КОЛЬЦЕВАЯ ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА
ANNULAR SLIT ANTENNA

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике метрового и дециметрового диапазонов длин волн и может быть использовано для обеспечения радиосвязи в этих диапазонах длин волн на стационарных и подвижных, включая летно-подъемные, объектах различного назначения.
Известны кольцевые щелевые антенны, содержащие прорезанные в металлическом листе кольцевые щели, прикрываемые с одной стороны с одной стороны круговыми цилиндрическими эндовибраторами /1, 2/.
Недостатком указанных выше антенн является то, что диаграммы направленности антенн в вертикальной плоскости, создаваемые дециметровой частью антенны подобны диаграммам направленности ее метровой части. При этом условия распространения радиоволн метрового и дециметрового диапазонов длин радиоволн разные. Если метровые волны огибают небольшие неровности земли, проходят через уплотненные кустарники, другие местные предметы, то дециметровые волны такими возможностями не обладают. Необходима прямая видимость, и такая работа, чтобы исключить влияние местных предметов. То есть под углами места, стремящимися к зениту, а не к земле.
Для устранения указанных недостатков в кольцевой щелевой антенне /2/, выбранной в качестве прототипа, во втором малом эндовибраторе, заполненном радиопрозрачным диэлектриком либо используемом без него, вместо цилиндрической части применяется параболическая вырезка с переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости металлическое круговое кольцо. Коническая часть малого эндовибратора остается без изменений.
Это позволяет получить технический результат: повысить угол места к горизонту максимума излучения мощности дециметрового диапазона антенны для обеспечения радиосвязи с объектами связи не менее чем в два раза, повысить энергетику радиолиний за счет снижения влияния местных предметов: леса, кустарников, возвышенностей на 3-4 дБ.
На фигуре 1 изображен в разрезе общий вид известной кольцевой щелевой антенны /2/, выбранной в качестве прототипа. Кольцевая щелевая антенна содержит первый большой конически-цилиндрический эндовибратор, заполненный радиопрозрачным диэлектриком, либо используется без него, состоящий из конической части 1 и цилиндрической части 2, переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости первое металлическое круговое кольцо 3, второй, но уже меньшего размера, по сравнению с первым, конически-цилиндрический эндовибратор, подобный первому эндовибратору, состоящий из конической части 4 и цилиндрической части 5, переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости второе металлическое круговое кольцо 6, первую кольцевую излучающую щель 7, находящуюся между минимальной окружностью первого кругового кольца 3 и максимальной окружностью второго кругового кольца 6, вторую кольцевую излучающую щель 8, находящуюся между минимальной окружностью второго кругового кольца 6 и окружностью периметра диска 9. Первый радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания имеет внутреннюю цилиндрическую полость вдоль всего трубчатого металлического центрального провода, экранная оболочка 10 этого провода электрически присоединяется к конической части 1 снизу у вершины конуса, а центральный провод первого кабеля питания 11, находящийся в трубчатой диэлектрической изолирующей оболочке 12, выходит через отверстие возле вершины конуса и электрически присоединяется к конической части 4 снизу возле вершины конуса. Второй радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания имеет сплошную экранную оболочку, в качестве которой используется внутренняя металлическая поверхность трубчатого центрального провода первого радиочастотного несимметричного коаксиального кабеля питания 11. Эта экранная оболочка второго кабеля снизу электрически соединяется с конической частью 4 малого конически-цилиндрического эндовибратора возле вершины ее конуса. Центральный металлический провод второго кабеля питания 14 в трубчатой изолирующей диэлектрической оболочке 13, выходит через отверстие у вершины дополнительного конуса и электрически соединяется с центром диска 9.
На фигуре 2 изображен в разрезе общий вид заявляемой кольцевой щелевой антенны. Кольцевая щелевая антенна содержит первый конически-цилиндрический эндовибратор, заполненный радиопрозрачным диэлектриком, либо используется без него, состоящий из конической части 11 и цилиндрической части 12, переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости первое металлическое большое круговое кольцо 13, второй малый конически-параболический эндовибратор, состоящий из конической части 14 и параболической части 15, переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости второе малое металлическое круговое кольцо 16, первую кольцевую излучающую щель 17, находящуюся между минимальной окружностью первого большого кругового кольца 13 и максимальной окружностью второго кругового кольца 16, вторую кольцевую излучающую щель 18, находящуюся между минимальной окружностью второго кругового кольца 16 и окружностью периметра диска 19. Первый радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания имеет внутреннюю цилиндрическую полость вдоль всего трубчатого металлического центрального провода, экранная оболочка 20 этого провода электрически присоединяется к конической части 11 снизу у вершины конуса, а центральный провод первого кабеля питания 21, находящийся в трубчатой диэлектрической изолирующей оболочке 22, выходит через отверстие возле вершины конуса и электрически присоединяется к конической части 14 снизу возле вершины конуса. Второй радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания имеет сплошную экранную оболочку, в качестве которой используется внутренняя металлическая поверхность трубчатого центрального провода первого радиочастотного несимметричного коаксиального кабеля питания 21. Эта экранная оболочка второго кабеля снизу электрически соединяется с конической частью 14 образованного конически-параболического эндовибратора возле вершины ее конуса. Центральный металлический провод второго кабеля питания 24 в трубчатой изолирующей диэлектрической оболочке 23, выходит через отверстие у вершины конуса и электрически соединяется с центром диска 19.
