Емкостная двухрезонансная укв антенна
Владельцы патента RU 2700332:
Акционерное общество Научно-производственное предприятие "Авиационная и Морская Электроника" (RU)
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании приемо-передающих антенных устройств для аппаратуры радиосвязи УКВ диапазона частот. Антенна содержит два развернутых в пространстве емкостных элемента, образованных тремя токопроводящими поверхностями, одна из которых является общей и заземлена, две катушки индуктивности, каждая из которых соединена со своим емкостным элементом так, что образуется система из двух связанных колебательных контуров, настроенная на разные рабочие частоты, и согласующее устройство, два выхода которого подключены к разным катушкам индуктивности, а вход соединен с фидерной линией. При этом в каждую катушку индуктивности введены диэлектрическая гайка с резьбой и резьбовой диэлектрический сердечник с короткозамкнутым медным кольцом по окружности сердечника, которое при вращении сердечника перемещается внутри катушки, что приводит к плавному изменению ее индуктивности и позволяет производить точную подстройку резонансных частот антенных контуров в необходимых пределах. Технический результат заключается в обеспечении постоянства конструктивно заданных рабочих частот емкостной двухрезонансной УКВ антенны при установке ее на объекте постоянной эксплуатации путем создания возможности их оперативной подстройки. 2 ил.
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании приемо-передающих емкостных антенных устройств для мобильной аппаратуры радиосвязи УКВ диапазона частот.
Известными аналогами являются антенна малогабаритная емкостная с согласующей катушкой индуктивности (см. патент на изобретение РФ №2470424, М. кл. H01Q 9/04, опубл. 20.12.2012 г.), а также антенна емкостная двухрезонансная для УКВ диапазона частот (см. патент на изобретение РФ №2610387, М. кл. H01Q 9/04, опубл. 09.02.2017 г.), выбранная в качестве прототипа, содержащая три токопроводящих поверхности, две катушки индуктивности и согласующее устройство.
В данном прототипе две токопроводящие поверхности совместно с третьей общей заземленной токопроводящей поверхностью образуют два развернутых в пространстве емкостных элемента, каждый из которых соединен последовательно с соответствующей катушкой индуктивности. При этом образуется система из двух связанных колебательных контуров (антенных контуров), которые могут быть настроены на разные частоты в зависимости от частоты излучаемого (принимаемого) электромагнитного сигнала. Таким образом, рабочими частотами антенны являются резонансные частоты антенных контуров, которые задаются конструктивно и определяются величинами их индуктивности и емкости.
где Fp - резонансная частота антенного контура;
L, C - индуктивность и емкость антенного контура соответственно.
При установке такой антенны на объект постоянной эксплуатации в антенные контуры дополнительно могут привноситься паразитные емкости, обусловленные влиянием окружающих предметов и подстилающей поверхности, что в соответствии с (1) может приводить к расстройке связанных контуров и изменению конструктивно заданных рабочих частот антенны. Несоответствие частоты подводимого сигнала резонансной частоте антенного контура приведет к существенному снижению КПД антенны в излучении и, как следствие, к сокращению дальности радиосвязи. Поэтому при первичной установке антенны на объекте постоянной эксплуатации возникает необходимость оперативной подстройки ее резонансных частот.
Как следует из (1) резонансную частоту колебательного контура можно изменять подбором емкости или индуктивности. Однако величина емкости жестко задана конструктивным исполнением емкостных элементов, а катушка индуктивности антенного контура на частотах УКВ диапазона имеет всего несколько витков, что не позволяет применить для перестройки индуктивности общеизвестные в радиотехнике способы и устройства.
Так, например, введение ферромагнитного сердечника в катушку с малым количеством витков будет приводить к недопустимо резкому изменению общей индуктивности и, как следствие, к невозможности обеспечить тонкую подстройку резонансной частоты контура в ограниченном частотном интервале. Кроме того, на высокой частоте в режиме излучения в сердечнике будут возникать значительные потери.
Построение катушки переменной индуктивности по принципу вариометра не оправдано по причине сложности и «громоздкости» конструкции по сравнению с размерами самой антенны.
Применение согласующей катушки индуктивности, описанной в патенте на изобретение РФ №2470424, не приводит к достижению технического результата, поскольку она позволяет изменять лишь входной импеданс антенны и практически не влияет на резонансную частоту антенного контура.
