ДВУХПОРТОВАЯ ДВУХДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА ДЛЯ ДИАПАЗОНОВ ДКМВ И ДМВ2

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемопередающих устройств для связи между стационарными объектами или наземными объектами с изменяющимся во времени их взаимным расположением, функционирующих одновременно или раздельно во времени в диапазонах ДКМВ и ДМВ2. Кроме того, полезная модель относится к антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.
Известна двухпортовая двухдиапазонная антенна согласно заявке на патент США US2010283699 (опубликована 06.05.2009; МПК H01Q5/00, H01Q9/16), содержащая первый излучатель для одного диапазона и второй излучатель для другого диапазона. Первый излучатель для одного диапазона выполнен на основе несимметричного вертикально ориентированного диполя из цилиндрических элементов и коаксиального кабеля, пропущенного внутри цилиндрического элемента, при этом длина верхнего цилиндрического элемента выполнена меньшей, чем длина нижнего цилиндрического элемента. Эта антенна включает шесть излучающих цилиндрических элементов различной длины, объединенных в диполи и соединенных между собой дросселями в виде меандрообразных линий. Антенна функционирует в трех диапазонах: 30–190, 225–450 и 700–2000 МГц. По сути, диапазоны частот 30–190 и 225–450 МГц являются одним сплошным диапазоном, имеющим существенный недостаток – отсутствие приема (передачи) частот в области от 190 до 225 МГц. Это отсутствие приема (передачи) по существу является «провальной» областью диапазона частот, простирающегося от 190 до 225 МГц между границами диапазона 30–450 МГц. Сигналы диапазона 700–2000 МГц снимаются с первого порта, а диапазонов 30–190 и 225–450 МГц – со второго.
Ограничениями известного устройства являются:
- недостаточно широкая полоса частот в диапазоне ДМВ2 и невозможность функционирования в диапазоне 1,5–30 МГц ДКМВ, обычно используемого большинством бортовых и передвижных радиостанций;
- объединенный секционированный излучатель не может эффективно работать во всех трех диапазонах. В верхнем диапазоне главный лепесток диаграммы направленности начинает дробиться, когда длина объединенного излучателя превышает половину длины волны;
- невозможность одновременного использования диапазонов ДКМВ и ДМВ2 из-за большого разноса по частоте;
- недостаточно высокий коэффициент усиления в направлении горизонта;
- сложность конструкции из-за использования меандрообразных дросселей между цилиндрическими элементами, других согласующих элементов и многочисленных распаек коаксиальной линии к шести цилиндрическим элементам.
Указанные недостатки позволяет исправить известная двухпортовая двухдиапазонная антенна согласно патенту РФ RU2634796 (опубликован 03.11.2017; H01Q5/00), которая является наиболее близкой к заявленной. Эта антенна содержит первый излучатель для первого диапазона и второй излучатель для второго диапазона, в которой первый излучатель выполнен на основе несимметричного вертикально ориентированного диполя из верхнего цилиндрического элемента, нижнего цилиндрического элемента и коаксиального кабеля, пропущенного внутри нижнего цилиндрического элемента, причем длина верхнего цилиндрического элемента выполнена меньшей, чем длина нижнего цилиндрического элемента. Верхний и нижний цилиндрические элементы первого излучателя выполнены в виде соответственно верхнего стакана и нижнего стакана. Нижний стакан выполнен перевернутым, и его днище обращено к днищу верхнего стакана. Выходящий из нижнего стакана коаксиальный кабель подсоединен к разъему первого порта, а оплетка коаксиального кабеля соединена с днищем нижнего стакана. Центральная жила коаксиального кабеля через отверстие в днище нижнего стакана соединена с днищем верхнего стакана. Внутри верхнего стакана установлен ступенчатый стержень, электрически связанный с днищем верхнего стакана, и конец которого расположен снаружи верхнего стакана. Диаметр ступенчатого стержня у днища верхнего стакана выбран большим, чем диаметр ступенчатого стержня с концом, расположенным снаружи. Второй излучатель выполнен в виде несимметричного вибратора, подсоединенного через дроссель к верхнему краю проводящей рамки, вертикально ориентированной и охватывающей с зазором первый излучатель. Нижний край проводящей рамки подсоединен к разъему второго порта.
Преимуществами этой антенны являются возможность одновременного использования диапазонов с большим разносом по частоте, например диапазонов ДКМВ и ДМВ2, расширение полосы рабочих частот в диапазоне ДМВ2, улучшение формы диаграммы направленности, повышение коэффициента усиления и упрощение конструкции.
