ЗИГЗАГООБРАЗНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Заявляемое техническое решение относится к антенной технике и касается конструкции зигзагообразного излучателя, предназначенного для диапазонной направленной антенны, работающей в метровом и дециметровом диапазонах длин волн. Полезная модель может быть использована в системах приема телевизионных передач, а также в других системах связи, функционирующих в указанных волновых диапазонах.
Уровень техники
Известен излучатель диапазонной направленной антенны (см. описание к авт. св-ву №138277, опубл. 1961 г.), сформированный зигзагообразными проводниками с замкнутыми между собой концами, образующими две ромбические ячейки, в общей разомкнутой вершине которых расположены точки присоединения фидера антенны (точка питания). Полотно излучателя поддерживают металлические стойки, установленные в точках соединения проводников, т.е. в точках нулевого потенциала, и опирающиеся на параллельно расположенную поверхность рефлектора антенны.
Конструкция излучателя характеризуется ограниченными геометрическими размерами, поскольку увеличение размеров зигзагообразных проводников, несмотря на наличие боковых опорных стоек, ведет к неустойчивости положения полотна излучателя, что предопределяет искажение электрических характеристик антенны в процессе ее эксплуатации. Вместе с тем увеличение размеров излучателя позволяет повысить коэффициент усиления антенны, и, следовательно, решение задачи, заключающейся в повышении жесткости конструкции зигзагообразного излучателя, является весьма актуальной.
Известно решение излучателя (см. патент на полезную модель RU №68784, МПК H01Q 9/16, опубл. 27/11/2007), зигзагообразные проводники которого образуют две ромбические ячейки, размещенные симметрично относительно точки питания, при этом стороны ромбических ячеек, примыкающие к точке
питания, выполнены, по меньшей мере, из двух, веерно исходящих от точки питания проводников. Полотно излучателя закреплено относительно плоскости рефлектора с помощью трех стоек: двух боковых, установленных в точках нулевого потенциала, и одной центральной, скрепляющей центральную часть излучателя с рефлектором.
Наличие трех стоек, удерживающих полотно зигзагообразного излучателя относительно рефлектора, позволяет выполнить этот излучатель из проводников, имеющих большие, чем принято для такого рода антенн, геометрические размеры. Однако установка дополнительной стойки не решает проблему повышения жесткости излучателя как такового. При этом металлическая стойка, размещенная в центре полотна антенны, вносит дополнительные потери, снижая коэффициент усиления антенны.
В качестве прототипа заявляемой полезной модели принята конструкция зигзагообразного излучателя, информация о котором приведена в следующей книге: В.П.Кисмерешкин. Телевизионные антенны для индивидуального приема. М., Изд-во «Радио и Связь», 1982 г., стр.31. Излучатель, принятый за прототип, образован зигзагообразными проводниками, образующими две ромбические ячейки, размещенные симметрично относительно точки питания. При этом внутри ромбических ячеек расположены дополнительные проводники, исходящие из зоны подключения кабеля питания и соединенные концами со сторонами ромбических ячеек, завершающимися точками нулевого потенциала.
Также, как и в выше описанном аналоге (авт. св-во №138277), известный зигзагообразный излучатель, принятый за прототип, имеет рекомендуемые для таких излучателей геометрические размеры. Увеличение геометрических размеров, наряду с усиливающейся в этом случае проблемой согласования волнового сопротивления питающего 75-Омного кабеля и сопротивлений (активного и реактивного) на клеммах питания, приводит к проблеме неустойчивости полотна излучателя в пространстве в связи с недостаточной жесткостью конструкции излучателя. Слишком большой излучатель при закреплении к рефлектору посредством боковых стоек прогибается в центральной части, в итоге полотно антенны отклоняется от плоскости,
параллельной плоскости рефлектора, что отрицательно сказывается на электрических свойствах антенны.
Раскрытие полезной модели
Заявляемой полезной моделью решается задача создания зигзагообразного излучателя, характеризующегося повышенной механической жесткостью и имеющего конструкцию, обеспечивающую устойчивое положение проводников излучателя в пространстве без прогибов центральной части его полотна.
