Дипольная антенна
Владельцы патента RU 2557485:
Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского союза Н.Г. Кузнецова" (RU)
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве антенны для излучения высокочастотного электромагнитного поля коротковолнового диапазона. Технический результат состоит в снижении потери энергии в ближней зоне излучения антенны на формирование поля в этой среде. Для этого предложена вертикально стоящая симметричная дипольная антенна KB диапазона, у которой регулируется фаза магнитной составляющей излучаемого поля и величина электрической составляющей этого поля таким образом, что отношение напряженности электрического поля к напряженности магнитного становится равным волновому сопротивлению среды распространения. 1 ил.
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве антенны для излучения высокочастотного электромагнитного поля коротковолнового (KB) диапазона.
Недостатком существующих антенн является затрата части излученной энергии на формирование структуры поля, присущее данной среде распространения (в частности - в атмосфере), поскольку в ближней зоне излучения, на расстояниях менее длины волны рабочей частоты, структура поля определяется конкретными особенностями конструкции антенн. Здесь под структурой поля понимается синфазность электрической «Е» и магнитной «Н» напряженностей поля и их отношения Е/Н, равного 120 π в атмосфере.
Известны антенны, улучшающие указанную характеристику антенн, например патент US 3618107 от 02.11.1971, патент GB 2208042 от 15.02.1989, патент РФ 2247449 от 26.03.2003.
Известна дипольная антенна, патент US 6956535 (прототип). Дипольная антенна, содержащая два дипольных элемента в виде металлических цилиндров, расположенных вертикально с зазором между ними, и дроссель настройки фазы, при этом нижний конец верхнего дипольного элемента через дроссель настройки фазы соединен с центральной жилой коаксиального кабеля, а верхний конец нижнего дипольного элемента соединен с общей шиной коаксиального кабеля, позволяющая обеспечить синфазность Е и Н составляющих излученного поля в ближней зоне, обладающая улучшенными характеристиками в части широкополосности, габаритов и КПД. Сопротивление излучения этой антенны в рабочей полосе частот является активным и равным 120 Ом, что соответствует отношению Е/Н вблизи антенны.
Недостатком как аналогов, так и прототипа является то, что они не обеспечивают отношение Е/Н=120π(377) Ом, являющееся волновым сопротивлением среды распространения - атмосферы (Куликовский А.А. Справочник по радиоэлектронике. T1. М.: Энергия, 1967).
При расчете эквивалентного коэффициента бегущей волны (КБВ), для случая активного сопротивления нагрузки (Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Ч.1. М.: Энергия, 1970), определяемого соотношением сопротивления поля в ближней зоне к волновому сопротивлению среды распространения, имеем КБВ=120/120π=1/π≈0,318.
Неравенство КБВ единице говорит о том, что часть излученной энергии будет затрачена на преобразование поля, сформированного антенной в ближней зоне (Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1971), с соотношением Е/Н = 120 Ом в поле с соотношением Е/Н=120π Ом.
Целью изобретения является повышение эффективности антенны за счет снижения энергетических затрат на преобразование структуры поля в ближней зоне.
Поставленная цель достигается тем, что в дипольную антенну, содержащую два дипольных элемента в виде металлических цилиндров, расположенных вертикально с зазором между ними, и дроссель настройки фазы, при этом нижний конец верхнего дипольного элемента через дроссель настройки фазы соединен с центральной жилой коаксиального кабеля, а верхний конец нижнего дипольного элемента соединен с общей шиной коаксиального кабеля, введены две проводящие пластины, соответствующие диаметрам цилиндров дипольных элементов и крепящиеся в области зазора между дипольными элементами изолированно от них, и высокочастотный трансформатор с тремя обмотками, из них 3-я обмотка имеет переключаемые контакты для изменения коэффициента трансформации, причем 1-й конец первичной обмотки соединен с центральной жилой коаксиального кабеля, а 2-й конец первичной обмотки соединен с общей шиной коаксиального кабеля, 1-й конец второй обмотки соединен с 1-м концом дросселя настройки фазы, 2-й конец дросселя настройки фазы соединен с нижним концом верхнего дипольного элемента, а 2-й конец второй обмотки соединен с верхним концом нижнего дипольного элемента, 1-й переключаемый конец третьей обмотки трансформатора соединен с верхней проводящей пластиной, а 2-й конец третьей обмотки соединен с нижней проводящей пластиной.
Блок-схема дипольной антенны приведена на Фиг.
Обозначения принятые, на Фиг., следующие:
1 - коаксиальный кабель;
2 - высокочастотный трансформатор;
3 - дроссель фазовой настройки;
4 - цилиндрический дипольный элемент;
5 - проводящая пластина.
Работа дипольной антенны осуществляется следующим образом. Высокочастотный сигнал по коаксиальному кабелю подается на первую обмотку трансформатора и со 2-й обмотки с постоянным коэффициентом трансформации сигнал в противофазе подается на дипольные элементы со стороны зазора между ними. При этом на верхний дипольный элемент сигнал подается через дроссель фазовой настройки.
Дроссель фазовой настройки обеспечивает изменение фазы магнитной составляющей излучаемого цилиндрическими дипольными элементами поля таким образом, что магнитная составляющая «Н» излучается в фазе с электрической составляющей «Е», как и при распространении в дальней зоне. Уровень электрической составляющей «Е», излучаемого данной антенной поля, определяется главным образом полем, образуемым в прототипе в зазоре между цилиндрическими дипольными элементами противофазными потенциалами подаваемого на дипольные элементы (Введение в ЕН антенны. Ted Hart CEO, EH Antenna Systems, LLC, www.eh-antenna.com).
В предложенном здесь техническом решении уровень электрической составляющей «Е» определяется главным образом полем, образуемым в зазоре между вновь введенными проводящими пластинами, уровень разности потенциалов между которыми регулируется изменением коэффициента трансформации таким образом, чтобы соотношение Е/Н было равно 120 π, т.е. соответствовало волновому сопротивлению среды распространения. В этом случае эквивалентный КБВ будет равен 1, а энергетические затраты на трансформацию поля в ближней зоне будут минимизированы.
Дипольная антенна, содержащая два дипольных элемента в виде металлических цилиндров, расположенных вертикально с зазором между ними, и дроссель настройки фазы, при этом нижний конец верхнего дипольного элемента через дроссель настройки фазы соединен с центральной жилой коаксиального кабеля, а верхний конец нижнего дипольного элемента соединен с общей шиной коаксиального кабеля, отличающаяся тем, что введены две проводящие пластины, соответствующие диаметрам цилиндров дипольных элементов и крепящиеся в области зазора между дипольными элементами изолированно от них, и высокочастотный трансформатор с тремя обмотками, из них 3-я обмотка имеет переключаемые контакты для изменения коэффициента трансформации, причем первый конец первичной обмотки соединен с центральной жилой коаксиального кабеля, а второй конец первичной обмотки соединен с общей шиной коаксиального кабеля, первый конец второй обмотки соединен с первым концом дросселя настройки фазы, второй конец дросселя настройки фазы соединен с нижним концом верхнего дипольного элемента, а второй конец второй обмотки соединен с верхним концом нижнего дипольного элемента, первый переключаемый конец третьей обмотки трансформатора соединен с верхней проводящей пластиной, а второй конец третьей обмотки соединен с нижней проводящей пластиной.
