АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к радиотехническим приемным устройствам и антенной технике и может быть использовано для целей связи, а также для исследования электромагнитных полей в лабораторных и полевых условиях.
Известно антенное устройство, содержащее наружную оболочку, фидерный волновод и рупор, закрытый диэлектрической мембраной, причем торец волновода представляет собой прямоугольник, закрытый диэлектрическим стержнем (см. патент США №5907309, НКИ 343-786, МПК Н 01 Q 13/02, 2000 г.). Данное устройство закрыто от внешних воздействий, но его рупор имеет большие размеры, что повышает материалоемкость, стоимость и неудобно в эксплуатации, особенно при лабораторных исследованиях, в частности аэродинамических.
Известно, принятое за прототип, антенное устройство, содержащее внешнюю оболочку, внутри которой размещен волновод, углубленный в оболочку, и размещенный в корпусе принимающий узел (см. патент СССР №1794266, Н 01 Q 13/02, 1990 Г.).
Указанное антенное устройство закрыто от внешних метеорологических воздействий диэлектрической мембраной, однако его круглый волновод имеет широкий открытый конец, что вызывает неустойчивость поляризации (см., например, книгу А.С. Лавров, Г.Б. Резников, Антенно- фидерные устройства, М., «Советское радио», 1974 г.,с.214) и создает плохую обтекаемость. Большие размеры внешней оболочки, наличие мембраны и других элементов усложняет конструкцию, ухудшают ее обтекаемость, повышают материалоемкость, стоимость и неудобны в эксплуатации.
Технический результат данного изобретения состоит в создании антенного устройства, которое имеет малогабаритную простую конструкцию, защищено от атмосферных воздействий и от случайного закорачивания сигнального входа на корпус, имеет хорошую обтекаемость, малую стоимость и удобно в эксплуатации.
Сущность изобретения как технического решения выражается в совокупности следующих признаков.
Оболочка предлагаемого устройства представляет собой тонкий полый металлический цилиндр различной формы поперечного сечения, соединенный гальванически с металлическим экранирующим корпусом принимающего узла. Внутри цилиндрической оболочки имеется сигнальный штырь, соединенный с принимающим узлом, производящим усиление, преобразование и детектирование сигнала, обработку и отображение информации. Наибольший размер d в поперечном сечении цилиндра на порядок меньше длины волны λ в свободном пространстве, так как при d≪λ связь между внешним цилиндром и штырем имеет емкостной характер. Форма присоединения штыря к принимающему узлу обуславливается типом первого каскада этого узла. Если первый каскад является усилителем высокой частоты (УВЧ), то штырь присоединяется к входу УВЧ непосредственно, если же этот каскад является видеоусилителем или усилителем низкой частоты (УНЧ), то штырь присоединяется к его входу через детектор, который блокирует попадание в этот каскад высокочастотного сигнала. При этом между штырем и внутренней поверхностью цилиндра подключается диод детектора (термистор, позистор или другой элемент), который может присоединяться к любой точке штыря (в его начале, середине или конце). Диод может работать как со смещением рабочей точки, так и без него. Свободный конец цилиндра для лучшей обтекаемости и для защиты от атмосферных воздействий закорочен сплошной или полой металлической вставкой, но может быть открытым, если такая защита не требуется. Кроме того, известны оптимальные соотношения:
диаметр цилиндра d≪λ,
вылет цилиндра A>λ/4,
длина цилиндра L>λ/4.
В поперечном сечении цилиндр может иметь самую разнообразную форму: круг, овал, многогранник и т.пр.
Приведенные существенные признаки позволяют создать антенное устройство малогабаритной простой конструкции, защищенной от атмосферных воздействий и от случайного закорачивания сигнального входа на корпус, обтекаемой, удобной в эксплуатации и малой стоимости.
Чертежи устройства приведены на следующих рисунках, где показано:
Фиг.1- схема конструкции антенного устройства;
Фиг.2-4 -варианты размещения диода между штырем и оболочкой;
Фиг.4- вариант исполнения с закороченным свободным концом полого цилиндра; Фиг.5- схема измерения диаграммы направленности; Фиг.6 - диаграмма направленности (ДН) по фиг.5. Кроме того, обозначено d- диаметр цилиндра, A - величина углубления штыря, L - длина цилиндра, λ - длина волны, L' - расстояние между приемной и излучающей антеннами.
Антенное устройство содержит внешнюю оболочку 1, внутри которой размещен волновод 2, углубленный в оболочку 1, и расположенный в экранирущем крпусе 3 принимающий узел 4. Оболочка выполнена в виде металлического полого цилиндра 1 произвольного типа сечения, гальванически соединенного с корпусом 3, волновод - в виде металлического штыря 2, ориентированного вдоль продольной оси и подключенного к принимающему узлу 4.
Кроме того, наибольший размер в поперечном сечении цилиндра 1 на порядок меньше длины волны в свободном пространстве.
Свободный конец цилиндра 1 антенны закорочен металлической вставкой 5, полой или сплошной.
Сигнальный штырь 2 подключен к входу принимающего узла 4, если последний имеет усилитель высокой частоты (УВЧ) или смеситель (не показаны).
В другом исполнении сигнальный штырь также подключен к входу принимающего узла 4, если последний имеет видеоусилитель, усилитель низкой частоты (УНЧ) или смеситель (не показаны).
Устройство также снабжено диодом 6 или аналогичным элементом, который включен между произвольной точкой сигнального штыря 2 и внутренней поверхностью цилиндра 1. Устройство работает следующим образом.
При ориентации продольной оси антенны параллельно вектору Е напряженности электрического поля падающей волны в металлической оболочке антенны возбуждаются токи проводимости j, пропорциональные электрической напряженности и проводимости G материала оболочки. Эти токи через емкостную связь между оболочкой и штырем наводят электрическое поле, что обуславливает появление в сигнальном штыре ЭДС и токов проводимости,
пропорциональных этой ЭДС и входному сопротивлению узла 4 или детектора (не показан).
На фиг.5 показана схема измерения. диаграммы направленности (ДН) предложенного устройства, где 7 генератор с излучающей антенной, 8 - приемник с исследуемой антенной. Поворот исследуемой антенны с приемником 8 осуществлялся в горизонтальной плоскости, а угол поворота отсчитывался от начального положения, показанного на схеме. Расстояние L' между приемной и излучающей антеннами значительно больше длины волны λ.
На фиг.6 представлена нормированная ДН устройства. Цилиндрическая оболочка приемной антенны на свободном конце закорочена сплошной металлической вставкой 5 (см. фиг.4). Для сравнения приведена ДН этой же антенны со снятой цилиндрической оболочкой 1, т.е. одного внутреннего штыря 2. ДН штыря 2 описывается косинусом угла поворота от начального положения, а ДН предложенной антенны более равномерна в исследованном диапазоне углов.
Таким образом, предложенное антенное устройство имеет новые свойства по сравнению с прототипом, что дает основание утверждать о решении поставленной задачи.