Техническим результатом изобретения является обеспечение постоянства конструктивно заданных рабочих частот емкостной двухрезонансной УКВ антенны при установке ее на объекте постоянной эксплуатации путем создания возможности их оперативной подстройки.
Технический результат может быть реализован в емкостной двухрезонансной УКВ антенне, содержащей два развернутых в пространстве емкостных элемента, образованных тремя токопроводящими поверхностями, одна из которых является общей и заземлена, две катушки индуктивности, каждая из которых соединена со своим емкостным элементом так, что образуется система из двух связанных колебательных контуров, настроенных на разные рабочие частоты, и согласующее устройство, два выхода которого подключены к разным катушкам индуктивности, а вход соединен с фидерной линией.
Технический результат достигается тем, что в каждую катушку индуктивности введены диэлектрическая гайка с резьбой и резьбовой диэлектрический сердечник с короткозамкнутым медным кольцом по окружности сердечника, которое при вращении сердечника перемещается внутри катушки, что приводит к плавному изменению ее индуктивности и позволяет производить точную подстройку резонансных частот антенных контуров в необходимых пределах.
Электрическая схема предлагаемой антенны и пример конструктивного исполнения элементов подстройки приведены на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 показаны:
1.1, 1.2, 1.3 - токопроводящие поверхности емкостных элементов;
2.1, 2.2 - катушки индуктивности с элементами подстройки;
3 - согласующее устройство.
На фиг. 2 показано конструктивное исполнение элементов подстройки, установленных в катушках индуктивности 2.1 и 2.2 (см. фиг. 1):
2.3, 2.4 - резьбовые сердечники;
2.5, 2.6 - медные кольца;
2.7, 2.8 - диэлектрические гайки.
Работа заявляемой антенны с элементами подстройки ее рабочей частоты осуществляется следующим образом.
В режиме излучения от передатчика по фидерной линии к антенне через согласующее устройство 3 (см. фиг. 1) подводится напряжение сигнала той или иной высокой частоты. Резонанс возникает в том антенном контуре, частота настройки которого совпадает с частотой подводимого сигнала. При этом между развернутыми в пространстве токопроводящими поверхностями 1.1 и 1.2 или 1.3 и 1.2 (см. фиг. 1) емкостного элемента соответствующего антенного контура возникает переменное напряжение высокой частоты, в Q раз превышающее по величине входное напряжение (Q - добротность антенного контура). Высокочастотное электрическое поле, действующее между токопроводящими поверхностями, индуцирует в окружающем пространстве токи смещения, циркуляция которых приводит к возникновению электромагнитного излучения.
В режиме подстройки частоты производится вращение резьбового сердечника 2.3 или 2.4 (см. фиг. 2), в результате чего происходит линейное перемещение короткозамкнутого медного кольца 2.5 или 2.6 (см. фиг. 2) внутри катушки индуктивности 2.1 или 2.2 (см. фиг. 2) соответственно. Взаимодействие магнитного поля катушки индуктивности и магнитного поля, обусловленного наведенной в короткозамкнутом медном кольце 2.5 или 2.6 ЭДС, приводит к изменению индуктивности катушки 2.1 или 2.2, а перемещение медного кольца 2.5 или 2.6 - к плавному изменению рабочей частоты антенны.
Промышленная применимость устройства достигается тем, что для его изготовления могут быть использованы широко распространенные материалы и технологии. Резьбовые сердечники (2.3, 2.4) и диэлектрические гайки (2.7, 2.8) могут быть изготовлены из любого диэлектрического материала (эбонит, стеклотекстолит, АБС пластик и др.) путем токарной обработки. Медное кольцо (2.5, 2.6) может быть изготовлено из тонкой листовой меди марок М, П или Т путем пайки.
Емкостная двухрезонансная УКВ антенна, содержащая три токопроводящие поверхности, одна из которых заземлена, а две другие образуют попарно с ней два развернутых в пространстве емкостных элемента, две катушки индуктивности, один вывод каждой катушки подключен к одной из двух токопроводящих поверхностей, и согласующее устройство, выходы которого подключены ко вторым выводам катушек индуктивности, при этом один вывод согласующего устройства заземлен, а вход подключен к центральному проводнику фидерной линии, отличающаяся тем, что в каждую катушку индуктивности введены диэлектрическая гайка с резьбой и резьбовой диэлектрический сердечник с короткозамкнутым медным кольцом по окружности сердечника.
