СВЕРХШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА ДЛЯ ДИАПАЗОНА ДМВ2
SUPER-WIDE BAND ANTENNA FOR THE DMV2 RANGE

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к широкополосным антеннам приемопередающих устройств для связи между стационарными объектами или наземными объектами с изменяющимся во времени их взаимным расположением, функционирующих в диапазоне ДМВ2. Кроме того, изобретение относится к антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.
Известны антенны диапазона ДМВ2, использующие несимметричный вибратор с широкополосным согласующим устройством в основании, например, антенны MVDP500X6 фирмы Hascall-Denke (США), WB525G фирмы COJOT (Финляндия), AD-64/A фирмы TRIVAL ANTENE (Словения), RF-3186-АТ320 фирмы HARRIS (США). Наиболее полно технические характеристики приведены для антенны MVDP500X6 фирмы Hascall-Denke: коэффициент стоячей волны КСВ в диапазоне рабочих частот антенны составляет не более 3,0; коэффициент усиления Ку находится в пределах от -1,5 до 2,5 dBi. Необходимо отметить, что Ку приведен не в направлении горизонта, а в направлении максимального усиления, что следует из графика, приведенного в спецификации, на котором в направлении горизонта виден «провал» Ку более  -10 dBi на частоте 2450 МГц. На практике для получения необходимой дальности связи важен Ку именно в направлении горизонта.
Несимметричный вибратор с широкополосным согласующим устройством в основании может быть небольшого диаметра, но имеет небольшой коэффициент перекрытия по частотному диапазону без дробления диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Кроме того, неизбежны дополнительные потери в широкополосном согласующем устройстве.
Использование дипольных схем, построенных с использованием коаксиальных излучателей цилиндрической формы, известно давно, например из патентов США US 2462865 (опубликован 01.03.1949; МПК Н01Р 5/02, H01Q 9/16) и US 3100893 (опубликован 13.08.1963; МПК H01Q 9/14, H01Q 9/18).
Также известно использование перевернутого стакана цилиндрической формы в качестве нижнего плеча диполя, например из патента США US 6215451 стержень, выполненный цилиндрическим. Один конец стержня соединен с днищем стакана второго излучающего элемента 2, а другой его конец расположен снаружи стакана второго излучающего элемента 2. Коаксиальный кабель 4 пропущен внутри перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1. Оплетка коаксиального кабеля 4 соединена с днищем перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1, а его центральная жила через отверстие в днище перевернутого стакана соединена с днищем стакана второго излучающего элемента 2.
Стержень третьего излучающего элемента 3 выполнен ступенчатым. Ступенька 5 расположена внутри стакана второго излучающего элемента 2. Длина стакана второго излучающего элемента 2 выполнена меньшей, чем длина перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1.
Дополнительно может быть введен коаксиальный разъем 6, подсоединенный к концу коаксиального кабеля 4, выведенного наружу перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1.
Работает широкополосная антенна следующим образом.
Устройство представляет собой несимметричный вертикальный диполь. Антенна выполнена в виде системы внешних и внутренних излучателей, по которым распределяются токи в зависимости от частоты. Кроме того, третий излучающий элемент 3, стержень, имеет ступенчатую конструкцию, что дополнительно улучшает диаграмму направленности, которая получается без дробления главного лепестка.
Коаксиальный кабель 4 от входного разъема 2 проходит внутри первого нижнего излучающего элемента 1, являющегося нижним плечом несимметричного диполя.
Оплетка коаксиального кабеля 4 присоединяется к днищу (внутри) перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1, а центральная жила коаксиального кабеля 4 в изоляции проходит через отверстие в днище указанного перевернутого стакана и присоединяется к днищу стакана второго излучающего элемента 2, являющегося частью верхнего плеча несимметричного диполя.
Один конец стержня со ступенькой 5 третьего излучающего элемента 3 соединен с днищем стакана второго излучающего элемента 2, а другой его конец выведен наружу.
В высокочастотной части диапазона частот основным излучателем является более короткий стакан второго излучающего элемента 2. В низкочастотной части «работает», в основном третий излучающий элемент 3 - стержень со ступенькой 5. Разделение излучателя по длине на два параллельных коаксиальных элемента не только расширяет диапазон рабочих частот, но и позволяет значительно уменьшить дробление главного лепестка диаграммы направленности в высокочастотной части диапазона. Кроме того, этой же цели служит ступенчатая конструкция третьего излучающего элемента 3, которая уменьшает эффект появления противофазных токов, когда длина излучателя превышает половину длины волны.
Диаметры первого нижнего излучающего элемента 1 и второго излучающего элемента 2 выбираются минимально достаточными для получения заданной полосы рабочих частот. Длина первого нижнего излучающего элемента 1 выбирается примерно на 50% большей, чем длина второго излучающего элемента 4.
Ближайший аналог согласно US 2014247193 описывает антенну, которая работает в диапазоне UHF, то есть между 300 и 3000 МГц, однако ширина именно рабочей полосы частот антенны-аналога лишь 4-кратная (как следует из фигуры 4В), например, от 300 до 1200 МГц или от 500 до 2000 МГц.
Предлагаемая в настоящем изобретении антенна имеет 5-кратную ширину рабочего диапазона без дробления главного лепестка, а если его не учитывать, то гораздо шире - от 400 до 2800 МГц. Отсутствие дробления главного лепестка диаграммы направленности обеспечивается ступенчатым стержнем третьего излучающего элемента 3, расположенным коаксиально в верхнем стакане второго излучающего элемента 2. Кроме того, сверхширокополосная антенна диапазона ДМВ2 обеспечивает КСВ не более 3,0 в диапазоне рабочих частот от 500 до 2500 МГц и Ку от минус 2 до 3 дБ в направлении горизонта.
Наиболее успешно заявленная сверхширокополосная антенна диапазона ДМВ2 промышленно применима для связи между стационарными объектами или подвижными объектами, например передвижными радиостанциями.