ШИРОКОПОЛОСНАЯ ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННА

Предлагаемая широкополосная вибраторная антенна относится к области антенной техники и может быть использована для приема или излучения линейно поляризованных СВЧ колебаний в составе антенной решетки.
Известны широкополосные вибраторные излучатели [Мейнеке X. и Гундлах Ф. Радиотехнический справочник. Том 1. Перевод с немецкого. Государственное энергетическое издательство. Москва-Ленинград, 1960 г., стр.309-315]. В широкополосных антеннах применяются вибраторы с поперечными размерами разнообразной формы. Типичными примерами таких антенн являются антенны с вибраторами цилиндрической формы, коническими вибраторами и экспоненциальными вибраторами, при этом только у конического вибратора волновое сопротивление постоянно и зависит от угла при вершине конуса.
Недостатком таких антенн является то, что у широкополосного симметричного вибратора питающая линия расположена перпендикулярно вибратору и лежит в поле его излучения и это приводит к искажениям диаграммы направленности (ДН), кроме того и при компенсации реактивного сопротивления в широкополосном вибраторе достигается недостаточное согласование с запитывающим 50-омным коаксиальным кабелем.
Технической задачей на решение которой направлена полезная модель является построение конструктивно простой и недорогой широкополосной вибраторной антенны с хорошо сформированной ДН и значением КСВН<1,75 в диапазоне частот с отношением .
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
макс
Технический результат достигается тем, что в широкополосной вибраторной антенне, содержащей экран, плоский вибратор, установленный перпендикулярно экрану и питающий 50-омный коаксиальный кабель, плоский вибратор выполнен на плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм, у которой ширина равна 0,55λ и высота равна 0,225λ, вдоль всей нижней кромки платы, расположенной на оси экрана, на ее обеих сторонах выполнены нижние металлизированные полоски шириной, равной 0,02λ и вдоль обеих боковых кромок с двух сторон платы выполнены боковые металлизированные полоски, совмещенные с нижними металлизированными полосками, шириной, равной 0,067λ и высотой от нижней кромки платы, равной 0,14λ, вдоль верхней кромки платы на обеих ее сторонах выполнены по одной первой и второй металлизированной полоске, размер которых одинаков и по длине равен 0,113λ, а по ширине равен 0,042λ, первая и вторая металлизированные полоски расположены от оси платы в разные стороны и отстоят от этой оси на расстояние, равное 0,02λ, на одной стороне платы напротив первой металлизированной полоски выполнена третья металлизированная полоска длиной вдоль верхней кромки платы, равной 0,122λ и шириной, равной 0,042λ, с которой совмещен первый металлизированный участок, выполненный по оси платы шириной, равной 0,023λ и длиной вдоль оси платы до ее верхней кромки, равной 0,164λ, на первом металлизированном участке вдоль верхней кромки платы выполнен участок без металлизации длиной, равной 0,045λ и шириной, равной 0,017λ, при этом первая и третья металлизированные полоски и первый металлизированный участок образуют первое плечо вибратора, на другой стороне платы напротив второй металлизированной полоски выполнена четвертая металлизированная полоска длиной вдоль верхней кромки платы, равной 0,144λ и шириной, равной 0,067λ от ее верхней кромки, с которой совмещен своим изменяющимся по ширине отрезком второй металлизированный участок длиной вдоль оси платы, равной 0,14λ, ширина изменяющегося по ширине отрезка второго металлизированного участка меняется от значения, равного 0,077λ при совмещении с четвертой металлизированной полоской до значения, равного 0.033λ, переходящего в ширину постоянного по ширине отрезка высотой, равной 0,023λ, расположенного симметрично на оси платы и совмещенного с нижней металлизированной полоской, причем на четвертой металлизированной полоске около оси платы убрана металлизация на расстоянии от верхней кромки платы, равном 0,047λ длиной, равной 0,047λ и шириной, равной 0,025λ, при этом вторая и четвертая металлизированные полоски и второй металлизированный участок образуют второе плечо вибратора, 50-омный коаксиальный кабель установлен по оси платы, внешний проводник которого имеет омический контакт со вторым металлизированным участком, а внутренний проводник коаксиального кабеля через отверстие, расположенное на оси платы и на расстоянии от верхней кромки платы, равном 0,0365λ, проходит на другую сторону платы и имеет омический контакт с третьей металлизированной полоской, первая и третья, а также соответственно вторая и четвертая металлизированные полоски вдоль всей их длины на верхней кромке платы между собой имеют омический контакт, первый и второй металлизированные участки, расположенные на обеих сторонах платы, на оси платы имеют омический контакт на расстоянии от верхней кромки платы, равном 0,154λ, кроме того, нижние металлизированные полоски имеют омический контакт с экраном.
