Антенное устройство с подстройкой параметров

Предлагаемое устройство относится к области антенной техники и может быть использовано, например, в системах корпоративной, мобильной связи, а также в системах связи специального назначения.
При практическом изготовлении вибраторных антенн их параметры, прежде всего коэффициент стоячей волны (КСВ), могут отличаться от расчетных. Это обусловлено прежде всего тем, что при изготовлении антенн возможны погрешности в расстоянии между вибраторами, их длине, толщине, а также в месте и качестве электрических соединений. При установке антенны по месту эксплуатации, близко расположенные металлические и диэлектрические тела могут привести к уходу параметров хорошо настроенной антенны. Это особенно заметно проявляется при установке антенн на мобильной транспортной базе, где, как правило, уже установлено несколько антенн различных диапазонов, а также находятся металлические конструкции различного назначения. В силу недостатка места на крыше транспортной базы, размещение антенны достаточно далеко от мешающих тел, как правило, невозможно. Отличия реальных параметров от расчетных могут достигать нескольких процентов и больше. Для узкополосной связи, при использовании узкополосных вибраторных антенн, такие погрешности могут вывести полосу антенны за пределы рабочего диапазона, что потребует ее подстройки.
Для точной настройки вибраторных антенн могут применяться согласующие устройства, имеющие в своем составе переменные емкости или индуктивности. Также точная подстройка может осуществляться изменением длины вибратора, изменением взаимного положения составляющих антенное устройство элементов и др.
Известна антенна малогабаритная емкостная с согласующей катушкой индуктивности по патенту РФ № 2470424, H01Q9/04, которая для согласования антенны с фидерной линией имеет в своем составе согласующую катушку индуктивности специальной конструкции, включенную последовательно с катушкой индуктивности антенного контура. Согласующая катушка выполнена на каркасе из упругого диэлектрика и расположена между жесткими диэлектрическими фланцами, соединенными между собой при помощи диэлектрической шпильки с резьбой. Вращение шпильки приводит к перемещению нижнего фланца в осевом направлении, в результате чего происходит сжатие (растяжение) каркаса согласующей катушки. При этом изменяется расстояние между ее витками и, как следствие, меняется реактивное сопротивление согласующей катушки и входной импеданс антенны. Это позволяет осуществлять оперативную подстройку согласования антенны в процессе работы.
Недостатком антенны является сложность изготовления.
Известно антенное устройство с согласующим Т-трансформатором (Ротхаммель К. Антенны., 11-е издание, полностью переработанное и дополненное А. Кришке. – перевод с немецкого. – Минск: Наш город, 2001,  Стр. 102). Согласующий Т-трансформатор удобен для трубчатых излучателей в диапазоне метровых и дециметровых волн и является механически жестким вариантом дельта-трансформатора. Т-трансформатор предназначен для подключения фидера к точкам вибратора, где полное сопротивление равно волновому сопротивлению фидера. Отводы от излучателя располагаются параллельно проводнику антенны на расстоянии от 0,01 до 0,04 λ и соединяются с ним посредством перемычек, которые могут перемещаться вдоль проводника. После настройки антенны перемычки фиксируются.
Недостатком этого антенного устройства является сложность конструктивной реализации и необходимость принятия дополнительных мер по обеспечению механической прочности.
Известно антенное устройство с подстройкой параметров с помощью емкостных нагрузок на концах симметричного вибратора (Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие для вузов. М., «Сов. радио», 1974, Стр. 111). Емкостные нагрузки выполнены в виде системы проводов, перпендикулярных оси вибратора и располагающихся на концах вибратора. Концевая емкостная нагрузка как бы «удлиняет» вибратор, и кажущееся приращение длины вибратора зависит от длины и числа проводов, из которых она состоит. Подбором длины и числа проводов добиваются резонанса на требуемой частоте.
Данное антенное устройство имеет тот недостаток, что процесс подстройки антенного устройства идет в одном направлении: в сторону укорочения длины проводников и уменьшения их количества. Если же обстановка вокруг антенны изменилась так, что для подстройки требуется увеличить длину уже укороченных проводников концевой емкостной нагрузки и увеличить их количество, то практически это может представлять существенные трудности.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является антенное устройство, представленное в книге Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие для вузов. М., «Сов. радио», 1974, стр. 99, принятое за прототип.
На фиг. 1 а) представлен чертеж антенны-прототипа, где обозначено:
1 – плечи электрического вибратора;
2 – емкостные нагрузки в виде металлических дисков.
На фиг. 1 б) приведено распределение тока по устройству-прототипу, где обозначено:
А, Б – концы электрического вибратора;
к
a – радиус емкостной нагрузки;
2l – длина вибратора;
I (z) – ток вдоль электрического вибратора.
Антенное устройство-прототип представляет собой электрический вибратор (далее вибратор), состоящий из двух плеч 1, на концах которых расположены емкостные нагрузки 2, выполненные в виде дисков.
к
к
Так как токи в симметричных участках емкостной нагрузки противоположны по направлению, а ее радиус а обычно меньше λ/4, то токи, текущие по проводам концевой части, практически не участвуют в излучении. При емкостной нагрузке ток на конце вибратора отличен от нуля (фиг. 1 б). Емкостная нагрузка как бы «удлиняет» вибратор, и кажущееся приращение длины вибратора зависит от радиуса емкостной нагрузки а.
Антенна-прототип имеет тот недостаток, что не позволяет подстраивать параметры антенного устройства в случае изменения окружающей антенное устройство обстановки.
Задача предлагаемого технического решения заключается в получении возможности подстройки параметров вибраторных антенн без вмешательства в конструкцию антенны путем изменения распределения тока в вибраторе перемещением вдоль вибратора расположенных на нем металлических дисков.
Для решения поставленной задачи в антенном устройстве, содержащем электрический вибратор с расположенными на его плечах металлическими дисками, согласно полезной модели, металлические диски выполнены с возможностью перемещения вдоль плеч электрического вибратора.
Предлагаемое антенное устройство представлено на фиг. 2, где обозначено:
1 – плечи электрического вибратора;
2 – металлические диски;
I – ток вдоль вибратора.
Предлагаемое антенное устройство представляет собой вибратор 1, на плечах которого со стороны концов располагаются металлические диски 2 симметрично точке питания, допускающие возможность перемещения вдоль вибратора. Крепление дисков должно обеспечивать их надежный электрический контакт с вибратором по всей окружности по обеим сторонам своей плоскости с тем, чтобы обеспечить прохождение тока I по внешней поверхности дисков, как показано на фиг. 2.
Перемещение дисков приводит к изменению распределения тока вдоль вибратора, что приводит к изменению входного сопротивления антенны и позволяет таким образом настроить ее в резонанс. После этого элементы жестко фиксируют с обеспечением надежного электрического контакта любым известным способом.
Техническим результатом предлагаемого устройства является возможность подстройки вибраторной антенны перемещением металлических дисков вдоль плеч вибратора.
Отличительной особенностью предлагаемого антенного устройства является достижение результата (настройки антенны) без введения в состав согласующего устройства регулировочных элементов, без изменения взаимного положения составных частей антенного устройства, без изменения, в том числе механического, длины плеч вибратора, а путем применения металлических дисков, имеющих возможность перемещения вдоль плеч вибратора.