ШТЫРЕВАЯ АНТЕННА

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно, к антеннам, которые могут быть использованы в стационарных и мобильных системах связи объектов различного назначения.
Известны антенны, используемые для носимых и передвижных радиостанций. В связи с требованиями к механической прочности таких антенн их конструкции ограничиваются использованием простейших штырей и малогабаритных вставок. Штыревая часть служит основным излучателем, а в качестве противовеса используется корпус радиостанции или подвижный объект (Н.П.Гавеля, А.Д.Истрашкин, Ю.К.Муравьев, В.П.Серков «Антенны», ч. 1, ВКАС, Л., 1963, стр.142, ПМ №25815, Н01Q 9/00).
Также известны широкополосные антенны, устанавливаемые на мачтах выше окружающих предметов, например, дискоконусные антенны (Г.Т. Марков «Антенны», Госэнергоиздат, М. - Л. 1960, стр.345, рис.10-17а).
Недостатком данных технических решений являются высокие значения массово-геометрических характеристик и недостаточно высокий уровень надежности по отношению к действующим динамическим и климатическим воздействиям, что сужает диапазон их возможного применения, в частности, на мобильных объектах, например, судах речного флота.
Также известна широкополосная штыревая антенна, содержащая верхнее и нижнее плечи симметричного вибратора, развязывающее
≥
устройство, коаксиальный кабель, проходящий через нижнее плечо, и опору, в котором введено широкополосное согласующее устройство, вход которого подключен между верхним и нижним плечами, к выходу широкополосного согласующего устройства подсоединен коаксиальный кабель, пропущенный внутри опоры, развязывающее устройство выполнено широкополосным, и состоит из токопроводящей опоры и N (N1) индуктивностей, образованных нанизыванием высокочастотных магнитных колец, например ферритовых, на опору (№39011, RU, H01Q 9/00, 2003.11.27).
Недостатком известного технического решения являются невысокие значения характеристик надежности, что приводит к невозможности эффективного использования антенны в условия действия нестационарных динамических и климатических факторов.
Известна мобильная антенна, содержащая основание, удлиняющую катушку и излучатель, выполненный в виде стеклопластикового стержня, внутри которого проходит медная проволока, (№20200, Н01Q 9/00, RU, 19.06.2001).
Также известно техническое решение, согласно которому штыревая антенна содержит электрический соединитель, вклеенный в первое основание, излучатель, вклеенный во второе основание, кожух, внутри которого размещены «п» катушек и «п» конденсаторов. В кожухе, выполненным из изоляционного материала, установлен полый каркас, причем «п» катушек индуктивности намотаны на каркас, а «п» конденсаторов размещены в полости каркаса (№13519,H01Q 1/36, RU, 12.1.1999).
Недостатком известных антенн является невысокие значения характеристик надежности, что ограничивает возможности ее
использования в условиях действия нестационарных динамических нагрузок и климатических факторов.
Также известна антенна для мобильной радиосистемы связи, состоящая из металлической трубы, соединенной с экраном, металлического стержня, возбуждаемого коаксиальным фидером, внешний проводник которого соединен с экраном, металлическая труба соединена с металлическим стержнем через диэлектрический держатель, и центральный проводник коаксиального фидера соединен с металлическим проводником, расположенным внутри по центру металлической трубы, причем второй конец металлического проводника через диэлектрический держатель соединен с металлическим стержнем (№8839, Н01Q 1/32, RU, 25.05.98).
Недостатком данной конструкции антенны являются высокие массово-габаритные характеристики, а также малый уровень надежности при воздействии динамических и климатических факторов в широком диапазоне значений.
Также известна штыревая антенна, состоящая из излучателя с приподнятой точкой питания, основания, коаксиального кабеля, имеющего оплетку и центральный проводник, при этом излучатель выполнен в виде стеклопластиковой трубы, по поверхности которой наклеены основной и экранирующий проводники, выполненные печатным способом. Также антенна содержит трансформатор и индуктивность, причем трансформатор выполнен в виде плоской печатной катушки и конденсатора, одна из обкладок которого соединена с оплеткой коаксиального кабеля, а другая - с промежуточной точкой на плоской печатной катушке, один из концов которой соединен с центральным проводником коаксиального кабеля, а другой - с основным проводником излучателя. Индуктивность выполнена из витка коаксиального кабеля, оплетка которого соединена с основанием и
экранирующим проводником излучателя, а центральный проводник - с основным проводником излучателя через трансформатор. Основной проводник излучателя имеет различную конфигурацию по вертикали, а именно: нижняя часть представляет собой узкий проводник, длина которого равна высоте экранирующего проводника, что определяет высоту точки питания, центральная часть - кольцо, охватывающее стеклопластиковую трубу, верхняя часть - разомкнутое кольцо, в разрезе которого проходит узкий проводник, соединяющий центральную часть с верхней, причем между этим узким проводником и разомкнутым кольцом размещены конденсаторы; вершина верхней части основного проводника замкнута в кольцо (№24043, Н01Q 9/00, RU,. 13.12.2001).
