Штыревая антенна
STUB ANTENNA

Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано в качестве штыревой широкополосной антенны для установки на стационарных и подвижных объектах радиосвязи.
Уровень техники
Известна двухчастотная антенна, патент РФ Н №2066080, H01Q 9/18 от 27.08.1996 г., содержащая вертикальный вибратор с шунтом, выполненным из отрезка многопроводной линии, где к нижнему концу вертикального вибратора подключен источник питания и присоединены нижние концы проводников многопроводной линии, отличающаяся тем, что проводники отрезка многопроводной линии размещены равномерно вокруг вертикального вибратора на одинаковом расстоянии от него и на расстоянии 1/4 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, от их верхних концов соединены между собой проводящей перемычкой, причем длина вертикального вибратора равна 5/8 длины волны, соответствующей нижней рабочей частоте, а длина отрезка многопроводной линии равна 5/8 длины волны, соответствующей верхней рабочей частоте, и кроме того, диаметры проводников отрезка многопроводной линии равны диаметру вертикального вибратора, расстояние между их осями и осью вертикального вибратора не превышает двух диаметров вертикального вибратора, количество проводников отрезка многопроводной линии кратно двум и эти проводники попарно расположены в диаметрально расположенных плоскостях.
Технические проблемы: малая рабочая полоса частот.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является штыревая антенна в виде несимметричного вибратора с приподнятой точкой питания, представленная в работе Г.Г. Гошин. Устройства СВЧ и антенны. Часть 2, Антенны, Учебное пособие, г. Томск, 2003 г., 130 с, рис. 7.16, показанная на фиг. 1. Устройство содержит основной вертикальный штырь 1, трубчатый проводник - горизонтальный экран 2 и коаксиальный фидер (условно не показан).
2
1
1
2
Устройство работает следующим образом. Бегущая электромагнитная волна типа ТЕМ в коаксиальной линии, распространяющаяся по коаксиальному фидеру, и далее между трубчатым проводником - горизонтальным экраном 2 и основным вертикальным штырем 1, возбуждает волну тока на внешних поверхностях трубчатого проводника - горизонтального экрана 2 и нижней части основного вертикального штыря 1. Распределение тока вдоль указанных поверхностей подобно распределению тока в известной антенне: Техника сверхвысоких частот, Том I /Под ред. Я.Н. Фельда. - М: Сов. радио, 1952 г., с. 116-120, рис. IV.10. Трубчатый проводник - горизонтальный экран 2 как противовес исключает искажение диаграммы направленности за счет поднятия лепестков вверх и уменьшения излучения под малыми углами к горизонту. Антенна излучает вертикально поляризованную электромагнитную волну. Емкостная реактивная часть входного сопротивления антенны в точках «а» и «б» (разомкнутый на конце отрезок линии длиной l<λ/4) компенсируется последовательно включенным с ним (относительно земли) индуктивным сопротивлением нижней части вибратора (короткозамкнутый отрезок линии длиной l<λ/4). Подбирая диаметр вибратора и размеры l и l, можно получить 10-15% полосу пропускания антенны по уровню КСВ не более 2,5…3. Технические проблемы: относительно узкая ширина рабочей полосы частот.
Раскрытие изобретения
Цель предлагаемого изобретения - расширение рабочей полосы частот.
Техническое решение
В антенну, содержащую вертикальный штырь, выполненный в виде стержня и горизонтальный экран, введены два фильтра нижних частот, два вертикальных штыря, выполненных в виде полых стержней и изолированный второй - нулевой провод, причем первый фильтр нижних частот установлен между основным вертикальным штырем и первым дополнительным вертикальным штырем, второй фильтр нижних частот установлен между первым дополнительным вертикальным штырем и вторым дополнительным вертикальным штырем, первый фильтр нижних частот имеет полосу запирания на верхних частотах рабочего диапазона частот, второй фильтр нижних частот имеет полосу запирания на средних и верхних частотах рабочего диапазона частот, а изолированный второй - нулевой провод проложен внутри полых основного и первого дополнительных вертикальных штырей, подключен одним концом к горизонтальному экрану и присоединен к земляным точкам первого и второго фильтров нижних частот.
На чертежах показаны: прототип (фиг. 1), штыревая антенна (фиг. 2).
Осуществление изобретения
На фиг. 2 показано предлагаемое устройство. Устройство содержит основной вертикальный штырь 1, заключенный в трубчатый проводник - горизонтальный экран 2. Первый фильтр нижних частот 3 установлен между основным вертикальным штырем и первым дополнительным вертикальным штырем 4. Второй фильтр нижних частот 5 установлен между первым дополнительным вертикальным штырем и вторым дополнительным вертикальным штырем 6. Первый дополнительный вертикальный штырь и второй дополнительный вертикальный штырь установлены последовательно и соосно с основным вертикальным штырем. Изолированный второй - нулевой провод 7 в изоляции 8 проложен внутри полых основного и первого дополнительных вертикальных штырей, подключен одним концом к горизонтальному экрану в точке «а» и присоединен к земляным точкам первого и второго фильтров нижних частот в точках «б» и «в» соответственно.
