Вибраторная антенна с емкостной нагрузкой
Владельцы патента RU 2523959:
Открытое акционерное общество "Омский Научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") (RU)
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для построения малогабаритных приемопередающих антенн в комплексах подвижной связи, работающих в интересах пеших, мобильных и стационарных абонентов. Технический результат - повышение эффективности излучения антенны. Вибраторная антенна содержит вибратор, согласующее устройство, емкостную нагрузку и противовес, а согласующее устройство выполнено в виде двух отдельных элементов - удлиняющей катушки и трансформатора, каждый из которых выполнен на своем отдельном замкнутом сердечнике магнитопровода. 2 ил.
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для построения малогабаритных приемопередающих антенн в комплексах подвижной связи, работающих в интересах пеших, мобильных и стационарных абонентов.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является малогабаритная вибраторная антенна [1], содержащая вибратор и согласующее устройство, включающее индуктивности.
Указанная выше вибраторная антенна обладает следующими существенными недостатками:
- отсутствие емкостной нагрузи при существенно малом относительно длины волны вибраторе приводит к необходимости компенсации в согласующем устройстве достаточно большой емкостной составляющей полного сопротивления антенны, соответственно, растет номинал требуемой индуктивности, а вместе с ним и потери в согласующем устройстве;
- отсутствие в явном виде противовеса приводит к тому, что в их роли выступает фидер вместе с оборудованием, к которому подключена антенна, соответственно, при любом изменении состава оборудования и/или его положения относительно друг друга и любых окружающих его проводящих ток предметов требуется подстройка согласующего устройства;
- совмещение удлиняющей катушки и трансформатора в едином элементе, выполненном на одном сердечнике магнитопровода, затрудняет процесс настройки антенны, т.к. при изменении числа витков изменяется как коэффициент трансформации трансформатора, так и индуктивность удлиняющей катушки.
Задача изобретения - повышение эффективности излучения антенны.
Поставленная задача достигается тем, что в вибраторную антенну, содержащую вибратор и согласующее устройство, согласно изобретению дополнительно включена емкостная нагрузка и противовес, а согласующее устройство выполнено в виде двух отдельных элементов - удлиняющей катушки и трансформатора, каждый из которых выполнен на своем отдельном замкнутом сердечнике магнитопровода.
Достигаемый технический результат заявленного изобретения заключается в повышении коэффициента полезного действия малогабаритной вибраторной антенны при сохранении мобильности абонента, при этом упрощаются процедуры настройки антенны.
Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия «промышленная применимость».
На фиг.1 представлена конструктивная схема предлагаемой вибраторной антенны, а на фиг.2 - эквивалентная электрическая схема антенны.
Вибраторная антенна с емкостной нагрузкой состоит из вибратора с емкостной нагрузкой, согласующего устройства на основе удлиняющей катушки и трансформатора, и противовеса. Емкостная нагрузка 1 может быть выполнена из любого электрически проводящего материала в форме, обеспечивающей максимальную емкость относительно противовеса в рабочем положении и малые габариты в транспортном положении, например, в форме спиц, зонтика или веера. Емкостная нагрузка 1 электрически соединяется с вибратором 2. Вибратор 2 может быть выполнен из любого электрически проводящего материала в произвольной форме, обеспечивающей достаточную конструктивную прочность, например, в форме цилиндра. Чем больше поверхность вибратора, тем в большей степени его можно укоротить при сохранении эффективности антенны. Вибратор 2 электрически соединен с одним концом удлиняющей катушки 3, выполненной на замкнутом сердечнике магнитопровода. Размер сердечника, материал сердечника и материал обмотки катушки должны обеспечивать требуемую добротность удлиняющей катушки. Для работы в нижней части KB диапазона и в диапазоне промежуточных волн (1,5…3МГц) рекомендуется использовать в качестве магнитопровода материалы с магнитной проницаемостью порядка десятков и сотен единиц. При работе в диапазоне промежуточных волн обмотку рекомендуется выполнять из провода типа литцендрат. Второй конец удлиняющей катушки 3 электрически соединен с одним концом вторичной обмотки трансформатора 4, выполненного на замкнутом сердечнике магнитопровода. Второй конец вторичной обмотки трансформатора 4 электрически соединен с противовесом 5. Противовес 5 может быть выполнен в виде единичного проводника или системы проводников. В качестве противовеса также могут использоваться проводящие плоскости, например, крыша автомобиля. Питание антенны осуществляется через первичную обмотку трансформатора 4.
Вибраторная антенна с емкостной нагрузкой работает следующим образом. Полное сопротивление электрически малой антенны, образуемой вибратором 2 с емкостной нагрузкой 1 и противовесом 5, состоит из сопротивления излучения, сопротивления потерь и реактивного сопротивления, носящего емкостной характер. Емкостная нагрузка 1 способствует более равномерному распределению тока по вибратору 2, уменьшая емкостную составляющую в полном сопротивлении электрически малой антенны. Сопротивление излучения будет тем больше, чем ближе длина вибратора к четверти длины волны. Сопротивление потерь будет тем меньше, чем меньше омическое сопротивление вибратора 2 на используемой радиочастоте, и чем ближе противовес 5 к идеально-проводящей бесконечной плоскости. Индуктивность удлиняющей катушки 3 компенсирует емкостную составляющую в полном сопротивлении электрически малой антенны, внося дополнительно потери, состоящие из потерь на омическом сопротивлении обмотки и потерь в сердечнике. Трансформатор 4 трансформирует суммарное активное сопротивление, состоящее из сопротивления излучения электрически малой антенны, сопротивления потерь в электрически малой антенне и сопротивления потерь в удлиняющей катушке 3, в номинальное сопротивление приемника, передатчика или приемопередатчика, используемого совместно с антенной. Использование замкнутых сердечников магнитопровода позволяет существенно уменьшить влияние окружающих предметов, обладающих отличной от единицы магнитной проницаемостью, на удлиняющую катушку и трансформатор, при этом разделение функций согласующего устройства между двумя независимыми элементами - удлиняющей катушкой и трансформатором - упрощает настройку антенны. Таким образом, линейные размеры антенны могут быть существенно уменьшены по сравнению с полноразмерными четвертьволновыми вибраторными антеннами, но при этом сохранение эффективности антенны потребует увеличения добротности согласующего устройства, соответственно, произойдет сужение полосы пропускания антенны.
Данное изобретение обеспечивает существенное сокращение габаритных размеров антенн при сохранении приемлемой эффективности, что позволяет использовать такие антенны для обеспечения связью мобильных абонентов не только в диапазоне УКВ, но и в диапазонах КБ и ПВ/КВ. Построение антенн для более длинных волн, в т.ч. СВ и ДВ, на основе предлагаемого изобретения также возможно, но при сохранении приемлемых для мобильных абонентов габаритов эффективность антенн, либо полоса пропускания будет не достаточной для большей части практических случаев.
Источники информации
1. Патент РФ №2413344, МПК H01Q 9/18, опубл. 2012 г.
Вибраторная антенна, содержащая вибратор и согласующее устройство, отличается тем, что в состав вибраторной антенны дополнительно включена емкостная нагрузка и противовес, а согласующее устройство выполнено в виде двух отдельных элементов - удлиняющей катушки и трансформатора, каждый из которых выполнен на своем отдельном замкнутом сердечнике магнитопровода.
