Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством

Изобретение относится к антенной технике, а именно к малогабаритным перестраиваемым антеннам. Техническим результатом является увеличение максимальной мощности резонансной антенны и возможность перестроения ее рабочей частоты в широком диапазоне радиоволн и, как следствие, расширения функциональных возможностей использования приемопередающей аппаратуры. Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством, содержащая согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмоток и незамкнутого магнитопровода, излучающий вибратор в виде плоского или объемного проводящего тела, подключенный ко вторичной обмотке и расположенный в магнитном поле согласующего трансформатора, отличается тем, что согласующий трансформатор выполнен с изменяемым коэффициентом трансформации, таким образом, что вторичная катушка трансформатора имеет степень свободы относительно магнитопровода или первичной катушки и механизм ручного или автоматического перемещения магнитопровода и (или) катушек относительно друг друга и фиксации в выбранном положении. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритной приемопередающей технике для ведения радиосвязи, навигации и как отдельная антенна, предназначенная для установки на стационарных и подвижных объектах связи.

В настоящее время известно, что размеры эффективных современных антенн гектометрового и декаметрового диапазона радиоволн составляют десятки и сотни метров, что существенно уменьшает их использование в подвижной радиосвязи и увеличивает время стационарной установки антенн для осуществления радиосвязи, такие типы антенн сдерживают развитие и применение как самой гектометровой и декаметровой радиосвязи, так и конструкций приемопередающих устройств в области длинноволновой, средневолновой и коротковолновой радиосвязи. Этот диапазон радиоволн представляется наиболее привлекательным для осуществления дальней радиосвязи из-за особенностей распространения длинных, средних и коротких радиоволн в пространстве.

Известна конструкция малогабаритной ферритовой антенны с ферромагнитным стержнем и размещенными на нем приемными катушками (патент РФ №2344433).

Недостатком известной антенны является то, что ее можно использовать только в качестве приемной антенны, так как в режиме подачи радиосигнала на ферритовую антенну, ферромагнитный материал, насыщаясь, приводит к искажениям передающего сигнала.

Известна широкополосная несимметричная вибраторная антенна по патенту РФ №2324267, МПК H01Q 9/18, содержащая вертикальный вибратор, присоединенный к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, согласующее устройство, включающее первую и вторую индуктивности, катушку индуктивности, первый и второй резисторы, а также излучатель с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.

Указанная выше несимметричная вибраторная антенна обладает недостатком: высота вертикального прямоугольного вибратора составляет 0,038λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, что на частоте 1,5 МГц составляет 7,6 м. Учитывая плоскую прямоугольную конструкцию антенны, можно сделать выводы, что использование и применение данной конструкции в радиодиапазонах ДВ и СВ в передвижном варианте технически сложно, а в большинстве случаев - невозможно.

Известна антенна по патенту US 3267476 «VEHICLE-MOUNTED HALF WAVE ANTENNA WITH IMPEDANCE MATCHING TRANSFORMER». Эта антенна содержит вибратор в виде ID полуволнового штыря, согласующий трансформатор на незамкнутом магнитопроводе, вторичная обмотка которого подключена к штырю, а на первичную - подается питание. Однако эта антенна не обладает сверхмалогабаритными размерами. Подобная антенна может применяться в качестве мобильной только в диапазоне ультра коротких волн. Применение такой антенны в качестве мобильной в диапазоне коротких, средних и длинных волн невозможно в силу ее огромных размеров.

