Составной конический несимметричный вибратор
COMPOSITE CONICAL ASYMMETRIC VIBRATOR

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и в частности составной конический несимметричный вибратор (СКНВ) может быть использован в качестве приемной и/или передающей ультракоротковолновой (УКВ) антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями, применяемыми для подвижных объектов связи.
Известны конические вибраторы, описанные в книге «Антенны УКВ» под ред. Г.З. Айзенберга, ч. 1. М.: Связь, 1977, стр. 180-182.
max
Однако указанная антенна имеет относительно большие электрические размеры при заданном рабочем диапазоне волн, т.е большое соотношение физической длины образующей конуса к наибольшей длине волны λ в заданном диапазоне волн.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по своей технической сущности и числу существенных признаков к заявленной антенне является конический несимметричный вибратор (КНВ), описанный в книге «Антенны УКВ» под ред. Г.З. Айзенберга, ч. 1. М.: Связь, 1977, стр. 183-185.
max
Однако ближайший аналог имеет недостаток - относительно большие электрические размеры при заданном значении максимальной длины рабочей волны λ, при которой достигается требуемый уровень согласования антенны по сопротивлению.
max
Целью изобретения является разработка составного конического несимметричного вибратора (СКНВ), обладающего меньшими электрическими размерами, т.е. меньшим соотношением l/λ, где l - длина образующей конуса, при одновременном обеспечении требуемого качества согласования.
Сущность изобретения достигается тем, что антенна (фиг. 1) состоит:
1
1
1 - полый металлический конус (ПМК) высотой h и радиусом основания r и углом при вершине α;
2
21
22
2.1 - первый усеченный полый металлический конус (УПМК) высотой h и радиусами оснований r, r;
3
31
32
2.2 - второй усеченный полый металлический конус (УПМК) высотой h и радиусами оснований r, r;
4
41
42
2.3 - третий усеченный полый металлический конус (УПМК) высотой h и радиусами оснований r, r;
3 - проводящая плоскость;
4 - коаксиальный фидер.
1
1
2
21
22
21
1
3
31
32
31
22
4
41
42
41
32
ПМК 1 высотой h и радиусом r и углом при вершине α установлен вертикально над проводящей плоскостью 3 и обращен к ней вершиной, коаксиальный фидер 4, центральный проводник которого подключен к вершине ПМК 1, а экранная оболочка - к проводящей плоскости, первый УПМК 2.1 высотой h и радиусами оснований r, r, соединен основанием радиусом r с основанием радиусом r ПМК 1, второй УПМК 2.2 высотой h и радиусами оснований r, r, соединен с основанием радиусом r с основанием УПМК 2.1 радиусом r, третий УПМК 2.3 высотой h и радиусами оснований r, r, основание радиусом r соединено с основанием УПМК 2.2 радиусом r.
Благодаря новой совокупности существенных признаков обеспечивается увеличение пути тока проводимости по коническим поверхностям, что эквивалентно удлинению конического вибратора и, следовательно, увеличению его электрического размера без увеличения физической высоты и ширин вибратора.
1
max
0
1
2
3
4
max
1
max
21
max
22
31
max
32
41
max
42
0
max
0
max
Аналогичный физический процесс реализуется в электрически коротких вибраторах, в которых путь тока проводимости увеличивается подключением горизонтальных или наклонных проводников к их вершине, например в Г-образных, Т-образных, зонтичных и т.п. вибраторах. Увеличение длины пути тока проводимости снижает реактивную составляющую входного сопротивления электрически короткого вибратора, что эквивалентно некоторому увеличению его действующей высоты. В заявленном СКНВ это же увеличение его электрических размеров реализуется без увеличения его высоты и ширины. Соотношения физических размеров элементов конструкции заявленного СКНВ и его параметров, при которых достигается указанный технический результат, были определены экспериментально и составили: h≥0,04λ; α=90°-100°; h=h+h+h+h≥0,145λ; r≥0,04λ, r≥0,05λ, r=r≥0,09λ, r=r≥0,1λ, r=r≥0,15λ, l≥0,208λ.
Проверка возможности достижения ожидаемого результата была выполнена путем сравнительных измерений качества согласования (коэффициента стоячей волны - КСВ) и формы диаграммы направленности (ДН) заявленного СКНВ и прототипа при следующих условиях.
max
ф
0
0
0
1
21
22
31
32
41
42
0
1
2
3
4
Для заявленной антенны: λ=10 м волновое сопротивление коаксиального фидера ρ=50 Ом, h=1,45 м, l=2,08 м, r=1,5 м, α=90°, r=0,4 м, r=0,5 м, r=r=0,9 м, r=r=1 м, r=r=1,5 м, h=0,4 м, h=0,4 м, h=0,2 м, h=0,45 м.
ф
Для прототипа ρ=50 Ом, h=2,26 м, l=3,2 м, r=2,26 м, α=90°
Результаты измерений, приведенные на фиг. 2 (КСВ) и фиг. 3 (ДН), дают основания для следующих выводов.
0
0
max
max
При равных максимальных физических размерах у заявленного СКНВ l=2,08 м и у прототипа l=2,08 м уровень КСВ≤2 обеспечивается у заявленной антенны начиная с электрической длины образующей конуса l/λ=0,208, у прототипа с электрической длины образующей конуса l/λ=0,32 (см. фиг. 2).
1
max
max
21
max
22
31
max
32
41
max
42
0
max
Высота ПМК 1 выбрана из условия h≥0,04λ, где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона. Угол при вершине СКНВ α выбран в интервале α=90°-100°. Радиусы оснований первого УПМК 2.1, второго УПМК 2.2 и третьего УПМК 2.3 выбраны из условий r≥0,05λ, r=r≥0,09λ, r=r≥0,1λ, r=r≥0,15λ.
Следовательно, в заявленном СКНВ достигается снижение электрических размеров в 1,54 раза. Снижение электрических размеров и возможность формирования неискаженной формы ДН (см. фиг. 3) указывает, что благодаря новой совокупности существенных признаков заявленного СКНВ при его использовании достигается указанный выше результат.
1
max
1
max
2
max
21
max
22
max
21
1
3
max
31
max
32
max
31
22
4
max
41
max
42
max
41
32
Заявленный СКНВ работает следующим образом. При подаче возбуждающей ЭДС по коаксиальному фидеру 6 к точке «А»-«Б» высокочастотный (в.ч.) ток проводимости протекает от точки «А» по внешней поверхности ПМК 1 высотой h=0,04λ и радиусом основания r=0,04λ, далее по внешней поверхности первого УПМК 2 высотой h=0,04λ и радиусами оснований r=0,05λ, r=0,09λ, соединенного основанием радиусом r с основанием ПМК 3 радиусом r, далее по внешней поверхности второго УПМК 3 высотой h=0,02λ и радиусами оснований r=0,09λ, r=0,1λ, соединенного основанием радиусом r с основанием УПМК 2 радиусом r, далее по внешней поверхности третьего УПМК 4 высотой h=0,045λ и радиусами оснований r=0,1λ, r=0,15λ, соединенного основанием радиусом r с основанием УПМК 3 радиусом r.
Таким образом, обеспечивается увеличение пути тока проводимости по коническим поверхностям, что эквивалентно удлинению конического несимметричного вибратора и, следовательно, увеличению его электрического размера без увеличения габаритных размеров антенны, после чего переходит в ток смещения и замыкается через ток проводимости проводящей плоскости 3 на точку «Б» подключения экранной оболочки коаксиального фидера 4. (фиг. 4). При этом путь тока проводимости увеличивается без увеличения физической высоты СКНВ.