МОБИЛЬНАЯ СВ/КВ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована для создания малогабаритных приемопередающих антенн для средств связи на подвижных объектах.
Известно, что высоким коэффициентом полезного действия обладают антенны, габаритные размеры которых соразмерны с длиной волны, такие антенны называют полноразмерными. В диапазонах средних волн (СВ) или промежуточных волн (ПВ) длина волны составляет от сотен метров до нескольких километров, что делает невозможным установку и эксплуатацию таких антенн на транспортных средствах.
Известно применение антенн, габаритные размеры которых намного меньше длины волны, также известные как емкостные антенны. Одной из основных проблем антенн такого типа является узкая полоса пропускания, поэтому в антенне с широким диапазоном рабочих частот (например, 400° кГц …3° МГц) трудно обеспечить одновременно высокую скорость перестройки и высокую точность настройки на рабочую частоту.
Известны конструкции малогабаритных антенн с применением укороченного вибратора и согласующего трансформатора, выполненного на незамкнутом магнитопроводе [Патент РФ №2413344 С1. Вибраторная антенна. / Федосов Д.В., Хазан В.Л., Хорварт В.Н. - опубл. 27.02.2011], [Патент РФ №2488927 С1. Перестраиваемая резонансная антенна с согласующим устройством. / Федосов Д.В, Хорварт В.Н., Корнеев Д.А. - опубл. 27.07.2013] содержащие укороченный вибратор и согласующее устройство в виде трансформатора, выполненного на незамкнутом магнитопроводе.
Данные конструкции обладают следующими недостатками:
- в силу малых размеров вибратора, реактивная составляющая его импеданса будет высокой, что требует применения для согласования катушки с высокой индуктивностью, и в связи с этим добротность антенны будет очень высокой, а полоса пропускания очень узкой;
- в конструкциях отсутствует противовес, поэтому любое перемещение находящихся рядом предметов, а также питающего кабеля будет приводить к изменению резонансной частоты антенны и ее рассогласованию, что очень критично в силу узкой полосы пропускания антенны;
- для перестройки используются движущиеся части, что при широкой полосе рабочих частот и узкой полосе пропускания не позволяет достичь высокой скорости перестройки антенны в широком диапазоне рабочих частот;
- применение ферромагнитных материалов в катушках индуктивности накладывает существенные ограничения на максимальную подводимую мощность.
Известна конструкция малогабаритной антенны с вертикальным вибратором с емкостной нагрузкой [Патент РФ №2523959 С1. Вибраторная антенна с емкостной нагрузкой. / Романов Ю.В., Богданов А.В. - Опубл. 27.07.2014], содержащая вибратор, согласующее устройство, состоящее из удлиняющей катушки и трансформатора и противовеса.
Среди недостатков этой конструкции можно выделить:
- антенна не содержит перестраиваемых элементов, в связи с чем невозможна перестройка антенны в пределах полосы рабочих частот;
- применение согласующей катушки на ферромагнитном магнитопроводе ограничивает максимальную подводимую к антенне мощность.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является конструкция малогабаритной вибраторной антенны [Патент РФ №154886 U1. Малогабаритная вибраторная антенна систем сети передачи данных в диапазонах средних и промежуточных волн. / Завьялов С.А., Лянгук А.Н., Фахрутдинов P.P., Чащин Е.А - Опубл. 10.09.2015], содержащая вибратор, противовес, согласующее устройство, состоящее из удлиняющей катушки и трансформатора, внутрь каркаса удлиняющей катушки которой, выполненной на немагнитном диэлектрическом каркасе, введен электрод, образующий вместе с витками катушки добавочную емкость и имеющий возможность перемещения вдоль оси катушки.
Данная конструкция обладает следующими недостатками:
- наличие движущихся частей в виде подвижного электрода внутри каркаса согласующей катушки индуктивности требует наличие механического привода, что является фактором, снижающим надежность антенны, особенно при ее мобильном использовании (на движущемся транспортном средстве);
- низкая оперативность перестройки антенны в полосе частот подвижным электродом.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение быстрой перестройки антенны с высокой точностью настройки на рабочую частоту без применения движущихся частей.