Предлагаемая антенна состоит из вибратора - излучающего элемента, представляющего 2D - плоское или 3D - объемное проводящее тело, имеющее электрическую емкость. Антенна имеет в своем составе согласующий трансформатор с изменяемым коэффициентом трансформации в виде первичной и вторичной обмоток и незамкнутого магнитопровода. Трансформатор расположен таким образом, чтобы магнитное поле трансформатора выходило за пределы трансформатора и охватывало близлежащие к нему элементы конструкции антенны, а именно объемный или выполненный в плоскости вибратор. Магнитное поле трансформатора - это достаточно быстро убывающее по своему значению поле, фактически сосредоточенное в пространстве, не превышающем нескольких единиц линейных размеров самого трансформатора, как правило, этот размер пространства менее 1% длины волны излучаемой антенной.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является антенна по патенту RU 2413344 «Вибраторная антенна». Эта антенна содержит вибратор в виде 2D или 3D проводящего тела, согласующий трансформатор на незамкнутом магнитопроводе, вторичная обмотка которого подключена к вибратору, а на первичную - подается питание. Эта антенна имеет очень малые габариты и может использоваться в мобильной радиосвязи, однако она обладает рядом недостатков, а именно:

- Имеет очень узкую полосу рабочих частот и не может перестраиваться в требуемом диапазоне частот;

- Сложно настраивается на требуемую фиксированную частоту при изготовлении, что затрудняет ее массовое производство;

- Подобная конструкция антенны может эффективно использоваться только для излучения сигналов портативных радиостанций небольшой мощности 1-5 Вт, поскольку при подаче сигнала большей мощности ферритовые стержни, из которых выполняется магнитопровод, входят в магнитное насыщение и нагреваются, что не позволяет использовать эти антенны для передачи мощностей в несколько десятков и сотен Ватт, что особенно требуется для связи на транспортных средствах.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в возможности перестроения рабочей частоты антенны в достаточно широком диапазоне, увеличении мощности передачи при сохранении ее малых габаритных размеров для расширения функциональных возможностей радиоаппаратуры для мобильных систем ДВ, СВ, КВ радиосвязи.

Указанный технический результат достигается тем, что в антенне, содержащей согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмотки, незамкнутого магнитопровода, а также вибратора в виде плоского или объемного проводящего тела, находящегося в магнитном поле трансформатора и подключенного к его вторичной обмотке, согласно заявляемому изобретению согласующий трансформатор выполнен с изменяемым коэффициентом трансформации, таким образом, что вторичная катушка трансформатора имеет степень свободы относительно магнитопровода или первичной катушки и механизм ручного или автоматического перемещения магнитопровода и (или) катушек.

Кроме того, согласно заявляемому изобретению, магнитопровод согласующего устройства антенны выполняется из смеси частиц ферромагнитного материала и немагнитного связующего вещества.

Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 эквивалентная электрическая схема антенны, на фиг.2 изображена конструктивная схема предлагаемой резонансной антенны, на фиг.3 представлена иллюстрация антенны в разрезе, на фиг.4 изображен ее внешний вид, на фиг.5 изображена мобильная антенна в разрезе, выполненная в корпусе автомобильного бокса, для размещения на крыше автомобиля.

Антенна на фиг.3 и 4 состоит из вибратора и трансформатора. Вибратор 1 любой формы 2D или 3D, например, на фиг.2 цилиндр, который может быть выполнен из любого электрически проводящего материала. В случае автомобильного варианта антенны вибратором может быть расположенные на стенке бокса плоские проводящие элементы из фольги, фиг.4. Трансформатор выполнен на незамкнутом магнитопроводе 2 и содержит катушки индуктивности в виде первичной 3 и вторичной 4 обмоток этого трансформатора на каркасе 6. Вибратор 1, выполненный из фольги, размещенной на каркасе 6, электрически присоединен к вторичной обмотке 4 трансформатора и находится в магнитном поле трансформатора. Питание антенны осуществляется через контакты А и В первичной обмотки трансформатора 3 стандартным образом от кабеля или непосредственно от антенного разъема радиопередающего устройства через любое соединительное устройство 5. Второй контакт вторичной обмотки трансформатора С на фиг.1 подсоединяется к общему проводу либо к контакту первичной обмотки.