Однако упрощение конструкции приводит к ее эксплуатационной ненадежности, что связано со схематичностью этого функционального устройства, а не конкретным его воплощением в изделии.
Техническим результатом, полученным в настоящей полезной модели, является повышение надежности антенны и, как следствие, увеличение срока ее эксплуатации, удобство и качество сборки.
Для достижения указанного технического результата в двухпортовой двухдиапазонной антенне, содержащей первый излучатель для первого диапазона и второй излучатель для второго диапазона, первый излучатель выполнен на основе несимметричного вертикально ориентированного диполя из верхнего цилиндрического элемента, нижнего цилиндрического элемента и коаксиального кабеля, пропущенного внутри нижнего цилиндрического элемента, причем длина верхнего цилиндрического элемента выполнена меньшей, чем длина нижнего цилиндрического элемента, при этом верхний и нижний цилиндрические элементы первого излучателя выполнены в виде соответственно верхнего стакана и нижнего стакана, нижний стакан выполнен перевернутым, а его днище обращено к днищу верхнего стакана, выходящий из нижнего стакана коаксиальный кабель подсоединен к разъему первого порта, а его оплетка – к днищу нижнего стакана, центральная жила коаксиального кабеля через отверстие в днище нижнего стакана соединена с днищем верхнего стакана, внутри верхнего стакана установлен ступенчатый стержень, электрически связанный с днищем верхнего стакана и конец которого расположен снаружи верхнего стакана, причем диаметр ступенчатого стержня у днища верхнего стакана выбран большим, чем диаметр ступенчатого стержня с концом, расположенным снаружи, второй излучатель выполнен в виде несимметричного вибратора, подсоединенного через дроссель к верхнему краю проводящей рамки, вертикально ориентированной и охватывающей с зазором первый излучатель, а нижний край проводящей рамки подсоединен к разъему второго порта.
Согласно заявленной полезной модели введено основание, выполненное в виде цилиндра, с дном с одной стороны и фланцем – с другой стороны. Введена конусообразная втулка, снабженная в ее основании фланцем и соответствующей ему проставкой. Введен амортизатор, выполненный из упругого материала и конусообразным в его основании. Первый излучатель снабжен корпусом, полым, с выполненными на его торцах фланцами, и снабжен втулками. Корпус и втулки выполнены диэлектрическими из радиопрозрачного материала. Втулки выполнены обеспечивающими фиксацию нижнего стакана и верхнего стакана в корпусе. Проводящая рамка второго излучателя выполнена из кольца, токопроводящего, и из двух проводов, установленных на внутренней поверхности корпуса вдоль его продольной оси. Провода нижнего края проводящей рамки подсоединены к разъему второго порта посредством кольца и отрезка кабеля, а коаксиальный кабель, подсоединенный к разъему первого порта, пропущен внутри основания, кольца и втулок. Разъемы первого и второго порта расположены снаружи дна основания, и его фланец соединен с одним из фланцев корпуса, а другой фланец корпуса соединен с фланцем конусообразной втулки через проставку. Второй излучатель выполнен из металлических трубок, вставленных друг в друга в свернутом состоянии и раздвинутых – в рабочем. На нижней металлической трубке и конусообразной втулке установлен амортизатор с сопряжением конусообразного основания амортизатора с конусообразной втулкой.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- дроссель был выполнен в виде катушки, намотанной на полиамидной втулке;
- ступенчатый стержень был выполнен в виде двух частей: одной части в виде стаканчика, дно которого обращено от днища верхнего стакана, и другой части в виде штыря, закрепленного в дне стаканчика;
- были введены металлические втулки для распайки коаксиального кабеля;
- наружная поверхность конусообразной втулки была выполнена ступенчатой.
Указанные преимущества, а также особенности полезной модели поясняются вариантом ее выполнения со ссылками на фигуры.
Фиг. 1 изображает заявленное устройство, общие его виды.
Фиг. 2 изображает продольное сечение устройства, для удобства чтения чертежа – в полуразобранном состоянии.
На фиг. 3 показан первый излучатель диапазона ДМВ2, для удобства чтения чертежа – в полуразобранном состоянии.
На фиг. 4 показан второй излучатель диапазона ДКМВ.
На фиг. 5 схематично показан второй излучатель диапазона ДКМВ.
Двухпортовая двухдиапазонная антенна выполнена в виде единой антенны (фиг. 1).
