ДИАПАЗОННЫЙ СИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР
WIDE-BAND DIPOLE ANTENNA

Изобретение относится к электродинамике, а именно к антенной технике, и, в частности, может быть использовано для работы в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с коротковолновыми (KB) или ультракоротковолновыми (УКВ) диапазонными радиостанциями.
Известные диапазонные УКВ антенны. Так, в книге: Гвоздев И.Н. и др. Характеристики антенн радиосистем связи. - Л.: ВАС, 1978, с.186-191, описаны диапазонные вибраторы: симметричный вибратор с компенсатором (Табл. 162, 163), объемный вибратор (Табл. 164), объемный шунтовый вибратор (Табл. 165), диапазонный плоскостной вибратор (Табл.168). Антенны обеспечивают широкополосную работу с приемлемым качеством согласования.
Недостатком известных антенн являются их большие массогабаритные характеристики.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленной является известная УКВ антенна Линденблада, описанная в книге А.А.Пистолькорса "Антенны", - М.: Связьиздат, 1947, с.408-411, рис.VIII 2.2., 2.8.
Антенна-прототип представляет собой симметричный вибратор (СВ), состоящий из двух плеч и экранирующего элемента (ЭЭ), установленного соосно с плечами вибратора и симметрично относительно точек питания плеч симметричного вибратора. Плечи СВ выполнены объемными в виде тел вращения. Подобным образом выполнен и ЭЭ, установленный с воздушным зазором относительно плеч СВ. Плечи СВ подключены к симметричному фидеру.
Антенна-прототип обеспечивает диапазонную работу с перекрытием по частоте не менее 60% и высоким качеством согласования.
Недостатком прототипа являются ее большие массогабаритные характеристики, ограничивающие ее применение в мобильных системах радиосвязи.
Целью изобретения является разработка диапазонного СВ, обладающего меньшими массогабаритными показателями, при сохранении его электрических параметров (качества согласования, диапазона рабочих частот, коэффициента усиления).
П
Э
Э
Поставленная цель достигается тем, что в известном диапазонном СВ, состоящем из двух плеч, подключенных к фидеру, и ЭЭ, установленного симметрично относительно точек подключения плеч к фидеру, плечи СВ и ЭЭ выполнены пластинчатыми и установлены в одной плоскости. Каждое из плеч СВ выполнено в форме равнобедренного треугольника высотой Н и с углом α при вершине, подключенной к фидеру. ЭЭ выполнен в виде двух одинаковых равнобедренных треугольников, каждый из которых имеет высоту Н, длину основания D и угол β при вершине.
Вершины треугольников ЭЭ, примыкающие к точкам подключения плеч СВ к фидеру, электрически соединены. Примыкающие кромки плеч СВ и ЭЭ отстоят друг от друга на величину зазора Δ.
П
П
max
max
Э
Э
Э
П
Э
Э
П
Высоты Н и угол α треугольных плеч СВ выбраны из условия Н≥0,16λ, α=18-25°, где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона волн. Основание D и высота H треугольной пластины ЭЭ составляют соответственно D=(0,9÷1,2)Н, H=(0,18÷0,25)D, а Δ=(0,01÷0,02)Н, β=180°-α. Плечи СВ подключены или к симметричному фидеру, или к несимметричному фидеру через симметрирующее устройство (СУ).
Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков в заявленной антенне обеспечивается широкополосная взаимная компенсация реактивностей, обусловленных собственно плечами вибратора и экранирующим элементом. При этом вся конструкция выполнена пластинчатой, что существенно снижает ее массу, т.е. обеспечивается достижение указанного технического результата.
Заявленный СВ поясняется чертежами, на которых показано:
на фиг.1 - общий вид антенны;
на фиг.2 - схемы подключения антенны к симметричному (фиг.2а) и несимметричному (фиг.2б) фидеру;
на фиг.3 - рисунки, поясняющие принцип работы антенны;
на фиг.4 - результаты сравнительных измерений качества согласования заявленной антенны и прототипа.
Диапазонный симметричный вибратор (ДСВ), показанный на фиг.1, состоит из двух симметричных плеч 1, 1', экранирующего элемента 2 и фидера 3, подключенного к плечам СВ. Плечи СВ 1, 1' и ЭЭ 2 выполнены пластинчатыми и расположены в одной плоскости.
П
Э
Э
Каждое плечо 1 СВ выполнено в форме равнобедренного треугольника высотой Н и с углом α при вершине, подключенной к фидеру 3 (точки а и а'), ЭЭ 2 выполнен в виде двух одинаковых равнобедренных треугольников, установленных симметрично по обе стороны плеч 1, 1' СВ. Каждый из треугольников, образующих ЭЭ 2, имеет основание длиной D, высоту Н и угол β при вершине, примыкающей к точкам подключения плеч 1, 1' СВ к фидеру 3. Причем эти вершины треугольников ЭЭ 2 электрически соединены друг с другом (точка б). Примыкающие друг к другу кромки плеч 1, 1' СВ и ЭЭ 2 разнесены с зазором Δ. На фиг.2 показаны возможные варианты подключения плеч 1, 1' СВ к фидеру 3: к симметричному фидеру 3 (фиг.3а) или к несимметричному фидеру 3 через согласующее устройство (СУ) 4. Схемы согласующих устройств различного типа известны и описаны, например, в книге: Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. - М.: Связь, 1972, с.234-239, рис.11.4-11.7.
Заявленный ДСВ работает следующим образом. При подключении питания к точкам а-а' плеч 1, 1' СВ по ним протекает высокочастотный (в.ч) ток (см. также фиг.3а), который индуцирует в примыкающих кромках ЭЭ 2 высокочастотный ток обратного направления, замыкающийся по контуру каждого из треугольников ЭЭ 2. Это эквивалентно выносу точек возбуждения ДСВ в сечения с-с' (фиг.1 и фиг.3а). Т.е ДСВ можно представить в виде СВ, возбуждаемого в двух точках (фиг.3б). В свою очередь, такой СВ может быть представлен в виде суперпозиции двух ассиметрично возбуждаемых вибраторов (фиг.3е). Путем подбора геометрии ДСВ и выноса точек его возбуждения можно обеспечить широкополосную компенсацию реактивности собственно СВ, имеющую емкостной характер, и реактивности, обусловленной протеканием высокочастотных токов по контуру ЭЭ 2, имеющую индуктивный характер.
Оптимальные размеры элементов конструкции ДСВ, их форма и соотношение их размеров были установлены путем экспериментальной отработки опытных образцов. При этом было установлено, что наибольший рабочий диапазон по согласованию (коэффициент бегущей волны-КБВ) достигается при следующих размерах:
П
max
Э
П
Н≥0,16λ; α=18-25°; D=(0,9÷1,2)Н;
Э
Э
П
H=(0,18÷0,25)D; β=180-α; Δ=(0,01÷0,02)Н.
max
П
Опытный образец, выполненный из медной фольги толщиной 0,1 мм, имел следующие размеры: λ=1,125 м; Н=180 мм; α=20°; β=160°;
Э
Э
H=35 мм; D=173 мм; Δ=2 мм.
Ф
Волновое сопротивление фидера ρ=50 Ом.
Измеренные значения КБВ в диапазоне 200-400 МГц (т.е. от ) показаны на фиг.4. Там же приведены значения КБВ для прототипа.
Полученные результаты показывают, что диапазон рабочих частот заявленной антенны при КБВ≥0,4 практически совпадает с диапазоном прототипа. Это указывает на возможность достижения технического результата при использовании заявленной антенны.