Недостатком известного технического решения является недостаточно высокий уровень надежности антенны при функционировании ее в условиях динамических и климатических воздействий, что не позволяет реализовать ее эффективное применение на широком классе объектов, в частности, на судах речного флота.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, являются повышение характеристик надежности антенны при функционировании ее в условиях динамических и климатических воздействий и расширение ее функциональных возможностей.
Техническим результатом от использования настоящей полезной модели являются повышение надежности и расширение диапазона функциональных возможностей штыревой антенны.
Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что штыревая антенна, содержит радиопрозрачный корпус, выполненный с внутренней полостью и связанный с двухстепенным поворотным кронштейном, установленные во внутренней полости корпуса прямоугольную пластину, выполненную из полимерного материала с металлизированными отверстиями и двухсторонним металлизированным покрытием, содержащим три участка, разделенные
диэлектрическими зазорами, при этом два участка представляют собой плечи симметричного полуволнового вибратора, а третий выполнен на конце пластины с обращенным к ближайшему плечу вибратора центральным выступом, по обе стороны от которого на неметаллизированной части пластины выполнены дополнительные отверстия, основной коаксиальный кабель, часть которого выполнена в виде спирали, витки которой сопряжены с дополнительными отверстиями и охватывают центральный выступ, при этом оплетка основного коаксиального кабеля по его длине соединена с центральным выступом и с ближайшим плечом вибратора в нескольких его точках, а центральный проводник одним концом соединен с высокочастотным разъемом, и согласующий элемент, представляющий собой установленный на одном из плеч вибратора параллельно основному коаксиальному кабелю отрезок разомкнутого коаксиального кабеля, центральный проводник и оплетка одного из концов которого соединены с плечами вибратора, и установленный на другом плече вибратора соосно основному коаксиальному кабелю дополнительный отрезок коаксиального кабеля, центральный проводник которого одним концом соединен с другим концом центрального проводника основного коаксиального кабеля, другим - с плечом вибратора, а оплетка двумя концами соединена с плечом вибратора, при этом длина центрального выступа не менее длины спирали, число дополнительных отверстий с каждой стороны центрального выступа не менее числа витков спирали, корпус связан с кронштейном посредством втулки, а внутренняя полость корпуса залита пеной из радиопрозрачного материала.
На фиг.1 представлен схематически вид штыревой антенны с поворотным кронштейном.
На фиг.2 - вид А-А на фиг.1 с установленной в корпусе 1 пластиной и залитой пеной.
На фиг.3 - вид лицевой стороны пластины 3 (коаксиальный кабель, согласующий элемент и электрические соединения не показаны).
На фиг.4 - вид оборотной стороны пластины 3 с другой стороны (коаксиальный кабель, согласующий элемент и электрические соединения не показаны).
На фиг.5 - электрические соединения штыревой антенны (лицевая сторона пластины 3).
На фиг.6 - вид оборотной стороны пластины 3 с частью основного коаксиального кабеля 11 в виде спирали 12 (соединение с высокочастотным разъемом 14 не показано).
На фиг.7 - возможная реализация штыревой антенны (с цилиндрическим корпусом) с поворотным кронштейном.
На фиг.8 - возможная реализация штыревой антенны (с коническим корпусом) с поворотным кронштейном.
На фиг.8 - возможная реализация используемого поворотного кронштейна.
