АНТЕННА, ВИБРАТОР И ДИРЕКТОР

АНТЕННА, ВИБРАТОР И ДИРЕКТОР
Полезные модели относятся к антенной технике, в частности к приёмопередающим остронаправленным антеннам и их элементам.
Известна четырёхэлементная антенна, содержащая размещенные на штанге соединенный с фидером вибратор, рефлектор и два директора (К. Ротхаммель «Антенны, изд. «Наш город, Минск, 2001г., том 2, стр. 212). Принцип работы известной антенны, выбранный в качестве (прототипа), заключается в следующем. Электромагнитное излучение наводит в вибраторе и директорах электродвижущую силу (ЭДС), при этом ЭДС, наведённая в директорах, является источником вторичного электромагнитного излучения, которое последовательно переизлучается с директора на директор до тех пор, пока не поступит на вибратор. Это достигается за счёт того, что фаза тока в каждом предшествующем директоре отстаёт от фазы тока в последующем директоре. За счёт этого коэффициент усиления антенны возрастает. Рефлектор исключает приём электромагнитного излучения с обратной стороны вибратора, при этом ток в рефлекторе должен опережать по фазе ток в вибраторе. Для этого рефлектор имеет длину несколько большую, чем вибратор. Отставание тока по фазе в директорах и опережение в рефлекторе, относительно фазы тока вибратора формирует диаграмму направленности антенны, вытянутую в сторону директоров. Недостатком известной антенны яв.1яется узкая полоса принимаемых (передающих) частот и большие габариты.
Задачей, решаемой настоящими полезными моделями, является расширение полосы принимаемых (передаваемых) частот, увеличение коэффициента усиления и уменьшение габаритов антенны.
Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является повышение отношения сигнал/шум и минимизация потерь в элементах антенны на частоте принимаемого сигнала, уменьшение габаритов антенны.
Указанный технический результат достигается тем, что в антенне, включающей, по меньшей мере, один закреплённый на штанге и соединённый с фидером вибратор, последний снабжён, по меньшей мере, одним реактивным элементом индуктивного характера и, по меньшей мере, одним элементом ёмкостного характера, образующим с реактивным элементом индуктивного характера колебательный контур с резонансной частотой, совпадающей с собственной частотой вибратора и частотой принимаемого
Q7/00
ИЛИ передаваемого электромагнитного излучения, т.е. одновременно работают оба резонанса.
Кроме того, реактивный элемент ёмкостного характера выполнен в виде, по меньшей мере, двух участков вибратора, имеющих оси в форме алгебраических кривых первого порядка, к концам которого присоединён реактивный элемент индуктивного характера, вьшолненный в виде участков вибратора, имеющих оси в форме алгебраических кривых второго и/или третьего и/или четвёртого порядка.
Кроме того, реактивный элемент ёмкостного характера выполнен в виде, по меньшей мере, двух участков вибратора, имеющих оси в форме алгебраических кривых первого порядка, к концам которого присоединён реактивный элемент индуктивного характера, выполненный в виде соединённых между собой N участков вибратора, имеющих оси в форме алгебраических кривых первого порядка, где N - любое число 3.
Кроме того, на штанге дополнительно установлен рефлектор. Кроме того, форма рефлектора выполнена конгруэнтной форме вибратора. Кроме того, на штанге дополнительно установлен, по меньшей мере, один директор.
Кроме того, форма директора выполнена конгруэнтной форме вибратора. Кроме того, рефлектор, вибратор и директор установлены на штанге на расстоянии «а, равном 0,1.. .0,35Я, между собой, где А, - длина волны принимаемого или передаваемого антенной излучения.
Кроме того, габаритные размеры рефлектора во фронтальной проекции выбраны превышающими габаритные размеры вибратора в той же проекции.
Кроме того, габаритные размеры директора во фронтальной проекции выбраны меньшими габаритных размеров вибратора в той же проекции.
