Штыревая антенна с емкостными нагрузками

Предлагаемое устройство относится к антенной технике и может быть использовано в качестве передающей и приемной широкополосной антенны линейной поляризации УКВ диапазона.
Известны штыревые антенны, в которых согласование с фидером производятся за счет емкостных нагрузок в вибраторе (В.В. Овсянников / Вибраторные антенны с реактивными нагрузками/Радио и связь, Москва 1985 - стр.120). Недостатком таких антенн является большое количество требуемых нагрузок различной емкости.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому устройству является антенна, описанная в работе (В.В. Овсянников / Вибраторные антенны с реактивными нагрузками/Радио и связь, Москва 1985 - С. 74-76), принятая за прототип.
Схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:
1 - вибратор;
2 - плоские емкостные нагрузки;
4 - точка запитки;
6 - экран.
Устройство-прототип содержит вибратор 1, имеющий два разрыва, в которые помещен диэлектрик - емкостные нагрузки 2. Таким образом, емкостные нагрузки 2 являются плоскими конденсаторами, обкладками которых являются части вибратора. Питающий коаксиальный фидер (на фиг. 1 не показан) подключается в точке запитки 4 следующим образом: центральный проводник фидера - к вибратору 1, а внешний проводник - к экрану 6. Дополнительно нижняя часть вибратора 1 устанавливается в радиопрозрачный диэлектрический кожух (на фиг. 1 не показан), который крепится к экрану, для повышения устойчивости конструкции.
Устройство-прототип работает следующим образом.
Распределение фазы тока на вибраторе 1 не является непрерывным из-за наличия сосредоточенных емкостных нагрузок 2. Емкостные нагрузки 2 осуществляют перенос фазы тока, изменяя импеданс отрезка вибратора 1. За счет двукратного поворота фазы, а также последующей трансформацией сопротивления отрезком длинной линии (частью вибратора 1), достигается перекрытие частотного диапазона (отношение верхней частоты к нижней) по уровню КСВ<3,5 равное 1,8. Диаграмма направленности при этом подобна диаграмме направленности штыревой антенны вполовину меньшей длины.
Недостатками устройства-прототипа являются технологическая сложность изготовления емкостных нагрузок и их малая конструктивная прочность. Также при сравнительно узкой полосе пропускания устройство-прототип имеет относительно плохое согласование (КСВ<3). Еще одним недостатком прототипа является отсутствие увеличения коэффициента направленного действия (КНД) по сравнению со штыревой антенной, несмотря на вдвое увеличенную длину вибратора.
Задачей предлагаемого устройства является улучшение согласования и увеличение КНД при одновременном упрощении конструкции и повышении надежности.
Для решения поставленной задачи в штыревую антенну с емкостными нагрузками, содержащую вибратор с емкостными нагрузками, кожух и экран, согласно полезной модели, введен трансформатор, включенный между питающим коаксиальным фидером и вибратором, помещенный в диэлектрический кожух, при этом емкостные нагрузки выполнены коаксиальными и делят вибратор в отношении 1:1,4:1,14, считая от трансформатора.
Схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено:
1 - вибратор;
2 - коаксиальные емкостные нагрузки;
3 - трансформатор;
4 - точка запитки;
5 - радиопрозрачный диэлектрический кожух;
6 - экран.
Предлагаемое антенное устройство содержит вибратор 1, две коаксиальные емкостные нагрузки 2 и трансформатор 3, установленный в радиопрозрачный диэлектрический кожух 5, который крепится к экрану, для повышения устойчивости конструкции и для армирования вибратора 1. Питание антенны осуществляется коаксиальным фидером, подключенным к трансформатору 3. Оплетка коаксиального фидера имеет электрический контакт с экраном 6. Емкостные нагрузки 2 делят вибратор 1 в отношении 1:1,4:1,14, считая от трансформатора 3.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Распределение фазы тока на вибраторе 1 не является непрерывным из-за наличия коаксиальных емкостных нагрузок 2. Емкостные нагрузки 2 осуществляют перенос фазы тока, изменяя импеданс отрезка вибратора 1. За счет двукратного поворота фазы, а также последующей согласования отрезком длинной линии (частью вибратора 1), достигается выравнивание импеданса вибратора 1 с емкостными нагрузками 2 на уровне сотен Ом. Трансформатор 3 осуществляет перенос импеданса с сотен Ом в 50 Ом, обеспечивая согласование. Перекрытие частотного диапазона (отношение верхней частоты к нижней) по уровню КСВ<2 равно 1,8. Диаграмма направленности при этом подобна диаграмме направленности штыревой антенны вполовину меньшей длины, однако за счет удлиненных участков вибратора между емкостными нагрузками 2 и свободного конца КНД возрастает на 1 - 2 дБ в рабочем диапазоне частот. Также использование коаксиальных емкостных нагрузок вместо плоских увеличивает стойкость к внешним механическим воздействиям и упрощает процесс сборки антенны.
Таким образом, по сравнению с устройством-прототипом, предлагаемое устройство обладает лучшим согласованием и увеличенным КНД при конструктивной и технологической простоте. Кроме того, в отличие от прототипа, использование коаксиальных емкостных нагрузок позволяет добиться большей жесткости конструкции, что повышает эксплуатационные характеристики устройства, а также увеличивает надежность и стойкость к внешним воздействиям.