Предлагаемая штыревая широкополосная антенна работает следующим образом.
На высоких частотах диапазона антенна работает как несимметричная трубчатая антенна постоянного поперечного сечения, с трубчатым проводником, описанная в работе: [1] - Техника сверхвысоких частот. Под ред. Я.Н. Фельда. «Сов. радио», 1952 г., с. 115-120, рис. IV.1 г.). Внешняя оболочка трубчатого проводника используется как излучатель - основной вертикальный полый штырь 1, а внутренняя - как внешний проводник коаксиальной линии передачи, возбуждающей антенну - трубчатый проводник в данном случае горизонтальный экран 2. На высоких частотах рабочего диапазона благодаря тому, что первый фильтр нижних частот 3 имеет полосу запирания не менее 25 дБ на верхних частотах рабочего диапазона частот, первый дополнительный вертикальный штырь 4, второй фильтр нижних частот 5 и второй дополнительный вертикальный штырь 6, установленные последовательно и соосно с основным вертикальным штырем, не подключены к проводникам коаксиальной линии передачи, возбуждающей антенну. Работа по переменному току первого и второго фильтров нижних частот обеспечивается подключением изолированного второго - нулевого провода 7 в изоляции 8, который проложен внутри полости основного и первого дополнительных вертикальных штырей и подключен к горизонтальному экрану в точке «а» и к земляным точкам первого и второго фильтров нижних частот в точках «б» и «в» соответственно.
На средних частотах диапазона антенна работает как несимметричная трубчатая антенна постоянного поперечного сечения, с трубчатым проводником, состоящим из соосного соединения основного вертикального полого штыря, первого фильтра нижних частот и первого дополнительного вертикального штыря, поскольку на средних частотах диапазона первый фильтр нижних частот имеет полосу пропускания с потерями в полосе не более 0,3 дБ, второй фильтр нижних частот имеет полосу запирания не менее 25 дБ на средних и верхних частотах рабочего диапазона частот.
На нижних частотах диапазона антенна работает как несимметричная трубчатая антенна постоянного поперечного сечения, с трубчатым проводником, состоящим из соосного соединения основного вертикального полого штыря, первого фильтра нижних частот, первого дополнительного вертикального штыря, второго фильтра нижних частот и второго дополнительного вертикального штыря, поскольку на нижних частотах первый фильтр нижних частот имеет полосу пропускания на нижних частотах диапазона с потерями в полосе не более 0,3 дБ, второй фильтр нижних частот имеет полосу пропускания на нижних частотах диапазона с потерями в полосе не более 0,3 дБ.
На высоких частотах диапазона бегущая электромагнитная волна типа ТЕМ в коаксиальной линии, распространяющаяся по коаксиальному фидеру, и далее между внешней поверхностью основного вертикального штыря и внутренней поверхностью трубчатого проводника - горизонтального экрана 2, возбуждает волну тока на указанных поверхностях. Распределение тока вдоль указанных поверхностей подобно распределению тока в известной антенне: [2] - Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие для вузов. Сов. радио, 1974 г., 368 с, рис. 6.9, с. 129.
На средних частотах диапазона бегущая электромагнитная волна типа ТЕМ в коаксиальной линии, распространяющаяся по коаксиальному фидеру, возбуждает волну тока между внутренней поверхностью трубчатого проводника - горизонтального экрана и внешней поверхностью вертикального штыря, образованного соосным соединением основного вертикального полого штыря, первого фильтра нижних частот 3 и первого дополнительного вертикального штыря 4, с распределением тока вдоль указанных поверхностей, как и в работе [2]. На низких частотах диапазона бегущая электромагнитная волна типа ТЕМ в коаксиальной линии, распространяющаяся по коаксиальному фидеру, возбуждает волну тока между внутренней поверхностью трубчатого проводника - горизонтального экрана и внешней поверхностью вертикального штыря, образованного соосным соединением основного вертикального полого штыря, первого фильтра нижних частот 3, первого дополнительного вертикального штыря 4, второго фильтра нижних частот 5 и второго дополнительного вертикального штыря 6, с распределением тока вдоль указанных поверхностей, как и в работе [2].
Высокочастотная, среднечастотная и низкочастотная антенны излучают вертикально поляризованные электромагнитные волны подобно несимметричным трубчатым антеннам постоянного поперечного сечения в виде обычных цилиндрических вибраторов. Описанные режимы работы антенны обеспечивают согласование антенны с коаксиальным фидером в более чем трехкратном диапазоне частот с КСВ не более 3.