ОДНОНАПРАВЛЕННАЯ КОНИЧЕСКАЯ АНТЕННА
UNIDIRECTIONAL CONE ANTENNA

Изобретение относится к радиотехнике, а более конкретно, к антенной технике, находящей широкое применение в радиосвязи, в радиолокации, в радионавигации, где требуются широкополосные или сверхширокополосные антенны, обладающие однонаправленной диаграммой направленности (ДН). Диаграмма направленности такой формы необходима, например, для облучателей зеркальных антенн.
Из уровня техники известно, что широкополосные и широкодиапазонные антенны необходимы для ряда направлений антенной техники, например для радиосвязи и радиолокации с использованием широкополосных сигналов (Л. 1, Л. 5). В том случае, когда антенная система должна быть компактной, с успехом можно использовать конические или биконические (Л. 1) вибраторные антенны.
Наиболее близким техническим решением является биконическая вибраторная антенна, описанная в Л. 2-4.
Однако диаграмма направленности (ДН), коэффициент стоячей волны (КСВ) и фазовый центр такой антенны будут существенно зависеть от частоты. Нежелательными для широкодиапазонного радиолокатора (Л. 5) являются: плавающий фазовый центр, сильная частотная зависимость - обратного излучения, степени согласования по входу. Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков V-образного биконического вибратора.
Технический результат состоит в увеличении широкополосности частотного диапазона, обеспечении однонаправленности антенны, создании постоянного фазового центра.
Для этого V-образная однонаправленная вибраторная антенна содержит пару полых конусов, обращенных вершинами друг к другу, и питающую линию, подключенную к вершинам конусов. Оси симметрии плеч вибраторов полых конусов расположены в одной плоскости. Перпендикулярно плоскости, в которой лежат оси симметрии плеч вибраторов полых конусов, размещен плоский металлический рефлектор. Вершины полых конусов приподняты над плоским рефлектором, а кромки плеч вибраторов соединены с кромкой плоского рефлектора шлейфами в форме металлических штырей.
Металлический рефлектор может быть выполнен в форме диска.
Дополнительно может быть введена вторая пара полых конусов, обращенных вершинами друг к другу. Оси симметрии плеч вибраторов второй пары полых конусов расположены в другой плоскости, причем обе плоскости взаимно перпендикулярны друг другу. Вершины второй пары полых конусов приподняты над плоским рефлектором. Кромки плеч вибраторов второй пары полых конусов соединены с кромкой плоского рефлектора шлейфами в форме металлических штырей, причем цепи питания обоих пар полых конусов соединены параллельно для снижения входного сопротивления и сглаживания формы главного лепестка диаграммы направленности вибраторной антенны.
На Фиг.1 показана схема V-образной конической антенны, на Фиг.2 показана схема V-образной конической антенны с двумя парами полых конусов.
Такая однонаправленная коническая вибраторная антенна содержит пару полых конусов 1 и 2, обращенных вершинами друг к другу, плоский металлический рефлектор 3, питающую линию 4, подключенную к вершинам конусов, и шлейфы 5 и 6 в форме металлических штырей.
При использовании симметричного вибратора в качестве облучателя однонаправленная диаграмма создается благодаря размещению вибратора над плоскостью плоского металлического рефлектора 3 (чаще всего в форме диска) на расстоянии Н от рефлектора, равном, например, четверти длины волны Н≈λ/4. Диапазонность собственно вибратора можно обеспечить, выполняя его в форме биконической антенны.
Однако при работе в широком диапазоне частот условие Н≈λ/4 не может быть выполнено, что приводит к развалу диаграммы направленности облучателя и росту боковых лепестков зеркальной антенны.
При анализе ДН такой антенны полагалось, что в плечах биконического вибратора длиной L создается бегущая волна тока возбуждения. Это возможно только в том случае, если эти плечи достаточно длинные (Н≥2λ). При этом сами плечи будут находиться существенно вне фокуса, что повышает уровень боковых лепестков ДН и снижает коэффициент использования апертуры зеркала. К такому же эффекту приводит и наличие существенного обратного излучения V-образного вибратора.
Постоянство фазового центра антенны и подавление ее обратного излучения достигается использованием рефлектора 3 в форме диска, устойчивость ДН в широком диапазоне частот - использованием шлейфов 5 и 6, которые приподнимают фазовый центр самой V-образной антенны над плоскостью рефлектора, создавая узлы тока плеч вибраторов на их концах. Таким образом, использование шлейфов 5 и 6 является неотъемлемой сущностью предлагаемой конструкции, принципиально влияющей на ДН антенны, ее входное сопротивление и диапазонность работы. Угол наклона плеч вибратора α над плоскостью рефлектора 3, угол при вершине конусов β, диаметр D рефлектора 3 и высота плеч точек питания над плоскостью  рефлектора Н выбирается таким образом, чтобы получить приемлемые значения диапазонности работы, величины входного сопротивления, уровня обратного излучения и формы главного лепестка диаграммы направленности.
При необходимости антенную систему можно выполнить из двух биконических вибраторов, расположенных во взаимно ортогональных плоскостях, перпендикулярных площади рефлектора (Фиг.2). При параллельном возбуждении этих вибраторов результирующее входное сопротивление снижается вдвое, а главный лепесток результирующей диаграммы направленности получается более сглаженным.
Расчетные значения одного из вариантов реализации антенны как облучателя параболической антенны имели следующие значения:
- коэффициент стоячей волны по входу <2;
- уровень обратного излучения <0,15;
- ширина главного лепестка ДН по уровню 0,7 - 80 -1200;
- диапазонность работы 1:10.
Литература
1. Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. М.: изд. «Горячая линия - Телеком», 2004.
2. Туркин В.А. Разработка излучателей сверхкоротких электромагнитных импульсов для испытаний радиотехнической аппаратуры. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 2006.
3. Туркин В.А., Михеев О.В., Сахаров К.Ю., Соколов А.А. Antennas for beaming and receiving short ultra wideband electromagnetic impulses // Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems. Proc. of Internat. Conf. in Blanes / Barcelona, Spain, May 22-29, 2004, p.37-39.
4. Туркин В.А. Излучатели сверхширокополосных электромагнитных импульсов для испытаний телекоммуникационной и радиотехнической аппаратуры. Сборник научных трудов «Проектирование телекоммуникационных и информационных средств и систем» / Под ред. Л. Н.Кечиева. - М.: МИЭМ, 2006. - С.51-60.
5. Хармут Х.Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи. М.: изд. «Радио и связь», 1985.