КОЛЬЦЕВАЯ ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА
ANNULAR SLIT ANTENNA

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике, а именно к антеннам метрового и дециметрового диапазонов длин волн, и может быть использовано для обеспечения радиосвязи в этих диапазонах длин волн на объектах радиосвязи различного назначения.
Известны кольцевые щелевые антенны, предназначенные для формирования в азимутальной плоскости равномерных диаграмм направленности, провалы в которых не превышают уровня 3 дБ, содержащие прорезанные в металлическом листе кольцевые щели, в том числе и прикрываемые с одной стороны круговыми цилиндрическими эндовибраторами /1/.
Известны также конструкции кольцевых щелевых антенн, содержащих горизонтально расположенный, выполненный в форме металлического круга плоский диск, конически-цилиндрический эндовибратор, включающий в себя коническую часть и цилиндрическую часть, переходящую на ее конце в ортогонально расположенное к этой части в горизонтальной плоскости металлическое круговое кольцо, кольцевую излучающую щель, находящуюся между минимальной окружностью кругового кольца и окружностью периметра диска, радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания, имеющий цилиндрическую полость внутри вдоль всего трубчатого металлического центрального провода, экранную оболочку кабеля питания, электрически подсоединяемую к конической части эндовибратора снизу возле вершины конуса, центральный провод кабеля, находящийся внутри трубчатой диэлектрической изолирующей оболочки, выходит через отверстие возле вершины конуса и электрически соединяется с центром металлического диска. Внутренний объем конически-цилиндрического эндовибратора заполняется радиопрозрачным для рабочего диапазона частот диэлектриком либо используется без него /2/.
Известная кольцевая щелевая антенна при решении задач обеспечения электромагнитной совместимости нескольких радиосредств, необходимости создания дополнительных развязанных между собой по номиналам радиочастот каналов радиосвязи часто не позволяет потребителю обеспечить создание таких каналов радиосвязи из-за недостаточности рабочего частотного диапазона антенны, величины коэффициента усиления антенны, степени согласования с питающими антенну фидерами.
Для устранения указанных недостатков в известной кольцевой щелевой антенне /2/, выбранной в качестве прототипа, имеющей горизонтально расположенный, выполненный в форме металлического круга плоский диск, конически-цилиндрический эндовибратор, заполненный радиопрозрачным диэлектриком либо используемый без него, состоящий из конической части и цилиндрической части, переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости металлическое круговое кольцо, кольцевую излучающую щель, находящуюся между минимальной окружностью кругового кольца и окружностью периметра диска, радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания, имеющий цилиндрическую полость внутри всего центрального провода, экранная оболочка которого электрически подсоединяется к конической части у вершины конуса, а центральный провод кабеля, находящийся в диэлектрической изолирующей оболочке, выходит через отверстие в вершине конуса и электрически соединяется с центром металлического диска, плоский диск деформируется из круга во второй дополнительный, меньшего размера, конически-цилиндрический эндовибратор, как и первый эндовибратор, заполненный радиопрозрачным диэлектриком либо используемый без него, состоящий, подобно первому эндовибратору, из конической части и цилиндрической части, переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости металлическое круговое кольцо, образованы две излучающие кольцевые щели: первая щель, находящаяся между минимальной окружностью кругового кольца основного эндовибратора и максимальной окружностью кругового кольца дополнительного эндовибратора, и вторая щель, находящаяся между минимальной окружностью кругового кольца дополнительного эндовибратора и окружностью периметра вводимого диска, используется второй радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания, состоящий из экранной оболочки, в качестве которой используется внутренняя металлическая поверхность трубчатого центрального провода первого радиочастотного несимметричного коаксиального кабеля питания, и эта экранная оболочка электрически соединена с конической частью образованного дополнительного конически-цилиндрического эндовибратора возле вершины ее конуса, а центральный металлический провод второго кабеля питания, находящийся в трубчатой изолирующей диэлектрической оболочке, выходит через отверстие возле вершины конуса дополнительного эндовибратора и электрически соединяется с центром введенного металлического диска.
На фигуре 1 изображен в разрезе общий вид известной кольцевой щелевой антенны /2/, выбранной в качестве прототипа. Кольцевая щелевая антенна содержит горизонтально расположенный, выполненный в форме металлического круга плоский диск 1, конически-цилиндрический эндовибратор, состоящий из конической части 2 и цилиндрической части 3, переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости металлическое круговое кольцо 4, кольцевую излучающую щель 5, находящуюся между минимальной окружностью кругового кольца и окружностью периметра диска, радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания 6, имеющий цилиндрическую полость внутри всего центрального провода 7, экранная оболочка 8 которого электрически подсоединяется к конической части эндовибратора возле вершины конуса, а центральный провод кабеля 9, находящийся в диэлектрической изолирующей оболочке 10, выходит через отверстие возле вершины конуса 2 и электрически соединяется с центром металлического диска 1. Внутренний объем конически-цилиндрического эндовибратора заполняется радиопрозрачным для рабочего диапазона частот диэлектриком либо используется без него.