Антенна содержит первый излучатель 1 для первого диапазона (ДМВ2) и второй излучатель 2 для второго диапазона (ДКМВ) (фиг. 2, 3, 4). Первый излучатель 1 и второй излучатель 2 выполнены раздельными и объединены в общую антенну. Первый излучатель 1 для первого диапазона (ДМВ2) выполнен на основе несимметричного вертикально ориентированного диполя из цилиндрических элементов 3, 4 и коаксиального кабеля 5, пропущенного внутри цилиндрического элемента 3 (фиг. 2, 3). Длина верхнего цилиндрического элемента 4 выбрана меньшей, чем длина нижнего цилиндрического элемента 3.
Цилиндрические элементы 3, 4 первого излучателя 1 выполнены в виде двух стаканов – нижнего стакана А и верхнего стакана Б.
Нижний стакан А выполнен перевернутым, его днище обращено к днищу верхнего стакана Б. Выходящий из нижнего стакана А коаксиальный кабель 5 подсоединен к разъему 6 первого порта, а его оплетка соединена с днищем нижнего стакана Б. Центральная жила коаксиального кабеля 5 через отверстие в днище нижнего стакана А соединена с днищем верхнего стакана Б. Внутри верхнего стакана Б установлен ступенчатый стержень 7, электрически связанный с днищем верхнего стакана Б и конец которого расположен снаружи верхнего стакана Б. Диаметр ступенчатого стержня 7 у днища верхнего стакана Б выбран большим, чем диаметр ступенчатого стержня 7 с концом, расположенным снаружи.
Второй излучатель 2 (фиг. 2, 4) для второго диапазона (ДКМВ) выполнен в виде несимметричного вибратора 8, подсоединенного через дроссель 9 к верхнему краю проводящей рамки 10, вертикально ориентированной и охватывающей с зазором первый излучатель 1, нижний край которой подсоединен к разъему 11 второго порта.
В устройство введено основание 12 (фиг. 1, 2, 3), выполненное в виде цилиндра, с дном с одной стороны и фланцем 13 – с другой стороны. Введена конусообразная втулка 14, снабженная в ее основании фланцем 15 и соответствующей ему проставкой 16 (фиг. 2). Введен амортизатор 17, выполненный из упругого материала и конусообразным в его основании. Первый излучатель 1, выполненный из стаканов А и Б, снабжен корпусом 18 (фиг. 1, 2, 3), полым, с выполненными на его торцах фланцами 19, 20, и снабжен втулками 21. Корпус 18 и втулки 21 (фиг. 3) выполнены диэлектрическими из радиопрозрачного материала. Втулки 21 выполнены обеспечивающими фиксацию нижнего стакана А и верхнего стакана Б первого излучателя 1 в корпусе 18. Проводящая рамка 10 второго излучателя 2 (фиг. 4) выполнена из кольца 22, токопроводящего, и из двух проводов, установленных на внутренней поверхности корпуса 18 вдоль его продольной оси (фиг. 2, 3). Провода нижнего края проводящей рамки 10 подсоединены к разъему 11 второго порта посредством кольца 22 и отрезка 23 кабеля. Коаксиальный кабель 5, подсоединенный к разъему 6 первого порта, пропущен внутри основания 12, кольца 22 и втулок 21. Разъемы 6, 11 первого и второго порта расположены снаружи дна основания 12, и его фланец 13 соединен с одним из фланцев 19 корпуса 18, а другой фланец 20 корпуса 18 соединен с фланцем 15 конусообразной втулки 14 через проставку 16 (фиг. 2). Второй излучатель 2 выполнен из металлических трубок 24 (фиг. 4, 5), вставленных друг в друга в свернутом состоянии и раздвинутых – в рабочем состоянии. На нижней металлической трубке 24 и конусообразной втулке 14 установлен амортизатор 17 с сопряжением конусообразного основания амортизатора 17 с конусообразной втулкой 14.
Дроссель 9 может быть выполнен в виде катушки, намотанной на полиамидной втулке (фиг. 2, 4).
Кроме того, для удобства подсоединения коаксиального кабеля 5 ступенчатый стержень 7 (фиг. 3) может быть выполнен в виде двух частей: одной части в виде стаканчика 25, дно которого обращено от днища верхнего стакана, и другой части в виде штыря 26, закрепленного в дне стаканчика 25.
Могут быть введены металлические втулки 27 (фиг. 3) для распайки коаксиального кабеля 5, которые служат для обеспечения дополнительной надежности соединения оплетки и центральной жилы, соответственно, с нижним стаканом А и верхним стаканом Б первого излучателя 1.
Наружная поверхность конусообразной втулки 14 может быть выполнена ступенчатой (фиг. 2).