Существенные признаки, отличающие заявленную широкополосную вибраторную антенну от прототипа не поддаются самостоятельной квалификации, так как неотделимы от целого объекта. Взаимное положение и размеры всех элементов, входящих в антенну, окончательно определены экспериментально и позволяют построить малогабаритную широкополосную вибраторную антенну с хорошим согласованием с питающим 50-омным коаксиальным кабелем в широком диапазоне частот. Заявляемая антенна может быть использована в антенных решетках с углом сканирования до ±45°.
На Фиг. приведен эскиз предлагаемой широкополосной вибраторной антенны, на котором изображено:
1 - экран; 2 - плата;
3, 8, 9, 15 - боковые металлизированные полоски;
4, 10 - нижние металлизированные полоски;
5 - третья металлизированная полоска;
6 - первый металлизированный участок;
7 - вторая металлизированная полоска;
11 - первая металлизированная полоска;
12 - 50-омный коаксиальный кабель;
13 - второй металлизированный участок;
14 - четвертая металлизированная полоска.
Широкополосная вибраторная антенна состоит из металлического экрана 1, вибратора, выполненного на плате 2 из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита и 50-омного коаксиального кабеля 12, первое плечо вибратора составляют металлизированные полоски 5 и 11, которые по всей их длине на верхней грани платы имеют омический контакт, второе плечо вибратора составляют металлизированные полоски 7 и 14, которые по всей их длине на верхней грани платы имеют омический контакт, коаксиальный 50-омный кабель 12 установлен на оси платы 2, внешний проводник 50-омного коаксиального кабеля 12 имеет омический контакт с первым плечом вибратора, а внутренний проводник 50-омного коаксиального кабеля 12 имеет омический контакт со вторым плечом вибратора, для согласования вибратора с 50-омным коаксиальным кабелем 12 в широком диапазоне частот выполнен короткозамкнутый шлейф, образованный первым 6 и вторым 13 металлизированными участками, а также выполнены боковые металлизированные полоски 3, 8, 9 и 15 на боковых стенках платы. Нижние металлизированные полоски 4 и 10 имеют омический контакт с экраном 1.
макс
макс
Плата 2 имеет толщину 2 мм, ширину, равную 0,55λ, высоту, равную 0,225λ, и расположена на осевой линии экрана 1.
макс
Вдоль всей нижней кромки платы 2 на ее обеих сторонах выполнены нижние металлизированные полоски 4 и 10 шириной, равной 0,02λ каждая.
макс
макс
С двух сторон платы 2 вдоль обеих боковых кромок выполнены боковые металлизированные полоски 3 и 8, 9 и 15, совмещенные с нижними металлизированными полосками 4 и 10, шириной, равной 0,067λ и высотой от нижней кромки платы 2, равной 0,14λ.
макс
макс
Вдоль верхней кромки платы 2 на обеих ее сторонах выполнены по одной первой 11 и второй 7 металлизированной полоске, размер которых одинаков вдоль верхней кромки платы 2 по длине, равной 0,113λ, и по ширине, равной 0,042λ.
макс
Первая 11 и вторая 7 металлизированные полоски расположены от оси платы 2 в разные стороны и отстоят от этой оси на расстоянии, равном 0,02λ.
