ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ ШТЫРЕВАЯ АНТЕННА

Полезная модель относится к антенной технике и может использоваться в качестве перестраиваемой антенны, а также в качестве эталонной антенны для проведения точных антенных измерений и для оборудования антенных полигонов.
Известны конструкции перестраиваемых телескопических штыревых антенн [1, 2] состоящие из труб разного диаметра с возможностью складывания внутрь неподвижной трубки. Настройка такой антенны, установленной на проводящей поверхности, на заданную частоту осуществляется путем изменения ее длины. Каждой частоте соответствует определенная резонансная длина, при которой антенна имеет минимальный уровень коэффициента стоячей волны (КСВ) и принимает или излучает максимальное количество энергии. Такими свойствами обладает четвертьволновый несимметричный вибратор. Известно также, что настройка вибратора на заданную частоту зависит от места установки его на объект, от длины вибратора и от его диаметра [3].
Наиболее близким к предлагаемому решению является телескопическая штыревая антенна [1], которая принята за прототип. Для настройки антенны-прототипа, ее устанавливают на проводящую поверхность. Антенну-прототип настраивают на нужную частоту путем изменения ее длины до тех пор, пока не будет достигнута резонансная длина, то есть пока антенна не станет четвертьволновым несимметричным вибратором (далее вибратор). Для настройки антенны-прототипа одну из подвижных трубок, например трубку с наименьшим диаметром, выдвигают на нужное расстояние. При этом другие трубки за счет трения также выдвигаются вслед за ней и занимают произвольное положение. Поскольку между трубками нет жесткого механического соединения, то при повторных настройках антенны трубки разного диаметра выдвигаются каждый раз на разные расстояния и геометрия антенны-прототипа не повторяется, следовательно, не повторяются и электрические параметры антенны-прототипа, такие как КСВ и коэффициент усиления (КУ) антенны. Поэтому при повторении длины антенны-прототипа, она не будет настроена точно на прежнюю заданную частоту, и каждый раз при очередной перестройке частоты необходимо несколько раз менять длину антенны для ее точной настройки.
Коррекция длины антенны-прототипа увеличивает время ее настройки. Особенно заметным это становится, когда телескопическую штыревую антенну используют для проведения большого количества антенных измерений. При этом время, необходимое для проведения измерений, возрастает в несколько раз.
При проведении точных антенных измерений не достаточно настроить антенну на прежнюю заданную частоту, необходимо добиться повторяемости всех электрических параметров. То есть на одной и той же частоте антенна, установленная на том же месте проводящей поверхности, должна иметь одни и те же КСВ и КУ, а для этого должны повторяться ее геометрические параметры. Если повторно настроить антенну-прототип на заданную частоту получив необходимый уровень КСВ, то ее КУ все равно будет отличаться от предыдущего, так как повторить в точности геометрию антенны-прототипа практически невозможно. Данное обстоятельство снижает точность антенных измерений при использовании антенны-прототипа в качестве эталонного вибратора.
Таким образом, недостатками антенны-прототипа являются: отсутствие повторяемости ее геометрических и электрических параметров, связанное с этим увеличение времени настройки ее на заданную частоту и, как следствие, значительное увеличение времени при проведении большого объема антенных измерений, а также недостаточная точность антенных измерений при использовании антенны-прототипа в качестве эталонного вибратора.
Основными задачами, на решение которых направлена заявляемая полезная модель, являются: уменьшение времени настройки антенны на заданную частоту и повышение точности при проведении антенных измерений за счет повторяемости геометрических и электрических параметров антенны.
Указанный технический результат достигается тем, что телескопическая штыревая антенна, представляющая собой перестраиваемый несимметричный вибратор, содержащая фланец, закрепленный на нем высокочастотный разъем и не менее чем три проводящие трубки, входящие одна в другую и имеющие электрический контакт между собой, при этом проводящая трубка наибольшего диаметра неподвижна, а все остальные проводящие трубки подвижны, а высокочастотный разъем подключен к неподвижной проводящей трубке, содержит две подвижные трубки, первая из которых расположена внутри второй, и механизм синхронизации для их выдвижения, состоящий из первой зубчатой рейки, закрепленной с внутренней стороны на первой подвижной трубке, второй зубчатой рейки, закрепленной с внутренней стороны на неподвижной трубке и зубчатого колеса, закрепленного внутри второй подвижной трубки, при этом первая и вторая зубчатые рейки входят в зацепление с зубчатым колесом и вместе с ним образуют механическую зубчатую передачу, обеспечивая выдвижение первой подвижной трубки относительно второй подвижной трубки и второй подвижной трубки относительно неподвижной трубки на одинаковые расстояния, причем на первой подвижной трубке нанесены деления точной шкалы частот.