В заявляемой антенне аналогично с прототипом электромагнитное излучение наводит в вибраторе и директоре ЭДС, при этом ЭДС, наведённая в директоре, является источником вторичного электромагнитного излз чения, которое последовательно переизлучается с директора на директор до тех пор пока не поступит на вибратор, кроме того, элементы антенны имеют сильную индуктивную связь, что обусловлено наличием в конструктивных элементах антенны индуктивностей.
Известна конструкция вибратора, например, петлевой вибратор Пистолькорса, включающий пассивный и активный элементы и вьшолненный в форме удлинённой петли, образованной параллельными друг другу прямолинейными участками и
2 / //6
соединяющими их дугами. Такой вибратор применяется для нриёма и излучения электромагнитного поля (ЭМП). Его настройка производится изменением его длины и оптимальна, когда его длина равна примерно половине длины волны принимаемого или излучаемого им ЭМП (см. В.А. Мелетицкий В.А. Поздняков, «Основы теории и расчёт антенных систем артиллерийских радиоэлектронных средств, Тула, 1981г., Тульское артиллерийское инженерное училище Орденов Ленина и Октябрьской революции имени Тульского пролетариата (ТВАИУ), стр. 107).
При длине вибратора, равной половине длины принимаемого или передаваемого электромагнитного излучения, считается, что он настроен в резонанс. Такой вибратор называют полуволновым.
В полуволновом вибраторе ЭМП наводит максимальный ток, что следует из графика энергетической функции рассеяния тонкого провода (В. О. Кобак, «Радиолокационные отражатели, Москва, «Советское радио, 1975 г., стр. 136).
В радиотехнике щироко используется колебательный контур с сосредоточенными элементами с использованием его резонансных свойств.
Полное сопротивление Z такого контура равно:
где, Z - полное сопротивление колебательного контура;
XL - индуктивное сопротивление колебательного контура;
Хс - ёмкостное сопротивление колебательного контура.
Ток в цепи такого контура зависит от его полного сопротивления, которое определяется сопротивлением R, и реактивными сопротивлениями индуктивности XL и ёмкости Хс. Величины XL и Хс зависят от частоты колебаний генератора Е: XL  2яГЬ, где f - частота колебаний генератора, Хс  l/27ifC. Полное сопротивление колебательного контура Z равно:
При XL  Хс Z минимально и равно R, при этом ток в цепи контура, наводимого генератором, будет максимальный (С.Г. Бунин, Л.П. Яйленко. Справочник радиолюбителя-коротковолновика, Киев, «Техника, 1984г.).
В антенной технике щироко используются оба резонанса. Там, где есть возможность, вибратор антенны вьшолняют по.11уволновым и используются его резонансные свойства. На низких частотах, при длинах волн ЭМП десятки метров и более, полуволновой вибратор изготовить сложно, а иногда и не возможно. На этих частотах используют вибратор, длина которого короче резонансной, но в его состав
Z  VR + PCL-XC)
включают колебательный контур с сосредоточенными элементами и используют резонансные свойства контура.
В предлагаемом варианте вибратора работают одновременно оба резонанса. В качестве прототипа выбргш известный петлевой вибратор Пистолькорса, состоящий из верхнего пассивного и нижнего активного вибраторов. К активному вибратору подключается фидер. В предлагаемом вибраторе геометрические формы активного и пассивного вибраторов изменены таким образом, что бы они образовывали индуктивные элементы, которые в сочетании с ёмкостным элементом, также внесённым в конструкцию вибратора, образовывали колебательный контур. Параметры индуктивного и ёмкостного элементов подобраны таким образом, что бы его резонансная частота совпадала с собственной частотой вибратора. Предлагаемый в качестве прототипа петлевой вибратор имеет узкую полосу пропускания.
Задачей, решаемой предлагаемьши полезными моделями, является увеличение полосы пропускания вибратора и обеспечение согласования с фидером.
