ТРЕХПЛЕЧНАЯ ВИБРАТОРНО-КОЛЬЦЕВАЯ АНТЕННА КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, и может быть использована в системах связи и навигации, в антенных устройствах радиорелейных и радиоастрономических средств, в других антенных системах.
Известны турникетные четырехплечные антенны в качестве антенн круговой поляризации. Эти антенны составлены из двух перпендикулярных полуволновых вибраторов, возбуждаемых с разностью фаз 90° (патент США №2086976, опубл. 13.07.1937) и более поздние аналоги усложненных конструкций (пат. РФ №2236733, опубл. 10.07.2003).
Недостатком четырехплечных турникетных антенн является необходимость, кроме устройства симметрирования вибраторов, иметь еще и специальную систему распределения, включающую в себя двухканальный делитель мощности и систему фазирования.
Известна антенна эллиптической поляризации, содержащая рамочный излучатель и симметричный полуволной вибратор, установленные соосно над металлическим экраном параллельно ему на разных высотах. При этом рамочный излучатель выполнен в виде кольца с зазором, которое закреплено на металлическом экране посредством трубчатой стойки, расположенной диаметрально противоположно зазору в кольце, а симметричный полуволновой вибратор расположен вдоль оси симметрии кольца. Таким образом, два разнородных вибратора линейной ортогональной поляризации для обеспечения круговой поляризации поля излучения, кроме разности вдоль оси излучения, еще фазируются и электрически путем введения разницы длин питающих линий (пат. РФ №2169418, опубл. 20.06.2001).
Недостатком указанного аналога являются комбинации разнородных вибраторов и схем коммутации, что усложняет конструкцию, а также снижает ее надежность и усложняет условия эксплуатации.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленной полезной антенне является трехплечная вибраторная антенна круговой поляризации (пат. РФ №2096870, опубл. 15.02.1995). Антенна-прототип выполнена вибраторной антенной на опоре в виде жесткой коаксиальной линии с прорезями для изоляции трех плеч вибратора, плечи прикреплены к трубчатому проводнику коаксиальной линии, причем одно из плеч имеет непосредственный контакт с центральным проводником коаксиальной линии, а два других соединены с центральным проводником через реактивности соответственно емкостного и индуктивного характера. Такая упрощенная конструкция обеспечивает почти круговую поляризацию поля излучения.
Недостатком антенны-прототипа является повышенный коэффициент стоячей волны (КСВ) при использовании с типовыми коаксиальными кабелями, пониженная надежность конструкции ввиду только крепежа плеч к трубчатому проводнику коаксиальной линии, ослабленному продольными, соизмеримыми с длинами плеч, что еще и усложняет условия эксплуатации.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в создании четкой круговой поляризации поля излучения при снижении коэффициента стоячей волны в кабеле антенны, повышении надежности и улучшении условий эксплуатации.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемой антенне, содержащей имеющий три плеча и расположенный в горизонтальной плоскости вибратор, жесткую коаксиальную линию в виде трубчатого проводника, имеющего три прорези для изоляции плеч вибратора, причем две прорези имеют одинаковую длину, а одна прорезь укорочена для создания шунтирующей индуктивности, плечи вибратора прикреплены к проводнику коаксиальной линии, при этом одно плечо вибратора непосредственно соединено с проводником коаксиальной линии, а два
других плеча соединены через реактивности, одно через емкостную, другое через индуктивную реактивность, дополнительно введен рефлектор, расположенный в плоскости, параллельной плоскости вибратора, плечи которого по внешнему контуру соединены друг с другом дугами с образованием кольца, радиус которого равен длине плеча вибратора, при этом центр каждой дуги является точкой нулевого потенциала и соединен дополнительно введенными проводящими перемычками с рефлектором. Рефлектор представляет собой диск. Дуги выполнены в виде трубчатых проводников.
