АНТЕННА

Техническое решение относится к области антенной техники и может быть использовано для создания складных ветроустойчивых, широкополосных приемопередающих антенн линейной поляризации с направленным излучением для передающих телевизионных станций и размещаемых на легких мачтах в полевых условиях, а так же на подвижных объектах.
Известны вибраторные антенны с направленным излучением, см. например, В.П.Кисмеришкин Телевизионные антенны для индивидуального пользования. М. «Радио и связь» 1982 г. ст.46-49. Антенны этого типа представляют собой систему вибраторных рамочных излучателей в метровых диапазонах телевизионного вещания имеют громоздкую конструкцию.
min
min
max
max
Прототипом технического решения является логопериодическая антенна, см. М.В.Вершков Судовые антенны, Ленинград, «Судостроение» 1979г., ст. 135-141, рис. 4.21. Антенна представляет собой систему симметричных вибраторов разной длины, от 2l=(0,2-0,25)λ до 2l=(0,5-0,6)λ, подключенных к симметричной двухпроводной линии по логопериодическому закону противофазно по отношению друг к другу.
mах
К недостаткам антенны следует отнести большие габариты по длине, которые при широкополосности (35-40)% от средней частоты диапазона частот составляет не менее (0,8-1)λ. Так как все элементы антенны являются активными, то узел ее крепления к мачте должен быть размещен сзади антенны, что создает при ее размещении на мачте значительный механический момент на ее верхние звенья, повышает требования к жесткости мачты и снижает в целом ветроустойчивость конструкции. Особенно это сказывается при ее развертывании и эксплуатации в полевых условиях.
Решаемая техническая задача в предлагаемой полезной модели, заключается в уменьшении габаритов антенны, обеспечение ее широкополосных свойств по согласованию и диаграмме направленности, повышение ветроустойчивости конструкции при ее размещении на вершине мачты за счет уменьшения размеров антенны и смещения узла крепления ближе к центру тяжести.
min
max
lmin
cp
1
cp
2
ср
2
cp
3max
cp
3
cp
п
cp
c
cр
Решаемая техническая задача в антенне, состоящей из системы симметричных вибраторов разной длины, от l до l, плечи которых в нарастающем по их длине порядке подключены к полым проводникам симметричной двухпроводной линии взаимно противофазно в точках с нарастающим шагом от входа линии к ее концу, коаксиального кабеля, расположенного внутри одного из полых проводников двухпроводной линии и соединенного с ее входом, узла крепления, установленного на проводниках двухпроводной линии, достигается тем, что система симметричных вибраторов выполнена в виде не менее трех вибраторов, первый из которых длиной 2l=(0,41-0,45)λ, включен на расстоянии от входа двухпроводной линии d=(0,07-0,09)λ, второй - длиной 2l=(0,48-0,5)λ включен на расстоянии d=(0,24-0,25)λ и третий вибратор длиной 2l=(0,5-0,53)λ выполнен короткозамкнутым и включен на расстоянии d=(0,53-0,55)λ от входа двухпроводной линии, при этом между вторым и третьим вибраторами, на расстоянии d=(0,17-0,19)λ от второго вибратора, проводники двухпроводной линии, замкнуты металлической перемычкой, установленной в двухпроводной линии с возможностью перемещения вдоль ее проводников и перед первым вибратором на расстоянии d=(0,04-0,045)λ от входа двухпроводной линии ее проводники зашунтированы сосредоточенной емкостью с сопротивлением равным реактивному сопротивлению первого вибратора на средней частоте рабочего диапазона частот и установленной в двухпроводной линии с возможностью перемещения вдоль ее проводников, а узел крепления установлен на
ср
проводниках двухпроводной линии за металлической перемычкой, где λ - длина волны на средней частоте рабочего диапазона частот.