Указанная задача решается тем, что в вибратор, включающий верхний пассивный и нижний активный элементы, выполненные в форме удлинённой петли, образованной параллельными друг другу прямолинейными участками и соединяющими их концы дугами, введен согласующий трансформатор, образованный обращёнными друг к другу криволинейными участками активного элемента, соединёнными одними концами с продолжающими их прямолинейными участками активного элемента и ёмкостью, образованной соединёнными с другими концами криволинейного участка активного элемента прямолинейными элементами, расположенными в плоскости вибратора параллельно друг другу с возможностью перекрытия по длине.
Кроме того, верхний пассивный элемент снабжён дополнительным токопроводящим участком, соединяющим криволинейные участки верхнего пассивного элемента.
Кроме того, дополнительный токопроводящий участок верхнего пассивного элемента выполнен прямолинейным и расположен параллельно прямолинейному участку верхнего пассивного элемента.
Кроме того, дополнительный участок верхнего пассивного элемента выполнен криволинейным.
Кроме того, дополнительный участок верхнего пассивного элемента выполнен в виде ломаной линии.
Известен директор, выполненный в виде проводника с длиной, меньшей длины полуволны (К. Ротхаммель, «Антенны, изд. «Наш город, Минск, 2001г., т. 2, с. 47), ток в котором опережает по фазе ток в вибраторе. Такой директор может работать только в узкополосной антенне, т.к. сам является узкополосным и имеет с вибратором только электромагнитную связь.
Задачей, решаемой полезными моделями является создание директора, имеющего индуктивную связь с вибратором.
Техническим результатом, проявляющимся при решении указанной задачи, является расширение рабочей полосы частот директора.
Указанный технический результат достигается тем, что в директоре, включающем проводник с длиной, меньшей длины полуволны принимаемого или передаваемого излучения, проводник вьшолнен в форме удлиненной петли, образованной соединенными между собой по концам прямолинейными участками и снабжен ёмкостью, образованной соединёнными с криволинейными участками петли прямолинейными элементами, расположенньши в плоскости директора параллельно друг другу с возможностью перекрытия по длине.
Кроме того, директор снабжён дополнительным проводником, соединенным с криволинейными участками петли, вьшолненным прямолинейным и расположенным параллельно прямолинейным участкам петли.
Кроме того, директор снабжен дополнительным проводником, соединенным с криволинейными участками петли и вьшолненным криволинейным.
Кроме того, директор снабжен дополнительным проводником, соединенным с криволинейными участками петли и выполненным в виде ломаной линии.
Заявляемые антенна, вибратор и директор поясняются чертежами, где:
-на фиг. 1 изображён общий вид заявляемой антенны в соответствии с п. 1,2 формулы изобретения;
-на фиг. 2 - общий вид заявляемой антенны, в которой вибратор снабжён двумя прямолинейными параллельными друг другу участками;
-на фиг. 3 - сечение по А-А с фиг. 1,2;
-на фиг. 4 - вибратор с согласующим трансформатором;
-на фиг. 5 - вариант вьшолнения антенны с реактивным индуктивным элементом в виде многоугольников на концах прямолинейных элементов;
200 //г
-Она фиг. 7, 8 - выполнение директоров антенны;
-на фиг. 9 - вариант вьшолнения рефлектора;
-на фиг. 10 - схема вибратора антенны с одним прямолинейным участком и виртуальным ёмкостным элементом;
-на фиг. 11 - схема параллельного колебательного контура;
-на фиг. 12 - эквивалентная схема верхнего пассивного элемента вибратора. Антенна (фиг. 1, 2, 3, 4, 5) состоит из штанги 1 с закреплёнными на ней
вибратором 2, директором 3 и рефлектором 4.
Вибратор и другие элементы антенны могут быгь выполнены в поперечном сечении осесимметричными (из прутка или трубки или любого другого сечения).
Вибратор и другие элементы антенны состоят из прямолинейных участков (участка) 7 и 8, соединённых по концам криволинейными или ломаными участками 9, 10.