На фиг. 1 показан внешний вид реализации предлагаемой антенны. На фиг. 2 и фиг. 3 показано устройство предлагаемой антенны в исходном и рабочем положениях соответственно, где обозначено: 1 - фланец, 2 - вторая зубчатая рейка, 3 - неподвижная трубка, 4 - первая подвижная трубка с делениями точной шкалы частот, 5 - вторая подвижная трубка, 6 - первая зубчатая рейка, 7 - зубчатое колесо, 8 - высокочастотный разъем.
Телескопическая штыревая антенна состоит из фланца 1, закрепленного на нем высокочастотного разъема 8 и трех проводящих трубок, входящих одна в другую таким образом, что первая подвижная трубка 4 расположена внутри второй подвижной трубки 5, которая в свою очередь расположена внутри неподвижной трубки 3. Дополнительно введенный механизм синхронизации содержит две зубчатые рейки 2 и 6 и зубчатое колесо 7, которые имеют одинаковые размеры зубцов. Первая зубчатая рейка 6 закреплена с внутренней стороны на первой подвижной трубке 4. Вторая зубчатая рейка 2 закреплена с внутренней стороны на третьей неподвижной трубке 3. Зубчатое колесо 7 закреплено внутри второй подвижной трубки 5. Зубчатые рейки 2 и 6 входят в зацепление с зубчатым колесом 7 и вместе с ним образуют механическую зубчатую передачу.
Телескопическая штыревая антенна (далее антенна) работает следующим образом. Антенну устанавливают на проводящую поверхность, например на объект, двухметровый металлический диск и т.д. [4, 5]. Для настройки на заданную частоту необходимо установить соответствующую ей резонансную длину антенны. Для этого достаточно, верхний край второй подвижной трубки 5 установить на выбранном делении точной шкалы частот, расположенной на первой подвижной трубке 4. Двигая первую или вторую подвижную трубку, устанавливают верхний край второй подвижной трубки 5 на нужном делении точной шкалы частот. Все три проводящие трубки 3, 4, 5 антенны имеют между собой электрический контакт и связаны друг с другом посредством механизма синхронизации. Поэтому, при движении первой подвижной трубки 4, одновременно с ней приходит в движение и вторая подвижная трубка 5 и, наоборот, при движении второй подвижной трубки 5, приходит в движение и первая подвижная трубка 4. Это происходит следующим образом - при движении первой подвижной трубки 4 вместе с ней движется и закрепленная на ней первая зубчатая рейка 6. Двигаясь поступательно, первая зубчатая рейка 6 приводит во вращение входящее с ней в зацепление зубчатое колесо 7, закрепленное внутри второй подвижной трубки 5. Зубчатое колесо 7 входит в зацепление и со второй зубчатой рейкой 2, которая двигаться не может, так как закреплена на неподвижной трубке 3. Поэтому вращение зубчатого колеса 7 приводит к его поступательному движению вдоль неподвижной зубчатой рейки 2, а вместе с зубчатым колесом 7 приходит в движение и вторая подвижная трубка 5, в которой оно закреплено. Таким образом, движение первой подвижной трубки 4 приводит к синхронному движению второй подвижной трубки 5 в том же направлении. При этом первая подвижная трубка 4 относительно второй подвижной трубки 5, а вторая подвижная трубка 5 относительно третьей неподвижной трубки 3 выдвигаются всегда на одно и то же расстояние. Так обеспечивается точная повторяемость геометрических параметров антенны, что в свою очередь обеспечивает повторяемость ее электрических характеристик - частоты настройки, КСВ и КУ антенны. Точная повторяемость параметров антенны предполагает и установку антенны на то же место проводящей поверхности. Таким образом, предлагаемая антенна при установке верхнего края второй подвижной трубки 5 на одно и то же деление частотной шкалы всегда будет настроена на одну и ту же частоту, и при этом автоматически будет иметь одни и те же значения КСВ и КУ. Такая конструкция предлагаемой антенны обеспечивает, в отличие от антенны-прототипа, высокую точность антенных измерений.
Для настройки на заданную частоту, достаточно край второй трубки 5 установить на нужное деление точной шкалы частот, расположенной на первой подвижной трубке 4, и зафиксировать антенну в этом положении. Дополнительной коррекции длины антенны не требуется, что значительно сокращает время, необходимое для настройки антенны на заданную частоту, уменьшает продолжительность проведения большого количества антенных измерений и обеспечивает удобство работы в полевых условиях.
Данная конструкция антенны, состоящая из трех трубок, обеспечивает работу в полосе частот с двойным перекрытием. Предлагаемое техническое решение телескопической штыревой антенны было реализовано для диапазонов 100-200 МГц и 200-400 МГц. Настройка антенн производилась на алюминиевом диске диаметром два метра [4].
Литература:
1. ТУ 37.003.711-76 (прототип).
2. ТУ 37.003.699-75.
3. Н.П. Гавеля, А.Д. Истрашкин, Ю.К. Муравьев, В.П. Серков «Антенны», часть 1, под редакцией Ю.К. Муравьева, стр. 126. Ленинград, 1963.
4. ГОСТ 50860-1996.
5. ГОСТ Ρ 50860-2009.