Вышеуказанная задача решена за счет того, что в конструкции зигзагообразного излучателя, полотно которого сформировано выполненными из металлической трубки зигзагообразными проводниками, образующими, по меньшей мере, две ромбические ячейки, размещенные симметрично относительно точки питания, и дополнительными проводниками, размещенными внутри упомянутых ячеек с расположением под острым углом к их сторонам, исходящим от точки питания, и состыкованными торцевым концом с боковой поверхностью зигзагообразного проводника в части, образующей стороны ячейки, завершающиеся точками нулевого потенциала, согласно заявляемой полезной модели дополнительные проводники, расположенные по одну сторону условной линии, проходящей через точки нулевого потенциала, и из которых один дополнительный проводник размещен внутри одной ромбической ячейки, а другой дополнительный проводник - внутри второй ячейки, образованы единым для упомянутых проводников, стержнем, размещенным с наложением его срединной части на угловой изгиб зигзагообразного проводника, расположенный вблизи точки питания, и жестко связанным с ним в местах перекрещивания.
Техническим результатом заявляемого решения является усиление жесткости рамочной конструкции, которая образована проводниками излучателя. Указанный технический результат достигается благодаря исполнению, по меньшей мере, двух дополнительных проводников, размещенных в двух смежных ячейках излучателя в виде единого, цельного по длине стержня пропущенного практически по всему размеру излучателя, благодаря расположению этого стержня с наложением его срединной части на угловой участок (изгиб) зигзагообразного проводника, и благодаря скреплению
стержня и зигзагообразного проводника в местах их перекрещивания посредством жесткой связи (в частности, сваркой, заклепочным или болтовым соединением), а также за счет того, что стержень и зигзагообразный проводник имеют определенную толщину, и при наложении одного на другое между их осями всегда имеется определенное расстояние. При наличии совокупности перечисленных существенных признаков, ось стержня в такой рамочной конструкции расположена под углом к плоскости полотна антенны, образованной зигзагообразными проводниками. При исполнении стержня из металлической трубки, аналогичной трубкам, из которых выполнены зигзагообразные проводники, расстояние между осями стержня и зигзагообразного проводника в месте их перекрещивания равно сумме радиусов перекрещивающихся трубок. Треугольник, образованный осью стержня, линией его проекции на плоскость ромбической ячейки и жесткой связью, размер которой обусловлен радиусами перекрещивающихся трубок, является жесткой фигурой, повышающей жесткость рамочной конструкции излучателя в целом, и уменьшающей степень прогиба полотна излучателя в его центральной части при установке излучателя на боковые стойки, закрепленные в точках нулевого потенциала. Вместе с тем, стержень наложен на угловой изгиб зигзагообразного проводника, и в своей срединной части жестко связан с трубкой этого проводника в двух точках, являющихся местами перекрещивания этих элементов. Следовательно, срединная часть стержня и угловой участок зигзагообразного проводника в зоне его изгиба также образуют жесткий треугольник, повышающий прочностные характеристики конструкции излучателя. При конкретном исполнении заявляемого устройства является целесообразным выполнить стержень в срединной части несколько изогнутым по дуге и на угловой изгиб зигзагообразного проводника наложить стержень этой изогнутой срединой с ориентацией дуги изгиба выпуклостью в сторону точки питания излучателя. При исполнении срединной части стержня в форме дуги, в связи с небольшим расстоянием между точками (местами) перекрещивания стержня и зигзагообразного проводника, сохраняется жесткость вышеописанного треугольника, сформированного стержнем и угловым изгибом зигзагообразного проводника. При такой реализации заявляемого решения
расположенные внутри ячеек участки стержня близки к прямолинейным проводникам, что обеспечивает их электрические характеристики, идентичные характеристикам проводников-лучей, размещенных в рамочных ячейках излучателя, принятого за прототип.
В связи с тем, что конструкции зигзагообразных излучателей, как правило, являются симметричными, заявляемая полезная модель включает, по меньшей мере, два стержня, размещенные симметрично относительно условной линии, проходящей через точки нулевого потенциала.
Жесткая связь между стержнем и зигзагообразным проводником, реализуется, преимущественно, методом сварки, т.е. наиболее распространенным способом крепления элементов антенны, применяемым при изготовлении этой продукции.