Вибратор включает нижний активный и верхний пассивный элементы, каждый из которых образован соответствующим прямолинейным и частью (дугой) криволинейного участка.
Расстояние между ьфайними точками реактивного участка (9, 10) выбрано большим, чем расстояние между параллельньши прямолинейными участками 7,8.
Аналогично расстояние между крайними точками фигуры, образованной участками 12 реактивного элемента индуктивного характера выбрано большим, чем расстояние между параллельньми прямолинейными участками 13.
Формы рефлектора и директора вьшолнены конгруэнтными форме вибратора 11. Рефлектор, директор и вибратор располагаются на штанге на расстоянии «а (фиг. 5), равном 0,1...0,35Х между собой, где X - длина волны принимаемого или передаваемого антенной излучения.
Вибратор снабжён ёмкостью, образованной параллельными прямолинейными элементами 14 и 15, соединёнными соответственно с точками А и F (фиг. 4), обращённых друг к другу частями криволинейных участков АВ и EF активного элемента.
Верхний пассивный элемент снабжён дополнительным токопроводяшим участком 16, образуюшим совместно с прямолинейным участком виртуальную систему ёмкостей (как бы установленные между участками 7и 16 конденсаторы 17).
66). Вьшолнение части элементов вибратора в виде индуктивных элементов, приводит к увеличению его площади и в свою очередь, к увеличению коэффициента усиления вибратора. Таким образом, выполнение вибратора по предложенной схеме приводит к дополнительному повышению его коэффициента усиления.
Вьшолнение верхней части вибратора из элементов 7 и 16 (фиг. 4) приводит к увеличению его полосы пропускания. В верхней (пассивной) части вибратора можно вьщелить два значения его геометрической длины.
Первое значение определяется суммой длин участков: 1-2, 2-3, 3-4 (фиг. 10), а второе значение суммой длин участков: 1-2, 2-5, 5-6, 6-3, 3-4, соответственно вибратор имеет две резонансных длины. Таким образом, электромагнитное излучение двух частот f и 1г наведёт максимальную ЭДС в вибраторе. Кроме этого, участок 2-3 и кривая 2-5, 5-6, 6-3 имеют сильную индуктивную связь. Такая связь может бьггь интерпретирована как внесение между фрагментами участка 2-3 и кривой 2-5, 5-6, 6-3 бесконечного числа ёмкостей (например, 17), что приводит к появлению бесконечного числа резонансных размеров в полосе частот от fi до f2. Эквивалентная схема вибратора приведена на фиг. 12, где ёмкостные элементы, образованные индуктивной связью между фрагментами участка 2-3 и кривой 2-5, 5-6, 6-3 (фиг. 10) показан позицией 17.
Для обеспечения согласования с фидером в конструкцию вибратора добавлен согласующий трансформатор, образованный элементами 15 и 14 и участками АВ, ВС, DE, EF вибратора. Часть согласующего трансформатора - элементы 14 и 15, как уже говорилось, одновременно является ёмкостью, образующей с индуктивными элементами вибратора колебательный контур. Размеры «б, «в и «г характеризуют параметры настройки вибратора.
Ток, наведённый электромагнитным полем в директорах должен отставать по фазе от тока в вибраторе, что достигается уменьшением их размеров по отношению к размерам вибратора. Как и в вибраторе, элементы директора образуют колебательный контур.
Форма рефлектора антенны аналогична форме вибратора.
Ток, наведённый электромагнитным полем в рефлекторе, должен опережать по фазе ток в вибраторе, что достигается увеличением его размеров по отношению к размерам вибратора. Использование полезных моделей позволит увеличить полосу рабочих частот, увеличить коэффициент усиления и обеспечить простое согласование с фидером при обеспечении узкой диаграммы направленности и уменьшении габаритных размеров антенны.
Заявляемыеполезные модели удовлетворяют критерию промышленной
применимости, т. к. могут быть реализованы в объектах техники с помощью стандартных известных технологий.
2