Турникетная антенна с малогабаритным квадратурным делителем мощности

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в качестве турникетной антенны с горизонтальной поляризацией поля излучения и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого антенна содержит четыре реактивные нагрузки, причем первая реактивная нагрузка подключена между левым плечом первого излучателя и левым плечом второго излучателя, вторая реактивная нагрузка подключена между левым плечом второго излучателя и правым плечом первого излучателя, третья реактивная нагрузка подключена между левым плечом первого излучателя и правым плечом второго излучателя, четвертая реактивная нагрузка подключена между правым плечом первого и правым плечом второго излучателей. В результате расширения функциональных возможностей осуществлено на основе применения перекрестных симметричных излучателей, обладающих существенно уменьшенными размерами квадратурного делителя мощности за счет выполнения его в виде элементов с сосредоточенными параметрами, подключенными по мостовой схеме. 4 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в качестве турникетной антенны с горизонтальной поляризацией поля излучения и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.

Уровень техники

В данной области техники хорошо известны антенны, имеющие конфигурацию двух перекрестных симметричных излучателей - «турникета».

Для создания круговой диаграммы направленности излучатели должны быть подключены к общему питающему фидеру так, чтобы протекающие в них токи имели одинаковые амплитуды и взаимный фазовый сдвиг, равный 90 градусов. Таким образом, любая турникетная антенна включает в себя квадратурный делитель мощности (КДМ) устройство, обеспечивающее деление подводимой мощности на два канала и создающее фазовый сдвиг в одном из каналов. В известных турникетных антеннах КДМ представляют собой связанные между собой линии с ТЕМ волной. Такой КДМ показан в книге [1] на рисунке 25.20 с. 119. Квадратурный фазовый сдвиг здесь обеспечивается при помощи четвертьволнового отрезка линии. Кроме того, для согласования с кабелем со стандартным волновым сопротивлением изображенная здесь турникетная антенна должна быть дополнена трансформатором волновых сопротивлений. Длина этого трансформатора, выполненного на двухпроводной линии, не может быть менее четверти длинны волны. В патенте [2] предложено осуществлять согласование при помощи отрезка линии, включенного параллельно в основную питающую линию на определенном расстоянии от излучателей. Эти отрезки линии общей длиной не менее длины волны определяют габаритные размеры КДМ и всей турникетной антенны.

Краткое описание чертежей

Дальнейшее описание поясняется с помощью следующих фигур.

Фигура 1 - Обобщенная электрическая схема турникетной антенны с малогабаритным квадратурным делителем мощности.

Фигура 2 - Частный простейший вариант турникетной антенны с малогабаритным квадратурным делителем мощности.

Фигура 3 - Пример конструкции турникетной антенны с малогабаритным квадратурным делителем мощности.

Раскрытие изобретения

Основной технической задачей предложенного решения является создание турникетной антенны, преимущественно метрового диапазона длин волн, обладающей существенно уменьшенными размерами квадратурного делителя мощности.

Осуществление изобретения

Основная техническая задача решается тем, что в отличие от известных турникетных антенн предлагаемая антенна не содержит отрезков линий. КДМ предлагаемой турникетной антенны выполнен на элементах со сосредоточенными параметрами.

На фиг. 1 изображена обобщенная схема предлагаемой турникетной антенны. Турникетная антенна содержит пару симметричных перекрестных электрических излучателей А1 и А2, пару реактивных нагрузок Z11 и Z12 c сопротивлением jX₁ и пару реактивных нагрузок Z21 и Z22 с сопротивлением jX₂. Из анализа схемы следует, что при Х₁=-Х₂ токи в вибраторах связаны соотношением . Т.е. находятся в квадратуре. При этом входное сопротивление турникетной антенны определяется как

где - входное сопротивление каждого из диполей, зависящее от их длины.

Входное сопротивление турникетной антенны окажется чисто активным, если выбрать реактивные нагрузки таким образом, чтобы

Тогда Z_Σ=R_Σ=R_d/2. Для обеспечения согласования турникетной антенны с питающим фидером длина диполей должна быть выбрана такой, чтобы значение активной составляющей их входного сопротивления была равно удвоенному значению волнового сопротивления питающего фидера R_d=2W₀. При волновом сопротивлении фидера W₀=50 Ом активная составляющая входного сопротивления диполей должна быть равной 100 Ом. Такое сопротивление имеет тонкий симметричный прямолинейный диполь длиной, равной 0,507 длины волны. Реактивная составляющая входного сопротивления этого диполя имеет значение X_d=77,5 Ом. В соответствии с соотношением (1) реактивные нагрузки должны быть выбраны таким образом, чтобы Х₁=61,3 Ом.

В простейшем случае реактивные нагрузки представляют собой конденсаторы и катушки индуктивности, как это показано на фиг. 2. Значения емкостей конденсаторов С1 и С2 равны

где ƒ - рабочая частота антенны. Значения индуктивностей катушек L1 и L2 составляют

На фиг. 3 изображена турникетная антенна III телевизионного диапазона (от 174 до 230 МГц), реализующая предлагаемое техническое решение. Турникетная антенна содержит печатную плату, выполненную из фольгированного фторопласта толщиной 1 мм, на которой установлены два перекрестных электрических излучателя А1 и А2, катушки индуктивности L1 и L2 и радиочастотный соединитель типа SMA 4. Конденсаторы С1 и С2, показанные на фиг. 2, здесь выполнены конструкционно в виде участков фольги на противоположных сторонах печатной платы Р.

Литература

1. Карл Ротхаммель. Антенны. Издание одиннадцатое. «Данвел», Москва, 2005. С. 119.

2. Патент US 2,086,976 G.H. Brown, 13 июля 1937.

Турникетная антенна, состоящая из двух перекрестных электрических излучателей, отличающаяся тем, что содержит четыре реактивные нагрузки, причем первая реактивная нагрузка подключена между левым плечом первого излучателя и левым плечом второго излучателя, вторая реактивная нагрузка подключена между левым плечом второго излучателя и правым плечом первого излучателя, третья реактивная нагрузка подключена между левым плечом первого излучателя и правым плечом второго излучателя, четвертая реактивная нагрузка подключена между правым плечом первого и правым плечом второго излучателей.