При соответствующих геометрических размерах проводников излучателя жесткость его рамочной конструкции и устойчивость положения его полотна будут максимальными при выполнении стержня составным из двух продольных элементов: наружной оболочки из токопроводящего материала, и вплотную охватываемого наружной оболочкой продольного элемента в виде «сердцевины» стержня, выполненного из материала, прочность которого выше прочности материала наружной оболочки. В этом случае токопроводящие свойства стержня идентичны как, если бы стержень был выполнен полностью из трубки алюминиевого сплава, т.е. составной стержень в излучателе работает как проводник должным образом. Вместе с тем, благодаря повышенной прочности сердцевины стержня, он в целом обладает наибольшим сопротивлением к различным механическим нагрузкам и наилучшим образом усиливает конструкцию излучателя.
Конструкция и расположение стержня, образующего дополнительные проводники излучателя, позволяет выполнить его с согласующими неоднородностями в виде металлических отрезков, размещенных в ромбических ячейках параллельно вектору электрической составляющей поля.
Усиление прочностных характеристик рамочной конструкции излучателя дает возможность выполнить его с геометрическими размерами, превышающими размеры, рекомендуемые для такого вида антенн. При
H
H
H
конкретной реализации заявляемой полезной модели излучатель может быть выполнен с размером в плоскости вектора напряженности магнитного поля (8н) не менее 0,98 λ., где λ - длина волны нижней частоты рабочего диапазона. Для изготовления зигзагообразных проводников является предпочтительным использование трубки из алюминиевого сплава, имеющей диаметр 0,015-0,03 λ. При необходимости, стержни, формирующие дополнительные проводники, могут быть выполнены с круглым, квадратным, или прямоугольным поперечным сечением, или с поперечным сечением в форме швеллера. Исполнение стержней трубчатой формы технологично, и поэтому является предпочтительным. В случае изготовления стержня составным, токопроводящая оболочка выполняется алюминиевой или медной, и может быть изготовлена из трубки соответствующих внутреннего и внешнего диаметров. Преимущественно, исходя из баланса стоимости и качества, токопроводящая оболочка изготовлена из алюминиевых сплавов. Продольный элемент предпочтительно, выполнить стальным, в частности, из Ст.10.
H
H
H
H
H
Согласующие неоднородности могут быть выполнены в виде отрезков трубки из алюминиевого сплава диаметром 0,015-0,03 λ. и длиной 0,08-0,12 λ. Размещены эти отрезки на участках стержней внутри ячеек, т.е. на дополнительных проводниках. При исполнении стержней из алюминиевой трубки диаметром 0,015-0,03 λ, согласующие неоднородности размещают на расстоянии от точки питания, равном 0,1-0,15 λ, где λ - длина волны нижней частоты рабочего диапазона.
Краткое описание чертежей
Заявляемое техническое решение поясняется следующими чертежами:
На фиг.1 схематично представлен заявляемый зигзагообразный излучатель, вид сверху (вид в плане);
На фиг.2 - вид А на фиг.1;
На фиг.3 - схема, показывающая взаиморасположением осей зигзагообразных проводников и стержней, вид в плане;
На фиг.4 - схема, показывающая взаиморасположением осей зигзагообразных проводников и стержней в плоскости, ортогональной плоскости полотна излучателя;
На фиг.5 - сечение С-С на фиг.1;
Осуществление полезной модели
1
Зигзагообразный излучатель, конструкция которого представлена на иллюстрирующих заявляемое решение чертежах, содержит выполненные из металлической трубки зигзагообразные проводники 1 и 2, замкнутые между собой концами и образующие две ромбические ячейки 3 и 4, в общей разомкнутой вершине которых расположены контакты для подсоединения питающего кабеля 5, т.е. расположена точка питания 6, относительно которой ромбические ячейки являются симметричными. Помимо зигзагообразных проводников 1 и 2, излучатель содержит два стержня 7 и 8, которые изогнуты в срединной части (участок N) и размещены с наложением этой изогнутой срединной части, т.е. с наложением участка N, на угловой изгиб 9 соответствующего зигзагообразного проводника, и с обращением дуги изогнутого участка N выпуклостью в сторону точки питания 6. Стержни 7 и 8 и зигзагообразные проводники 1 и 2 в местах их перекрещивания скреплены между собой сваркой. Поскольку стержни и зигзагообразные проводники обладают толщиной (имеют соответствующий размер в поперечном сечении), то в местах перекрещивания между их осями имеется определенное расстояние К-К (см. фиг.4). Прямолинейные участки G стержней 7 и 8 расположены внутри ячеек 3 и 4, и являются дополнительными проводниками, формирующими совместно с зигзагообразными проводниками полотно излучателя. Стержни 7 и 8 выполнены и расположены таким образом, что их прямолинейные участки G, т.