АНТЕННА УКВ ДИАПАЗОНА

Настоящая полезная модель относится к области радиосвязи и может быть использована на судах, кораблях, подвижных и стационарных объектах в качестве антенны для излучения и приема радиосигналов в УКВ-диапазоне.
Наиболее близкой по своей технической сущности является антенна УКВ-диапазона К-674-11Б ОАО «Радиосвязь», использующая патент РФ №2042991 от 13.10.1992 г. (антенна-прототип). Антенна-прототип содержит верхний и нижний коллинеарные стержни, соосную с ними цилиндрическую спираль, диэлектрический цилиндр, катушку индуктивности, согласующий блок и проводящую трубу, выполненную из нижнего, среднего и верхнего отрезков.
Антенна-прототип имеет следующие параметры:
- диапазон использования - 100-150 МГц и 220-400 МГц;
- коэффициент стоячей волны КСВн не более 2,5;
- диаграмма направленности по азимуту - круговая;
- диаграмма в вертикальной плоскости - симметричный вибратор, с отсутствием излучения (приема) по оси антенны. Поляризация вертикальная.
К недостаткам антенны-прототипа можно отнести: сложность конструкции, большое количество деталей - коллинеарные стержни, цилиндрическая спираль, проводящая труба, выполненная из нижнего, среднего и верхнего отрезков, катушка индуктивности и согласующий блок.
При размещении антенны в реальных условиях, например, на корабле на реях или кронштейнах диаграмма направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях существенно хуже, чем при расположении на плоской проводящей поверхности.
Антенна-прототип принимает только вертикально поляризованные волны, тогда как для связи с высоколетящими летательными аппаратами и искусственными спутниками Земли необходимо принимать электромагнитные волны с круговой поляризацией.
Целью полезной модели является расширение диапазона использования, снижение коэффициента стоячей волны и возможности приема электромагнитных волн с круговой поляризацией.
A
A
A
A
A
A
Поставленная цель достигается тем, что проводящие элементы конструкции антенны (в антенне-прототипе это коллинеарные стержни, цилиндрическая спираль, катушка индуктивности, согласующий блок и проводящая труба, выполненная из нижнего, среднего и верхнего отрезков) согласно заявляемой полезной модели выполнены в виде трех коротких равных изогнутых П-образных проводников (длина горизонтальной части равна 0,9λ, длина вертикальной части равна 0,83λ, где λ - длина волны равная 0,5 м (600 МГц)), имеющих гальванический контакт в двух точках сходящихся на основании равном 0,24λ вертикальных частей (фиг. 1), причем один П-образный проводник расположен вертикально, а второй и третий под углом 35 градусов относительно первого, при этом указанные П-образные проводники установлены на проводящих подставках высотой 0,1λ и диаметром 0,04λ и одна из подставок соединена через высокочастотный разъем с центральным токоведущим проводником коаксиального фидера (фиг. 2), а вторая подсоединена к плоскому проводящему экрану.
На фиг. 1-4 представлены общий вид конструкции, узел подключения фидера к антенне и электродинамические характеристики заявляемой антенны.
A
A
A
Антенна (фиг. 1) содержит три равных изогнутых П-образных проводника, причем П-образный проводник 1 расположен вертикально, проводники 2 и 3 - под углом 35 градусов относительно первого, соединенных в двух точках, сходящихся на основаниях 4, 5, равных 0,24λ вертикальных частях проводников, выполненных, например, из латунной трубки Л59 диаметром 30 мм, установленной на двух проводящих подставках 6 и 7 высотой 0,1λ и диаметром 0,04λ на плоском проводящем экране 12. Антенна также содержит: изолятор 8; фидер 9; высокочастотный разъем 10; генератор 11.
На фиг. 3 представлены диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях: 1-100 МГц, 2-300 МГц, 3-600 МГц, 4-1000 МГц. На фиг. 4 - область согласования по уровню 2,0 в диапазоне рабочих частот.
Антенна работает следующим образом: выходное напряжение генератора 11 подводится по коаксиальному высокочастотному фидеру 9 к высокочастотному разъему 10, соединенному с проводящей подставкой 6, далее бегущая электромагнитная волна ТЕМ распространяется в геометрически равные, расположенные под углом 35 градусов излучающие проводники 1, 2 и 3, образуя ток смещения 1 см на плоский проводящий экран и далее по наружному проводящему проводнику фидера к заземленному зажиму генератора 11.
Сопоставимый анализ с антенной-прототипом показывает, что заявляемая антенна отличается геометрическими параметрами и формой проводящих элементов, выбранными в соответствии с диапазоном частот, электрическими соединениями и связями элементов конструкции. Это позволяет сделать вывод, что заявляемая антенна соответствует критерию «новизна», а анализ известных технических решений аналогичного назначения показал на отсутствие в них новой совокупности существенных признаков заявляемого устройства, проявляющих такие свойства, которые приобрел от их использования заявляемый объект, что указывает на соответствие заявляемого устройства критерию «изобретательский уровень».
A
A
Окончательная проверка возможности достижения поставленной цели и определение оптимальных соотношений размеров, формы и углов расположения элементов устройства выполнены в процессе экспериментальных исследований. Было выявлено, что предлагаемую антенну необходимо устанавливать на проводящие подставки высотой 0,1λ и диаметром 0,04λ, а наличие горизонтально расположенных над плоским проводящим экраном проводников антенны позволяет сформировать диаграмму направленности в вертикальной плоскости, имеющей максимальное излучение (прием) в верхней полусфере фиг. 3.
Полученные результаты измерений (протокол №1) электродинамических характеристик - входного сопротивления антенны, коэффициента стоячей волны и диаграммы направленности, позволяют сделать вывод, что поставленная цель полезной модели достигнута, т.к. в результате рабочая полоса частот расширена до 1000 МГц (фиг. 3), коэффициент стоячей волны снижен до 1,5 (фиг. 4), а сформированная горизонтальными проводниками и плоским проводящим экраном диаграмма направленности в вертикальной плоскости (фиг. 2) позволяет осуществлять прием и передачу радиоволн с круговой поляризацией.
За счет уменьшения количества проводящих элементов и исключения трудоемкой настройки антенны по КСВн после ее изготовления предельно упростилась конструкция антенны, а наличие проводящего плоского экрана исключает требования дополнительного заземления антенны, что в совокупности значительно улучшает функциональные и эксплуатационные свойства антенны.