Заявляемая кольцевая щелевая антенна работает следующим образом. При подведении высокочастотного напряжения метровых или дециметровых длин волн к входу первого радиочастотного кабеля питания на его выходе между центральным проводом 21 и его экранной оболочкой 20 появится напряжение, создающее возбуждение первого диапазона, прикладываемое к зазору между двумя вершинами конусов первого и второго эндовибраторов. Поскольку второй эндовибратор выполняет роль эквивалентного по емкости электрического диска, то возникает электромагнитное возбуждение в полости между двумя эндовибраторами, как это обычно происходит при возбуждении дискоконической антенны. В результате происходит излучение в верхнее полупространство от первой кольцевой щели 17 и не происходит излучение в нижнее полупространство, то есть ниже эндовибратора. Тем самым изолируется излучение снизу от влияния электрических параметров среды, в которой размещается антенна. Средняя длина окружности кольцевой цели при отсутствии диэлектрика выбирается равной среднегеометрической длине волны требуемого диапазона первого радиоканала. Причем она может уменьшаться, если заполнять эндовибратор упрочняющим антенну диэлектрическим материалом. При получении от другого источника высокочастотного напряжения к входу второго радиочастотного кабеля питания, образованного внутренней проводящей поверхностью центрального провода первого кабеля 21, используемой в качестве экранной оболочки второго кабеля, и центрального провода 24 в диэлектрической оболочке 23, на его выходе, как и предыдущем случае, между его центральным проводом и его экранной оболочкой появляется напряжение возбуждения, которое прикладывается к зазору между вершиной конусной части второго конически-параболического эндовибратора и центром диска 19. В результате такого электромагнитного возбуждения полости между вторым эндовибратором и диском 19, подобно дискоконусной антенне, происходит излучение в верхнее полупространство второй кольцевой щели. Как и первая щель 17, вторая щель 18 изолирована снизу от влияния электрических параметров среды размещения антенны посредством эндовибратора. Средняя длина окружности второй кольцевой щели выбирается равной среднегеометрической длине волны требуемого второго диапазона радиоканала.
Проведенные исследования показали, что полученный технический результат, достигнутый за счет введения в конструкцию кольцевой щелевой антенны отражателя высокочастотной энергии дециметрового диапазона длин волн в виде параболической вырезки, коррекции формы облучающего ее щелевого облучателя, заключается в том, что появилась возможность поднять угол места к горизонту максимума излучения мощности дециметрового диапазона антенны для обеспечения радиосвязи с летно-подъемными объектами (аэростаты-ретрансляторы, самолеты-ретрансляторы и т.д.) и высотными стационарными объектами не менее чем в два раза. Достигнуто также уменьшение влияния на радиосвязь местных предметов: леса, кустарников, возвышенностей, на 3-4 дБ повысилась энергетика радиолинии. Таким образом, поставленная цель - разработка устройства, позволяющего увеличить угол места к горизонту для расширения возможностей обеспечения радиосвязи с расширенным количеством объектов, снижения влияния на связь местных предметов, дополнительного увеличения потенциала радиолиний связи, - достигнута.
Это подтверждает перспективность реализации заявляемой кольцевой щелевой антенны на объектах радиосвязи различного назначения.
Достижение полученного выше технического результата проводилось путем исследования моделей заявляемого устройства.
Источники информации
1. Артамошин А.Д., Горбаченко П.З., Кира В.Н., Лебедев И.Б., Медников Б.М., Николаев В.И., Фидельман В.Е. Кольцевая щелевая антенна. Патент РФ №2189675, 2002.
2. Антропов Д.А., Артамошин А.Д., Перфилов О.Ю., Фидельман В.Е. Патент РФ №2589774, 2016.