На фигуре 2 изображен в разрезе общий вид заявляемой кольцевой щелевой антенны. Кольцевая щелевая антенна содержит первый конически-цилиндрический эндовибратор, заполненный радиопрозрачным диэлектриком либо используемый без него, состоящий из конической части 11 и цилиндрической части 12, переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости первое металлическое круговое кольцо 13, второй дополнительный, но уже меньшего размера конически-цилиндрический эндовибратор, подобный первому эндовибратору, состоящий, как и первый эндовибратор, из конической части 14 и цилиндрической части 15, переходящей на ее конце в ортогонально расположенное к ней в горизонтальной плоскости дополнительное металлическое круговое кольцо 16, первую кольцевую излучающую щель 17, находящуюся между минимальной окружностью первого кругового кольца 13 и максимальной окружностью второго кругового кольца 16, вторую кольцевую излучающую щель 18, находящуюся между минимальной окружностью второго кругового кольца 16 и окружностью периметра дополнительно вводимого диска 19.
Первый радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания имеет внутреннюю цилиндрическую полость вдоль всего трубчатого металлического центрального провода, экранная оболочка 20 этого провода электрически присоединяется к конической части 11 снизу у вершины конуса, а центральный провод первого кабеля питания 21, находящийся в трубчатой диэлектрической изолирующей оболочке 22, выходит через отверстие возле вершины конуса и электрически присоединяется к конической части 14 снизу возле вершины конуса.
Второй радиочастотный несимметричный коаксиальный кабель питания имеет сплошную экранную оболочку, в качестве которой используется внутренняя металлическая поверхность трубчатого центрального провода первого радиочастотного несимметричного коаксиального кабеля питания 21. Эта экранная оболочка второго кабеля снизу электрически соединяется с конической частью 14 образованного дополнительного конически цилиндрического эндовибратора возле вершины ее конуса. Центральный металлический провод второго кабеля питания 24 в трубчатой изолирующей диэлектрической оболочке 23 выходит через отверстие у вершины дополнительного конуса и электрически соединяется с центром введенного дополнительного диска 19.
Заявляемая кольцевая щелевая антенна работает следующим образом. При подведении высокочастотного напряжения метровых или дециметровых длин волн к входу первого радиочастотного кабеля питания на его выходе между центральным проводом 21 и его экранной оболочкой 20 появится напряжение, создающее возбуждения первого диапазона, прикладываемое к зазору между двумя вершинами конусов первого и второго эндовибраторов. Поскольку второй эндовибратор выполняет роль эквивалентного по емкости электрического диска, то возникает электромагнитное возбуждение в полости между двумя эндовибраторами, как это обычно происходит при возбуждении дискоконической антенны. В результате происходит излучение в верхнее полупространство от первой кольцевой щели 17 и не происходит излучение в нижнее полупространство, то есть ниже эндовибратора. Тем самым изолируется излучение снизу от влияния электрических параметров среды, в которой размещается антенна. Средняя длина окружности кольцевой цели при отсутствии диэлектрика выбирается равной среднегеометрической длине волны требуемого диапазона первого радиоканала. Причем она может уменьшаться, если заполнять эндовибратор упрочняющим антенну диэлектрическим материалом. При получении от другого источника высокочастотного напряжения к входу второго радиочастотного кабеля питания, образованного внутренней проводящей поверхностью центрального провода первого кабеля 21, используемой в качестве экранной оболочки второго кабеля, и центрального провода 24 в диэлектрической оболочке 23, на его выходе, как и предыдущем случае, между его центральным проводом и его экранной оболочкой появляется напряжение возбуждения, которое прикладывается к зазору между вершиной конусной части второго конически-цилиндрического эндовибратора и центром дополнительного диска 19. В результате такого электромагнитного возбуждения полости между вторым эндовибратором и дополнительным диском 19, подобно дискоконусной антенне, происходит излучение в верхнее полупространство второй кольцевой щели. Как и первая щель 17, вторая щель 18 изолирована снизу от влияния электрических параметров среды размещения антенны посредством эндовибратора. Средняя длина окружности второй кольцевой щели выбирается равной среднегеометрической длине волны требуемого второго диапазона радиоканала. Хотя и она может быть уменьшена, как и в первом случае, путем заполнения полости эндовибратора упрочняющим конструкцию антенны соответствующим диэлектрическим материалом.
Проведенные испытания подтвердили достигнутый технический результат: диапазон рабочих частот при применении заявляемого устройства увеличен практически в два раза при обеспечении достаточного согласования с питающими кабелями с величинами коэффициента бегущей волны 0,5…0,6 и требуемых значениях коэффициента усиления антенны 0,5…0,85. Это подтверждает перспективность реализации заявляемой кольцевой щелевой антенны на объектах радиосвязи различного назначения.
Достижение полученного выше технического результата проводилось путем исследования моделей заявляемого устройства. При моделировании изделий все геометрические размеры антенн уменьшались в 10 раз, а эндовибраторы заполнялись диэлектриком типа пеноэпоксид /3/.
Источники информации
1. Резников Г.Б. Самолетные антенны. Советское радио. - М., 1962.
2. Фидельман В.Е., Артамошин А.Д., Николаев В.И., Медников Б.М., Горбаченко П.З., Лебедев И.Б., Кира В.Н. Кольцевая щелевая антенна. Патент РФ №2189675, 2002.
3. Фидельман В.Е., Артамошин А.Д., Николаев В.И., Колосов С.И., Горбаченко П.З., Лебедев И.Б., Медников Б.М. Кольцевая щелевая антенна. Патент РФ №2189677, 2002.