Изменяемый коэффициент трансформации согласующего трансформатора обеспечивается подвижным магнитопроводом. Механизм ручного перемещения и фиксации магнитопровода относительно вторичной катушки выполнен в виде настроечной ручки 7, которая может перемещаться вверх и вниз вдоль корпуса антенны 8 и к которой крепится магнитопровод. На корпусе антенны может быть нанесена шкала диапазона частот 9, а местоположение настроечной ручки указывает текущую частоту настройки резонансной антенны. Настроечная ручка плотно прилегает к корпусу антенны и фиксируется в выбранном положении с помощью сил трения и защелки 10.

Конструкция механизма перемещения и фиксации магнитопровода или катушек может быть выполнена различными способами, в том числе и в автоматическом варианте исполнения, например с помощью двигателя линейного перемещения, расположенного в антенне на оси магнитопровода.

Антенна с согласующим устройством работает следующим образом.

При подаче сигнала с соединительного устройства 5 на первичную обмотку 3 трансформатора в ней возникает магнитное поле, которое индуцирует магнитное поле во вторичной катушке 4 и незамкнутом магнитопроводе 2. Вокруг трансформатора возникает магнитное поле, вектор магнитной индукции которого направлен вдоль магнитопровода. Электрическое поле, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно поверхности вибратора 1, возникает из-за подачи на него высокого напряжения со вторичной повышающей обмотки 4 трансформатора, который электрически соединен с вибратором 1. Исходя из того что поверхность вибратора 1 находится в зоне действия магнитного поля трансформатора, так что угол между вектором магнитной индукции и вектором напряженности электрического поля, возникающего на вибраторе, близок к 90°, то вблизи вибратора возникают условия, достаточные для формирования радиоволн. Магнитопровод сделан подвижным вдоль оси вторичной катушки. Поскольку данная антенна резонансная и представляет собой открытый колебательный контур, то изменение положения магнитопровода вдоль оси вторичной обмотки меняет индуктивность этого контура и перестраивает антенну на другую частоту. Это позволяет перестраивать частоту антенны в диапазоне 10-20% при КСВ не более 1,2.

Для увеличения мощности излучаемого сигнала при сохранении габаритных размеров антенн используют композитный магнитопровод.

Известны различные магнитопроводы для согласующих устройств. Все они выполняются из ферромагнитных материалов - ферритов, трансформаторной стали, фольги аморфного железа. Использование ферритовых магнитопроводов, обладающих хорошими частотными характеристиками в согласующем устройстве малогабаритных антенн, при подаче большой мощности сигнала в условиях резонанса приводит к магнитному насыщению ферромагнитного материала, нагреванию и потерям.

Технический результат изобретения заключается в том, что магнитопровод представляет собой не цельный магнитный материал, а изготавливается из смеси частиц магнитного материала и немагнитного связующего вещества, например полимерного клея и ферритового порошка, что приводит к тому, что насыщение магнитного материала достигается при больших мощностях сигнала, подаваемого в антенну.

Данное изобретение существенно расширяет диапазон рабочих частот, дает значительное увеличение мощности излучения для малогабаритных резонансных антенн и упрощает настройку антенн при их промышленном изготовлении.

1. Антенна с согласующим устройством, содержащая согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмоток и незамкнутого магнитопровода, излучающий вибратор в виде плоского или объемного проводящего тела, подключенный ко вторичной обмотке и расположенный в магнитном поле согласующего трансформатора, отличающаяся тем, что согласующий трансформатор выполнен с изменяемым коэффициентом трансформации таким образом, что вторичная катушка трансформатора имеет степень свободы относительно магнитопровода или первичной катушки и механизм ручного или автоматического перемещения магнитонровода и (или) катушек относительно друг друга и фиксации в выбранном положении.

2. Антенна с согласующим устройством, содержащая согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмоток и незамкнутого магнитопровода, излучающий вибратор в виде плоского или объемного проводящего тела, подключенный ко вторичной обмотке и расположенный в магнитном поле согласующего трансформатора, отличающаяся тем, что магнитопровод выполнен из смеси частиц ферромагнитного материала и немагнитного связующего вещества.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что магнитопровод выполнен из смеси частиц ферромагнитного материала и немагнитного связующего вещества.