Данный технический результат достигается тем, что в вибраторную антенну, содержащую вибратор, противовес, согласующее устройство, состоящее из трансформатора и удлиняющей катушки с внутренним каркасом, выполненной на немагнитном диэлектрическом каркасе, согласно заявляемому техническому решению, внутрь каркаса удлиняющей катушки введены N неподвижных электродов, каждый из которых образует вместе с витками катушки емкость, и N коммутаторов, каждый из которых выполнен с возможностью электрического присоединения и отсоединения с противовесом соответствующего ему электрода из N введенных электродов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом (фиг. 1), на котором приведена конструкция перестраиваемой вибраторной антенны с удлиняющей катушкой, рядом из N неподвижных электродом и N коммутаторов, и электрической схемой (фиг. 2) перестраиваемой вибраторной антенны.
Перестраиваемая вибраторная антенна состоит из вибратора 1, согласующего устройства на основе удлиняющей катушки 4 с внутренним каркасом внутрь которого введены N неподвижных электродов 3, образующих совместно с витками катушки 4 и материалом каркаса 2 N конденсаторов. Каждый из N электродов подключен к противовесу 6 через отдельный коммутатор из N коммутаторов 5. Вибратор 1 электрически соединен с первым концом удлиняющей катушки 4, выполненной на диэлектрическом каркасе 2. Второй конец удлиняющей катушки электрически соединен с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора 7. Другой вывод вторичной обмотки трансформатора 7 подключен к противовесу 6. Внутри каркаса 2 находится N неподвижных электродов 3 одинаковой или разной площади, установленных на одной или на разной высоте, выполненных из проводящего материала. Трансформатор 7 может быть выполнен любым способом, в частности, на замкнутом магнитопроводе. Вместо трансформатора 7 возможно применение автотрансформатора. К первичной обмотке трансформатора 7 подключается приемопередающее оборудование. В качестве противовеса 6 может использоваться любой массивный предмет из проводящего материала, в частности кузов транспортного средства, специально выполненный проводник или система проводников.
Перестраиваемая вибраторная антенна работает следующим образом. Импеданс укороченной антенны носит комплексный характер и состоит из сопротивления излучения, сопротивления потерь и реактивного сопротивления емкостного характера. Индуктивность 4 компенсирует емкостную составляющую импеданса электрически малой антенны, и вместе с емкостью, образуемой вибратора 1 и противовесом 6 образует антенный контур. Электроды 3 вместе с витками катушки 4 и диэлектрическим каркасом катушки 2 образуют N конденсаторов. При подключении электродов 3 коммутаторами 5 к противовесу 6, их емкость подключается в антенный контур. При переключении коммутаторов 5 изменяется число подключенных электродов 3 к противовесу 6, что приводит к изменению емкости антенного контура и, как следствие, резонансной частоты антенны. Таким образом, переключением коммутаторов 5 достигается настройка на рабочую частоту. Размеры электродов 3, их площадь и место установки внутри каркаса 2 выбираются таким образом, чтобы обеспечить возможность настройки антенны на произвольную частоту в требуемой полосе рабочих частот. Трансформатор 7 согласует активную составляющую импеданса антенны с импедансом приемопередатчика.
Положительный эффект быстрой перестройки антенны без применения движущихся частей достигается добавлением отключаемых с помощью коммутаторов N электродов, образующих добавочные емкости в антенном контуре, что дает возможность быстрой настройки антенны на рабочую частоту без использования движущихся частей.
Вибраторная антенна была реализована с использованием алюминиевого вибратора, удлиняющей катушки, выполненной на полиэтиленовом диэлектрическом каркасе с внешним диаметром 90 мм. К внутренней поверхности каркаса катушки был прикреплен лист из гибкого стеклотекстолита, на поверхности которого из медной фольги были изготовлены электроды из медной фольги. Каждый электрод подключался к противовесу с помощью реле. Диапазон перестройки составил 400…500 кГц. С учетом типового времени переключению одного реле согласно технической документации на реле, составляющем около 3 мсек, потенциальная скорость перестройки при использовании десяти реле (N=10) составляет не более 30 миллисекунд.
Достигаемый технический результат заявленной полезной модели заключается в обеспечении высокой оперативности перестройки и точной настройке антенны без применения движущихся частей.