АНТЕННА
ANTENNA

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования, в частности, в качестве передающей или приемо-передающей антенны для радиосвязи на коротких волнах на расстояния малой и средней дальности при ограничениях на величину площади в месте установки, например на крышах зданий.
Известна антенна, содержащая симметричный вибратор с плечами, наклоненными к плоской металлической поверхности, закрепленными в верхней точке вибратора на опоре, установленной на упомянутой поверхности [1].
Эта антенна предназначена для работы в ОВЧ- или УВЧ-диапазонах, а для реализации на коротких волнах неудобна и дорога, поскольку жесткие конструкции плеч вибратора при больших их длинах громоздки, металлоемки и тяжелы.
Известна антенна, содержащая симметричный вибратор с наклоненными к земле плечами, выполненными из гибкого материала и подвешенными к опоре в верхней части вибратора, металлические оттяжки и изоляторы, установленные между верхними концами оттяжек и нижними концами плеч вибратора [2] (прототип). Эта антенна проста в изготовлении, недорога и широко применяется в России в качестве приемной или передающей антенны для радиосвязи на коротких волнах в условиях, когда место для установки антенны ограничено, например на крышах зданий.
Недостатком известной антенны является малый КПД в низкочастотном участке коротких волн.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения КПД в низкочастотном участке коротких волн.
Для достижения этого технического результата в известную антенну, содержащую симметричный вибратор с наклоненными к земле плечами, выполненными из гибкого материала и подвешенными к опоре в верхней части вибратора, металлические оттяжки и изоляторы, установленные между верхними концами оттяжек и нижними концами плеч вибратора, введены металлические перемычки между упомянутыми верхними концами оттяжек и нижними концами плеч вибратора, а в упомянутые перемычки установлены выключатели.
В предпочтительном варианте выполнения антенны для удобства ее использования выключатели выполнены с возможностью дистанционного управления, причем провода управления уложены по оттяжкам.
На фиг.1 представлена предлагаемая антенна, вид сбоку.
На фиг.2 представлена часть предлагаемой антенны в предпочтительном исполнении, содержащая выключатель, выполненный с возможностью дистанционного управления, и провода управления, уложенные вдоль оттяжки.
На фиг.3 представлены расчетные КПД прототипа и предлагаемой антенны без учета потерь в согласующем устройстве.
На фиг.4 представлены расчетные КПД прототипа и предлагаемой антенны с учетом потерь в согласующем устройстве.
Предлагаемая антенна (фиг.1) содержит симметричный вибратор с наклоненными к земле плечами 1 и 2, выполненными из гибкого проводящего материала и подвешенными к опоре 3 в верхней части вибратора, металлические оттяжки 4 и 5, изоляторы 6 и 7, установленные между верхними концами оттяжек 4 и 5 и нижними концами плеч 1 и 2 вибратора, металлические перемычки 8 и 9, введенные между упомянутыми верхними концами оттяжек 4 и 5 и нижними концами плеч 1 и 2 вибратора, выключатели 10 и 11, установленные последовательно в упомянутые перемычки 8 и 9. Верхние концы плеч 1 и 2 симметричного вибратора прикреплены к опоре 3 посредством изоляторов 12 и 13. К верхним концам плеч 1 и 2 вибратора присоединены провода симметричного фидера (на фиг.1 фидер не показан). Нижние концы металлических оттяжек 4 и 5 закреплены с образованием электрического контакта с проводящей поверхностью 14. Проводящая поверхность 14 может быть образована металлической крышей; если крыша не металлическая, то ее поверхность должна быть металлизирована, т.е. должно быть обеспечено высокочастотное заземление в виде системы проводов. Металлизация крыши желательна также для предохранения людей в помещениях здания от высокочастотного излучения антенны. Плечи 1 и 2 вибратора и оттяжки 4 и 5 выполнены из гибкого хорошо проводящего материала, такого как биметаллическая проволока или антенный канатик.