Отличительными признаками предлагаемой антенны от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются следующие:
- дополнительное введение рефлектора,
- рефлектор расположен в плоскости, параллельной плоскости вибратора,
- плечи вибратора по внешнему контуру соединены друг с другом дугами с образованием кольца, радиус которого равен длине плеча вибратора,
- центр каждой дуги является точкой нулевого потенциала и соединен дополнительно введенными проводящими перемычками с рефлектором,
- рефлектор представляет собой диск,
- дуги выполнены в виде трубчатых проводников.
Благодаря наличию этих признаков обеспечивается четкая круговая поляризация антенны, дополнительная механическая прочность, надежность и улучшаются условия эксплуатации. Кроме того, плечи антенны являются радиусами образованного кольца, длина окружности которого 2πR, то расстояние по дугам от плеча до плеча будет составлять 120° при разбивке окружности 360° на 3 и будет равно 2R. Таким образом, в центрах дуг будут точки нулевого потенциала, так как R=λ/4, и их можно "заземлять" при использовании рефлектора на него или соединять проводящими перемычками с жесткой коаксиальной линией до начала прорезей, чем обеспечивается дополнительная прочность конструкции и органическая электрическая симметрия при работе каждого из плеч.
Предлагаемая антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5.
На фиг.1 показано схематичное изображение антенны, вид сбоку, на фиг.2 - схематичное изображение антенны, вид сверху, на фиг.3 - диаграмма направленности антенны на рабочих частотах в горизонтальной плоскости, на фиг.4 - диаграмма направленности антенны на рабочих частотах в вертикальной плоскости, на фиг.5 - основные электрические параметры предлагаемой антенны.
Трехплечная вибраторно-кольцевая антенна круговой поляризации (фиг.1, 2) содержит вибратор, имеющий три трубчатых плеча 1, 2, 3. Вибратор расположен в горизонтальной плоскости. Каждое плечо 1, 2, 3 вибратора прикреплено к трубчатому проводнику жесткой коаксиальной линии 4. Проводник коаксиальной линии 4 имеет три прорези 5, 6, 7. Прорези 5, 6, 7 выполнены для изоляции плеч 1, 2, 3 вибратора. Причем прорези 5, 6 имеют одинаковую длину, равную λ/4, где λ - длина волны. Прорезь 7 укорочена для создания шунтирующей индуктивности. Шунтирующая емкость 8 помещена внутрь плеча 2. Смежные плечи 1 и 2, 2 и 3, 3 и 1 соединены во внешнему контуру одинаковыми дугами 9 с образованием кольца 10. Радиус образованного кольца 10 равен длине плеча вибратора. Центры 11, 12, 13 дуг 9 являются точками нулевого потенциала и соединены перемычками 14 с рефлектором 15.
Антенна работает следующим образом. Входной сигнал по коаксиальной линии 4 поступает к основаниям плеч 1, 2, 3 вибратора и на выходе проводника коаксиальной линии 4 разветвляется на три части. Первая часть поступает непосредственно на плечо 1, вторая на плечо 2 через емкостную реактивность 8, третья на плечо 3 через индуктивность прорези 7. В результате токи в плечах 1, 2, 3 приобретают необходимую в создании круговой поляризации фазировку 0, 120° и 240°. При резонансной длине плеч 1, 2, 3 вибратора сопротивление на входе питающей коаксиальной линии 4 будет чисто действительным, но из-за суммирования малым. Образованное
кольцо из дуг 9 увеличивает их входное сопротивление и улучшает согласование с питающим кабелем, снижая коэффициент стоячей волны в кабеле. С учетом того, что плечи 1, 2, 3 имеют длину λ/4, а дуги 9 имеют длину λ/2, то в центрах 11, 12, 13 дуг 9 будет нулевой потенциал и их целесообразно "заземлить". Кроме этого, они обеспечивают органическую синфазность работы всей антенны. Заземление может быть осуществлено как непосредственно на внешний проводник коаксиальной линии 4, так и рефлектор 15. Дополнительно к этому за счет изменения расстояния между плоскостью рефлектора 15 и плоскостью плеч можно изменять коэффициент стоячей волны, обеспечивая необходимые его величины в рабочем диапазоне частот.
Создан опытный образец предлагаемой антенны, успешно проведены его испытания, которые подтвердили достижение заявляемого технического результата.