е. дополнительные проводники зигзагообразного излучателя, размещены внутри ячеек 3 и 4 под острым углом ψ к сторонам S, исходящим от точки питания 6, и состыкованы торцами F с боковой цилиндрической поверхностью зигзагообразных проводников 1 и 2 на участках Z, образующих стороны ячеек, завершающиеся точками 10 нулевого потенциала. Таким образом,
1
1
1
1
дополнительные проводники, т.е. прямолинейные участки G (см. фиг.1), расположенные по одну сторону условной линии L, проходящей через точки нулевого потенциала 10, и из которых один дополнительный проводник размещен внутри ромбической ячейки 3, а другой дополнительный проводник - внутри ромбической ячейки 4, образованы единым для упомянутых проводников, цельным по длине стержнем 7 (или стержнем 8 для другой стороны относительно условной линии L). Поскольку торцы F стержней 7 и 8 размещены в плоскости образованной зигзагообразными проводниками 1 и 2, а срединная часть N стержней 7 и 8 приподнята над этой плоскостью, так что между осями стержней и зигзагообразных проводников имеется расстояние К-К (см. фиг.4), то в конструкции излучателя образуются треугольники F-K-K, образованные осью стержня 7 (8), линией его проекции на плоскость ромбической ячейки и жесткой связью К-К, размер которой обусловлен радиусами перекрещивающихся трубок. Плоскости треугольников F-K-K ортогональны плоскостям ромбических ячеек 3 и 4, сформированных зигзагообразными проводниками 1 и 2. Эти треугольники усиливают конструкцию излучателя, повышают его жесткость и уменьшают степень прогиба полотна излучателя в его центральной части при установке излучателя на боковые стойки, закрепленные в точках 10 нулевого потенциала.
Вместе с тем, стержни 7 и 8 наложены на угловые изгибы 9 зигзагообразных проводников 1 и 2, и жестко связаны с ними в двух точках, являющихся местами перекрещивания этих элементов. Это обусловливает наличие в конструкции центральной части полотна излучателя и в плоскости этого полотна треугольников, образованных срединной частью N соответствующего стержня и угловым участком 9 зигзагообразного проводника в зоне его изгиба, что также повышает прочностные характеристики конструкции излучателя.
Как отмечено выше стержни 7 и 8 выполнены цельными по длине. Вместе с тем, является предпочтительным выполнение этих стержней составными в поперечном сечении, а именно: является целесообразным стержни 7 и 8 выполнить (см. фиг.5) состоящими из наружной оболочки 11 и из вплотную
охватываемого наружной оболочкой продольного элемента 12. При этом наружная оболочка 11 выполнена из алюминиевого сплава АМГ, т.е. из токопроводящего материала, а продольный элемент 12 выполнен из стали Ст10, т.е. из материала, прочность которого выше прочности материала наружной оболочки.
H
H
H
Увеличение жесткости излучателя позволяет выполнить его с увеличенными геометрическими размерами, а именно с размером S - не менее 0,98 λ, где λ - длина волны нижней частоты рабочего диапазона.
H
H
H
H
H
Для изготовления заявляемого излучателя могут быть использованы известные технологии и оборудование. Зигзагообразные проводники 1 и 2 излучателя выполняют из трубки алюминиевого сплава, например, АМГ или АМЦ, диаметром от 0,015 λ до 0,03 λ. При этом конкретный размер трубки выбирают исходя из минимального веса и сортамента. Наружная оболочка стержней 7 и 8 и размещенные на них согласующие неоднородности 13 могут быть изготовлены из такой же трубки, при этом согласующие неоднородности выполняют в виде в виде металлических отрезков длиной от 0,08 λ до 0,12 λ и размещают их на участках G стержней 7 и 8 с отступом от точки питания 6, равном 0,1-0,15 λ.
Излучатель работает следующим образом. Высокочастотный сигнал по коаксиальному кабелю 5 подается на излучатель. Зигзагообразные проводники 1 и 2 возбуждаясь противофазно формируют электромагнитное поле, излучаемое в пространство. Дополнительные проводники, представляющие собой участки G и согласующие неоднородности, увеличивают излучающую поверхность антенны, улучшая ее широкополосность.