Штыревая антенна содержит радиопрозрачный корпус 1 (фиг.1), выполненный с внутренней полостью и связанный с двухстепенным поворотным кронштейном 2, установленные во внутренней полости корпуса 1 прямоугольную пластину 3 (фиг.2-6), выполненную из полимерного материала с металлизированными отверстиями 4 и двухсторонним металлизированным покрытием, содержащим три участка 5, 6, 7, разделенные диэлектрическими зазорами 8. Два участка 5 и 6 представляют собой плечи симметричного полуволнового вибратора, а третий 7 выполнен на конце пластины 3 с обращенным к ближайшему плечу 6 вибратора центральным выступом 9, по обе стороны от которого на неметаллизированной части пластины 3 выполнены дополнительные отверстия 10. Также штыревая антенна содержит основной коаксиальный кабель 11, часть которого выполнена в виде спирали 12, витки которой сопряжены с дополнительными отверстиями 10 и
охватывают центральный выступ 9. При изображении электрических соединений элементов антенны приняты следующие обозначения:
- место соединения центральных проводников коаксиальных кабелей;
- место соединения оплеток коаксиальных кабелей;
- центральные проводники коаксиальных кабелей.
Оплетка основного коаксиального кабеля 11 по его длине соединена с центральным выступом 9 и с ближайшим плечом 6 вибратора в нескольких его точках, а центральный проводник одним концом 13 соединен с высокочастотным разъемом 14. Согласующий элемент, представляет собой установленный на одном из плеч 6 вибратора параллельно основному коаксиальному кабелю 11 отрезок 15 разомкнутого коаксиального кабеля, центральный проводник 16 и оплетка одного из концов которого соединены с плечами 5 и 6 вибратора, и установленный на другом плече 5 вибратора соосно основному коаксиальному кабелю 11 дополнительный отрезок 17 коаксиального кабеля, центральный проводник которого одним концом 18 соединен с другим концом 19 центрального проводника основного коаксиального кабеля 11, другим 20- с плечом 5 вибратора, а оплетка двумя концами соединена с плечом 5 вибратора. Длина центрального выступа 9 не менее длины спирали 12, число дополнительных отверстий 10 с каждой стороны центрального выступа 9 не менее числа витков спирали 12. Корпус 1 связан с кронштейном 2 посредством втулки 21, а внутренняя полость корпуса 1 залита пеной 22 из радиопрозрачного материала.
В качестве высокочастотного разъема 14 может быть использован разъем, например, PL259. Возможные реализации штыревой антенны и используемого поворотного кронштейна представлены на фиг.7, фиг.8, фиг.9. Выполнение корпуса антенны из радиопрозрачного стекловолоконного материала и герметичность
конструкции позволяют надежно защитить излучатель от ветровых нагрузок и атмосферных воздействий, которые, в общем случае, являются стохастическими.
Штыревая антенна работает следующим образом. В режиме приема сигнал из симметричного полуволнового вибратора, образованного плечами 5 и 6, поступает на вход согласующего устройства, образованного отрезком 15 разомкнутого коаксиального кабеля и дополнительным отрезком 17 коаксиального кабеля, что позволяет минимизировать потери передаваемой мощности. Далее сигнал по основному коаксиальному кабелю 11 через высокочастотный разъем 14, выполненный, например, в виде разъема PL259, поступает на вход блоков обработки (входящих в состав радиостанции и на фигурах не показанных). Повышение эффективности работы штыревой антенны обеспечивается тем, что в данном техническом решении предусмотрено четвертьволновое блокирующее устройство поверхностных волн, реализуемое спиралью 12, являющейся частью основного коаксиального кабеля 11 и охватывающей центральный выступ 9. В режиме передачи работа осуществляется соответствующим образом, при этом информационный сигнал через высокочастотный разъем, четвертьволновое блокирующее устройство, основной коаксиальный кабель и согласующее устройство поступает на вибратор. Использование в техническом решении поворотного кронштейна 2 позволяет осуществлять крепление антенны к различным поверхностям, при этом обеспечивается регулирование углового положения антенны с двумя степенями свободы. В качестве коаксиального кабеля используется коаксиальный кабель, например, RG-58 длиной, например, 5 м. Масса антенны не превышает 1,6 кг, она используется при скорости ветра, не превышающей 30 м/с в диапазоне рабочих температур -50°С...+-50°С.
Повышение характеристик надежности штыревой антенны обеспечивается за счет повышения характеристик прочности и устойчивости к действию стационарных и нестационарных динамических воздействий, а также за счет увеличения степени герметичности конструкции, функционирующей в условиях различных атмосферных воздействий. В данном техническом решении это достигается сочетанием предложенной совокупности признаков.
Расширение диапазона функциональных возможностей штыревой антенны за счет повышения надежности позволяет расширить диапазон ее применения в качестве приемо-передающих антенн УКВ радиостанций как стационарных, так и мобильных объектов, в частности, судов речного флота.