На чертеже приведена конструкция антенны.
lmin
cp
1
cp
2
ср
2
cp
3max
ср
3
cр
п
сp
с
cp
пф
Антенна состоит из симметричной двухпроводной линии к проводникам 1 которой подключены три симметричных вибратора: первый симметричный вибратор 2 длиной l=(0,41-0,45)λ, включен на расстоянии от входа 3 в двухпроводную линию 1 d=(0,07-0,09)λ, второй 4 l=(0,48-0,5)λ на расстоянии d=(0,24-0,25)λ и третий вибратор 5 выполнен короткозамкнутым с длиной l=(0,5-0,53)λ и подключен на расстоянии d=(0,53-0,55)λ от входа 3 в двухпроводную линию 1, при этом между вторым 4 и третьим 5 вибраторами, на расстоянии d=(0,17-0,19)λ от второго вибратора 4, проводники двухпроводной линии 1, замкнуты металлической перемычкой 6, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль проводников линии 1, а перед первым вибратором 2 на расстоянии d=(0,04-0,045)λ от входа 3 двухпроводную линию 1 ее проводники зашунтированы сосредоточенной емкостью 7 с сопротивлением равным реактивному сопротивлению первого вибратора 2 на средней частоте рабочего диапазона частот (4-5-5000 м). Емкость 7 установлена с возможностью перемещения вдоль проводников двухпроводной лини 1, вместе с металлической перемычкой 6, на входе 3 формирует параллельное звено согласующего фильтра. К входу 3 двухпроводной линии 1 подсоединен коаксиальный кабель 8 расположенный внутри одного из двух полых проводников, которые являются двухпроводной линией 1. Узел крепления 9 установлен на проводниках двухпроводной линии 1 между вторым 4 и третьим 5 вибраторами за металлической перемычкой 6.
Работа антенны осуществляется следующим образом: Сигнал, поданный на вход коаксиального кабеля 8, поступает на вход 3 в двухпроводную линию 1 и возбуждает первых два вибратора настроенных
соответственно на верхнюю и нижнюю частоту рабочего диапазона частот соответственно. Вибраторы 2 и 4 включены в линию с инверсией по фазе, как это имеет место в логопериодических антеннах для формирования излучения антенны в направление на вход двухпроводной линии 1. Шлейф, образованный отрезком двухпроводной линии 1 от металлической перемычки 6 до второго вибратора 4 и сосредоточенная емкость 7 образуют на входе 3 параллельное звено согласующего фильтра в виде последовательного колебательного контура. (См. например А.Л.Драбкин, В.Л.Зузенко, А.Г.  Кислов Антенно-фидерные устройства. М. «Сов. Радио» 1974 г. ст. 468-471). Этот фильтр обеспечивает выравнивание частотной характеристики согласования антенны в средней части рабочего диапазона частот до уровня, установленного для передающих антенн. В тоже время емкость 7 заменяет по эквивалентной схеме короткие вибраторы, устанавливаемые в логопериодических антеннах, которые в рабочем диапазоне частот являются короткими и имеют отрицательное реактивное входное сопротивление. Эти вибраторы в логопериодических антеннах главным образом влияют на согласование антенны с коаксиальным кабелем 8 и мало сказываются на форму диаграммы направленности антенны. В тоже время их установка существенно увеличивает продольный размер антенны по сраывнению с предложенным решением, (см., например, М.В.Вершков Судовые антенны, Ленинград, «Судостроение» 1979г., ст. 140). Возможность перемещать емкость 7 и металлическую перемычку б вдоль проводников двухпроводной линии 1 в указанных пределах их размещения на проводниках линии 1 позволяет произвести настройку антенны по согласованию с учетом указанных интервалов по длине вибраторов 2, 4 и 5 и их размещению в линии 1. Третий вибратор 5 короткозамкнутый и является пассивным рефлектором, обеспечивая, главным образом, формирование направленного излучения в нижней части рабочего диапазона частот. Установка металлической перемычки 6 в двухпроводной линии 1 в районе второго вибратора 4 позволяет перенести узел крепления 9
в плоскость этой перемычки, то есть ближе к центру тяжести конструкции антенны. Это, а так же укорочение антенны за счет замены системы коротких вибраторов сосредоточенной емкостью 7 существенно снижает механический момент, нагружающий мачту при размещении на ней антенны и, таким образом, увеличивает ветроустойчивость антенной системы. Это важно для эксплуатации изделия в полевых условиях, где используются облегченные конструкции мачт. С учетом взаимного влияния антенны с мачтой по поляризационным признакам перенос узла крепления 9 к металлической перемычке б возможно только для случая горизонтально ориентированных вибраторов относительно вертикально расположенной мачты.
Антенны В11 и B111 диапазонов, изготовленные для мобильного ретранслятора полевой телевизионной студии в соответствии с данным техническим решением, обеспечивает все требования, предъявляемые к антеннам такого класса.