макс
макс
макс
макс
На одной стороне платы 2 напротив первой 11 металлизированной полоски выполнена третья 5 металлизированная полоска длиной вдоль верхней кромки платы 2, равной 0,122λ, и шириной, равной 0,042λ, с которой совмещен первый металлизированный участок 6, выполненный по оси платы 2 шириной, равной 0,023λ и длиной вдоль оси платы 2 до ее верхней кромки, равной 0,164λ.
макс
макс
На первом металлизированном участке 6 вдоль верхней кромки платы 2 выполнен участок без металлизации длиной, равной 0,045λ и шириной, равной 0,017λ, при этом первая 11 и третья 5 металлизированные полоски и первый металлизированный участок 6 образуют первое плечо вибратора.
макс
макс
макс
На другой стороне платы 2 напротив второй металлизированной полоски 7 выполнена четвертая металлизированная полоска 14 длиной вдоль верхней кромки платы 2, равной 0,144λ и шириной, равной 0,067λ от ее верхней кромки, с которой совмещен своим изменяющимся по ширине отрезком второй металлизированный участок 13 длиной вдоль оси платы 2, равной 0,14λ.
макс
макс
макс
Ширина изменяющегося по ширине отрезка второго металлизированного участка 13 меняется от значения, равного 0,077λ при совмещении с четвертой металлизированной полоской 14 до значения, равного 0,033λ, переходящего в ширину постоянного по ширине отрезка высотой, равной 0,023λ, расположенного симметрично на оси платы 2 и совмещенного с нижней металлизированной полоской 10.
макс
макс
макс
На четвертой металлизированной полоске 14 около оси платы 2 убрана металлизация на расстоянии от верхней кромки платы 2, равном 0,047λ длиной, равной 0,047λ и шириной, равной 0,025λ, при этом вторая 7 и четвертая 14 металлизированные полоски и второй металлизированный участок 13 образуют второе плечо вибратора.
50-омный коаксиальный кабель на втором металлизированном участке 13 установлен по оси платы 2 и его внешний проводник имеет омический контакт со вторым металлизированным участком 13.
макс
Внутренний проводник 50-омного коаксиального кабеля через отверстие, расположенное на оси платы 2 и на расстоянии от ее верхней кромки, равном 0,0365λ, проходит на другую сторону платы 2 и имеет омический контакт с третьей металлизированной полоской 5.
Первая 11 и третья 5, а также соответственно вторая 7 и четвертая 14 металлизированные полоски вдоль всей их длины на верхней кромке платы 2 между собой имеют омический контакт.
макс
Первый 6 и второй 13 металлизированные участки, расположенные на обеих сторонах платы 2 на ее оси, имеют омический контакт на расстоянии от верхней кромки платы 2, равном 0,154λ.
Экспериментально исследованы несколько макетов заявляемой антенны, у которых экран 1 имеет длину, равную 110 мм и ширину, равную 100 мм, а плечи вибратора выполнены на плате из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 2 мм, длиной, равной 82 мм и высотой, равной 34 мм, длина вибратора равна 40 мм.
макс
Расстояние между точкой запитки вибратора и точкой омического контакта между металлизированными участками перпендикулярными вибратору, равно 0,078λ, металлизированные полоски на плате 2 вдоль экрана имели ширину 3 мм, а на боковых стенках выполнены металлизированные полоски высотой от нижней кромки платы, равной 21 мм и шириной 10 мм.
В диапазоне частот с отношением  заявляемая широкополосная вибраторная антенна имела значение КСВН<1,75 и ширину ДН на уровне 3 дБ в плоскости вектора Е, равную (50÷70)° и в плоскости вектора Н, равную (90÷130)°.
Заявляемая широкополосная вибраторная антенна конструктивно проста и может широко использоваться при построении широкополосных антенных решеток. В нее входят широко применяемые материалы и она может быть изготовлена на любом среднетехническом предприятии.
По сравнению с прототипом предлагаемая широкополосная вибраторная антенна имеет улучшенные технические и экономические показатели:
- меньше значение КСВН;
- более простую конструкцию, меньшие габариты и соответственно более низкую цену.