Заявленная двухпортовая двухдиапазонная антенна работает следующим образом.
Как показали испытания, все ее электрические параметры соответствуют ближайшему аналогу согласно RU2634796.
Улучшение надежности, увеличение сроков эксплуатации, а также удобство и качество сборки достигаются за счет конструктивного выполнения антенны в изделии следующим образом.
Первый излучатель 1 диапазона ДМВ2 (фиг. 3) выполнен в виде системы внешних и внутренних излучателей – стаканов А, Б из латуни и ступенчатого стержня 7, размещенных между втулками 21 (радиопрозрачными, диэлектрическими, например, из полиамида) и помещенных в корпус 18 (радиопрозрачный, диэлектрический, например, из стеклопластика), который также является несущим основанием для второго излучателя 2 диапазона ДКМВ.
Разъемом 6 первого порта ДМВ2 (фиг. 1, 2, 3) является вилка, например СР-50-131ФВ, от которой внутри основания 12 и втулок 21 (фиг. 3) проходит коаксиальный кабель 5. Оплетка коаксиального кабеля 5 припаивается к втулке 27 нижнего стакана А, которая выполнена из латуни и покрыта сплавом олова и висмута, а также является частью днища нижнего стакана А. Центральная жила коаксиального кабеля 5 подводится к днищу верхнего стакана Б, проходит через отверстия в нижней втулке 27 и припаивается к верхней втулке 27, являющейся частью днища этого верхнего стакана Б. К верхнему стакану Б с помощью резьбовой шпильки и гайки присоединяется ступенчатый стержень 7 (фиг. 3), который выполнен в виде двух частей – одной части в виде стаканчика 25, дно которого обращено от днища верхнего стакана Б, и другой части в виде штыря 26, закрепленного в дне стаканчика 25.
Второй излучатель 2 диапазона ДКМВ (фиг. 4) включает в себя проводящую рамку 10, которая выполнена из кольца 22 (латунного) и из двух проводов, установленных на внутренней поверхности корпуса 18. Провода проводящей рамки 10 диаметрально «обтекают» первый излучатель 1 под корпусом 18 (фиг. 2, 4), и с одного конца через припаянное к ним кольцо 22 (фиг. 4) припаяны к отрезку 23 кабеля, на котором смонтирована вилка, например СР-50-130Ф, являющаяся разъемом 11 второго порта. С другого конца провода проводящей рамки 10 соединены с несимметричным вибратором 8 через дроссель 9. Дроссель 9 выполнен в виде катушки, например, проводом ПВ1 0,75 Б ГОСТ 6323-79, на полиамидной втулке. Конусообразная втулка 14 накручена на металлическую шпильку 28, которая в свою очередь вкручена в штыревой излучатель, выполненный из вставленных друг в друга металлических трубок 24, являющихся антенной диапазона ДКМВ. Проставка 16 (фиг. 2) является опорой второго излучателя 2 (на фиг. 4 не показана).
Второй излучатель 2 (фиг. 5) представляет собой телескопическую антенну и выполнен из металлических трубок 24, вставленных друг в друга в свернутом состоянии и раздвинутых – в рабочем. На нижней металлической трубке 24 и конусообразной втулке 14 установлен амортизатор 17 с сопряжением конусообразного основания амортизатора 17 с конусообразной втулкой 14. Металлические трубки 24 представляют собой совокупность четырех колен, которые в свою очередь вставлены в амортизатор 17, работающий на изгиб. Амортизатор 17 улучшает эксплуатационные характеристики антенны и предназначен для компенсации разрушающих антенну механических нагрузок, вызванных изгибающим моментом, возникающим при встрече антенны с препятствием, а также при резком изменении скорости или направления движения объекта с установленной антенной или при вибрации. Наружная поверхность конусообразной втулки 14 под амортизатором 17 может быть выполнена ступенчатой (фиг. 2) для обеспечения заданной свободы его хода. Колена и амортизатор могут быть заимствованы из известной антенны АШ-4 ИВ2.099.107-01Сп.
Удобство и качество сборки достигается за счет надежности соединения всех конструктивных элементов, а также за счет возможности поэлементного проведения самой сборки в рациональном технологическом процессе. При этом устройство целиком и полностью, без затруднений собирается при соединении фланца 13 с фланцем 19, а фланца 20 через проставку 16 – с фланцем 15, винтами, болтами и т.п.
Наиболее успешно заявленная двухпортовая двухдиапазонная антенна для диапазонов ДКМВ и ДМВ2 применяется для связи между стационарными объектами или подвижными объектами, например передвижными радиостанциями.