В предпочтительном варианте выполнения антенны выключатели 10 и 11 выполнены с возможностью дистанционного управления. На фиг.2 представлена часть антенны, содержащая выключатель 10, выполненный в виде электромагнитного реле, и провода 15 управления, уложенные по оттяжке 4. Остальные обозначения на фиг.2 такие же, как на фиг.1. На фиг.2 показано схематически, что провода 15 управления уложены вдоль оттяжки. Реально провода управления уложены непосредственно на оттяжку так, что экран проводов управления имеет гальванический контакт с оттяжкой 4 по всей ее длине от выключателя 10 до нижнего конца оттяжки 4. Далее провода 15 управления уложены по поверхности крыши 14 или по проводам металлизации (высокочастотного заземления) также с образованием гальванического контакта между экраном проводов 15 управления и проводящей поверхностью 14. Выключатель 11 (фиг.1) и провода управления для него выполнены аналогично. При мощности передатчика порядка 1 кВт и выше выключатели 10 (фиг.1 и 2) и 11 (фиг.1) могут быть выполнены в виде мощных высокочастотных вакуумных реле. Управление переключателями 10 и 11 может быть выполнено автоматическим, связанным с выбором рабочей частоты передатчика.
Предлагаемая антенна работает следующим образом. При радиосвязи на средние расстояния, при которых используются частоты выше 4 МГц, выключатели 10 и 11 (фиг.1) разомкнуты и антенна работает как обычный симметричный вибратор с наклонными плечами 1 и 2. При радиосвязи на малые расстояния пространственной волной требуется излучение, близкое к зенитному, и, чтобы радиоволны могли отразиться от ионосферы, приходится работать на относительно низких частотах - до 1,5 МГц. На этих частотах у симметричного вибратора, рассчитанного для работы на частоте 4 МГц и выше, сопротивление излучения становится малым по сравнению с сопротивлением потерь в проводах плеч 1 и 2, вследствие чего КПД вибратора уменьшается (сплошная кривая на фиг.3). Более того, входное сопротивление вибратора на низких частотах велико и имеет емкостной характер, поэтому оно должно согласовываться с фидером передатчика с помощью катушек индуктивности, содержащихся в антенном согласующем устройстве. Современные быстродействующие согласующие устройства содержат ряд катушек индуктивности и конденсаторов, переключаемых с помощью вакуумных реле для обеспечения согласования с разными входными сопротивления антенны на разных частотах. Вследствие значительного числа катушек их габариты ограничены, и потому их добротность не может быть большой; практически она получается не более 200. Вследствие этого КПД вибратора на низкочастотном участке коротких волн с учетом потерь в согласующем устройстве получается весьма малым (сплошная кривая на фиг.4). Графики на фиг.3 и 4 получены с использованием точного численного электродинамического метода. Для осуществления ближней радиосвязи выключатели 10 и 11 (фиг.1) замыкают, и антенна превращается в треугольную рамку, образованную плечами 1 и 2 вибратора, оттяжками 4 и 5 и проводящей поверхностью 14. Точные численные расчеты показывают, что с учетом влияния проводящей поверхности 14 сопротивление излучения такой рамки возрастает по сравнению с сопротивлением излучения вибратора больше, чем сопротивление проводов рамки по сравнению с сопротивлением проводов вибратора, так что КПД предлагаемой антенны при замкнутых выключателях 10 и 11 (пунктирная кривая на фиг.3) на низкочастотном участке коротких волн получается выше, чем при разомкнутых. Кроме того, входное сопротивление рамки на низких частотах имеет индуктивных характер, поэтому оно должно согласовываться с фидером передатчика с помощью конденсаторов, содержащихся в антенном согласующем устройстве, а добротность конденсаторов значительно выше, чем катушек. Так, добротность конденсаторов с твердым диэлектриком из фторопласта-4 составляет 5000, а вакуумных конденсаторов еще выше. Поэтому КПД предлагаемой антенны с учетом потерь в согласующем устройстве на низкочастотном участке коротких волн при замкнутых выключателях 10 и 11 значительно выше КПД на том же участке при разомкнутых выключателях 10 и 11 (на фиг.4 пунктирная кривая соответствует замкнутым выключателям).
Предлагаемая антенна при тех же размерах занимаемого места обеспечивает радиосвязь как средней дальности, так и малой, тогда как известная антенна - только радиосвязь средней дальности. Предлагаемая антенна может быть получена путем относительно небольшой доработки существующей известной антенны (установка перемычек с выключателями и, при необходимости, замена оттяжек, если в существующей антенне они выполнены из плохо проводящего материала).
Использованные источники
1. Патент США №2434893, МПК H01Q 19/10, нац. кл. 250-11.
4
2. Патент США №4543583, МПК H01Q 9/44.