ШИРОКОПОЛОСНАЯ КОАКСИАЛЬНАЯ АНТЕННА

Устройство относится к антенным системам и может найти применение в радиопередающих и радиоприемных устройствах.
Известен конический симметричный вибратор, описанный в книге Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ, т.1, изд. «Связь», М., 1977, стр.187, обладающий расширенной полосой рабочих частот. Его недостатком является неравномерность диаграммы направленности в горизонтальной плоскости из-за наличия шунтов, а так же недостаточно широкая полоса рабочих частот.
Известны антенный блок, способ управления им и мобильное устройство с использованием такого блока, описанные в патенте 8 H01Q 1/24 WO 2007073068 A1 от 28.06.2007, пространственная антенна из формованных гибких схемных элементов с электромагнитной связью с питающей линией, описанная в патенте 8 Н01Р 11/00 JP 3899024 В2 2004518318 А от 28.03.2007, антенна (несимметричный вибратор) по патенту США №3931625, опубл. 6 января 1976 г., недостатком которых является недостаточно широкая полоса рабочих частот.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является антенна из коаксиального кабеля, описанная в статье Радиолюбитель KB и УКВ 3/2000, с.35, принятая за прототип.
Устройство-прототип является антенной из коаксиального кабеля. Центральным проводником этого кабеля является медная трубка, а оплеткой - тонкостенная гофрированная медная трубка. На верхнем конце центральный проводник соединен с оплеткой проволочной перемычкой, центральный проводник питающего фидера подключен на внешний проводник антенны, оплетка питающего фидера - на центральный.
Устройство-прототип работает следующим образом. При расчете на среднюю частоту 150 МГц в полосе 140…160 МГц, ее КСВ не превышал 1,4 при минимуме 1,05. Эффективность оценивалась путем сравнения с промышленным диполем При более чем вдвое меньшей длине, коаксиальная антенна не уступала вплоть до частоты 170 МГц, а в полосе частот 140…147 МГц превосходила диполь на 3 дБ (рабочий диапазон - 48…175 МГц).
Общая длина антенны корректируется при расчете или в процессе настройки.
Недостатком устройства прототипа является недостаточно широкая полоса рабочих частот.
Для устранения указанного недостатка в антенну, содержащую внутренний и внешний проводники, выполненные из токопроводящего материала, верхние края обоих проводников соединены токопроводящей перемычкой, центральный проводник питающего фидера подключен к внешнему проводнику антенны, оплетка питающего фидера - к внутреннему, согласно полезной модели, введены стержень, установленный по оси симметрии антенны и выполненный из диэлектрического материала, на котором размещены верхнее подвижное и нижнее неподвижное основания антенны, края каждого из которых представляют собой замкнутые произвольные кривые, на верхнем основании установлен фиксирующий механизм, при этом внутренний и внешний проводники выполнены из гибкого материала с разрезами на пластины по образующим и формируют при перемещении верхнего основания по стержню выпуклые токопроводящие поверхности, верхние и нижние края проводников прикреплены соответственно к верхнему и нижнему основаниям антенны и соединены между собой соответственно, основания антенны выполнены из диэлектрического материала.
На фиг 1а - представлена схема предлагаемой антенны; на фиг.1б - вид сверху; на фиг.2а - схема предлагаемой антенны в несжатом положении с основанием в виде круга; на фиг.2б - схема предлагаемой антенны в сжатом положении; на фиг.2в - вид сверху; на фиг.2г - поперечный разрез предлагаемой антенны; на фиг.3 - результаты экспериментальной проверки эффективности работы заявляемой антенны.
Схема заявляемой антенны приведена на фиг.1а, б; 2а, б, в, г, где обозначено:
1 - внутренний проводник;
2 - внешний проводник;
3 - перемычка;
4 - центральный проводник питающего фидера;
5 - оплетка питающего фидера.
6 - центр симметрии;
7 - стержень крепления;
8 - фиксирующий механизм;
9 - верхнее и нижнее основания.
Предлагаемая антенна содержит внутренний 1 и внешний 2 проводники, выполненные из гибкого токопроводящего материала с разрезами на пластины по образующим, верхние и нижние края каждого проводника 1 и 2 соединены между собой, т.е. не разрезаны до краев или разрезаны, но соединены соответственно. Ширина пластин внутреннего 1 и внешнего 2 проводников и их количество определяется центральным углом α, в общем случае неодинаковым для различных пластин (на фиг.2г показана одна пара пластин). При этом ширина пластин внутреннего 1 и внешнего 2 проводников может быть неодинакова.
Верхние и нижние края проводников 1 и 2 прикреплены соответственно к верхнему подвижному и нижнему неподвижному основаниям 9 антенны, которые выполнены из диэлектрического материала, в виде сплошного диска с отверстием по центру или с дополнительными отверстиями произвольной формы, сохраняющими жесткость конструкции.
Геометрической фигурой оснований 9 может быть часть плоскости, ограниченная замкнутыми произвольными кривыми (на фиг.2 для простоты представлена антенна, основания 9 которой выполнены в виде круга).
Верхние края пластин внутреннего 1 проводника соединены между собой токопроводящей перемычкой по внутреннему краю основания 9, верхние края пластин внешнего 2 проводника - по внешнему краю основания 9 и соединены между собой токопроводящей перемычкой 3 (фиг.1б и 2в) Ширина перемычки 3 больше ширины центрального проводника 4 питающего фидера в 3-5 раз. Расстояние между внешним и внутренним краями оснований 9 остаются одинаковыми (фиг.1б). По оси симметрии 6 антенны установлен стержень 7 из диэлектрического материала, на котором установлены верхнее и нижние основания 9 антенны. На верхнем основании закреплен фиксирующий механизм 8. Центральный проводник питающего фидера 4 подключен к внешнему проводнику 2 антенны, оплетка питающего фидера 5 - к внутреннему 1 (для упрощения чертежей показан на фиг.1а и 2а).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При уменьшении высоты антенны изменяется кривизна токопроводящих поверхностей внутреннего 1 и внешнего 2 проводников, за счет разрезов на пластины, появляются дополнительные резонансные частоты, что и определяет расширение частотного диапазона антенны. Расширение частотного диапазона антенны определяется так же тем, что в общем случае кривизна линий, ограничивающих основания - произвольна, и внутренний проводник 1 является объемной фигурой.
Высота коаксиальной антенны регулируется путем перемещения верхнего основания 9 по диэлектрическому стержню 7 и закрепляется при помощи фиксирующего механизма 8, который может быть как ручным, (например, стопорный винт) так и автоматическим, (например, электромотор).
Высота антенны определяется, исходя из диапазона частот, и равна
H=Bλ/4,
где λ - длина волны, соответствующая минимальной частоте используемого диапазона;
В - коэффициент, значения которого определяются экспериментальным путем.
Эффективность работы заявляемой антенны проверена экспериментально. Результаты эксперимента приведены на фиг.3. Анализ результатов эксперимента позволяет сделать вывод, что частотный диапазон заявляемой антенны составляет 110…230 МГц, при условии, что уровень КСВ не превосходит 1,4, т.е. превышает диапазон рабочих частот антенны-прототипа в 5-6 раз.
Внутренний 1 и внешний 2 проводники могут изготавливаться любым известным способом, например, методом прессования токопроводящего материала (медного или алюминиевого или другого материала), методом крепления токопроводящего материала на поверхности заданной формы, изготовленные, например, путем литья диэлектрического материала.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство обеспечивает расширение диапазона частот в 5-6 раз при неизменном значении КСВ антенны.