPABILITY, VOL. 44, N 0.1, FEBRUARY 2002, стр.29) приведен схематичный рисунок устройства возбуждения конической спиральной антенны. Устройство состоит из симметрирующего трансформатора и соединенной с ним линии питания из двух электрически соединенных кабелей. Однако каких-либо сведений о влиянии такой линии питания на характеристики антенны и о возможности расширения рабочего диапазона частот в статье не приведено.
Целью изобретения является разработка согласующего симметрирующего трансформатора, способного обеспечить расширение рабочего диапазона частот сверхширокополосных антенн в область более высоких частот (СВЧ и KBЧ).
Указанная цель достигается за счет того, что согласующий симметрирующий трансформатор, выполненный в виде микрополоскового варианта клинообразного трансформатора, помещается в металлический экран и дополняется двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля, соединенными своими экранами между собой и с экраном трансформатора и включенными своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и точками питания антенны.
На рис.1 изображена конструкция трансформатора, где 1 - точки питания антенны, 2 - отрезки субминиатюрного коаксиального кабеля, 3 - металлический экран, 4 - микрополосковый вариант клинообразного трансформатора.
Согласующий симметрирующий трансформатор представляет собой микрополосковый вариант клинообразного трансформатора, который помещен в металлический экран и дополнен двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля. Отрезки субминиатюрного коаксиального кабеля экранами гальванически соединены между собой и с экраном трансформатора и включены своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и расположенными напротив них точками питания антенны.
Улучшение работы антенн в верхней части рабочего диапазона частот обусловлено тем, что согласующий симметрирующий трансформатор к точкам возбуждения антенн подходит в виде двухпроводной линии, у которой каждый из проводников заключен в металлический экран, а открытые участки центральных проводников имеют минимальную длину. Это исключает взаимодействие токов в излучающих элементах с токами трансформатора и снижает антенный эффект линии питания.
Влияние металлического экрана и дополнительных отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля иллюстрируют приведенные на рис.2 и 3 диаграммы направленности антенны, измеренные на одной и той же верхней частоте рабочего диапазона (диапазон КВЧ).
На рис.2 представлены диаграммы направленности антенны с согласующим симметрирующим трансформатором без дополнительных отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля и экрана. Видно, что антенна имеет изрезанные диаграммы направленности неудовлетворительной формы.
На рис.3 представлены диаграммы направленности антенны с согласующим симметрирующим трансформатором, дополненным двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля и экраном. Диаграммы направленности изрезанности практически не имеют, их форма монотонна и вполне удовлетворительна. Это означает, что антенна с введенными изменениями работоспособна в рабочем диапазоне, расширенном в область более высоких частот (СВЧ и КВЧ).
Таким образом, применение в согласующем симметрирующем трансформаторе дополнительных экрана и отрезков субминиатюрного коаксиального кабеля обеспечивает расширение рабочего диапазона частот сверхширокополосных антенн в область более высоких частот (СВЧ и КВЧ).
Предложенный согласующий симметрирующий трансформатор успешно использован в спиральных и логопериодической вибраторной антеннах, при этом коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот достигал 50.
Согласующий симметрирующий трансформатор, содержащий микрополосковый клинообразный трансформатор, отличающийся тем, что микрополосковый клинообразный трансформатор помещен в металлический экран, дополнен двумя отрезками субминиатюрного коаксиального кабеля, соединенными своими экранами между собой и с экраном трансформатора и включенными своими центральными проводниками между симметричными выходами трансформатора и точками питания антенны.
