Антена - патент Україна 2042991 - Беклешов Б
Використання: широкосмугові радіопередавальні пристрої. Сутність винаходу: антена містить нижній і верхній колінеарні стрижні та співвісні з ними циліндричну спіраль, діелектричний циліндр і провідну трубу, виконану з нижнього, середнього та верхнього відрізків. Між верхнім стрижнем і верхнім кінцем верхнього відрізка провідного середовища включена додаткова котушка індуктивності. У внутрішній порожнині середнього відрізка провідного середовища розміщений узгоджувальний блок. Визначено розміри всіх елементів антени, величина індуктивності додаткової котушки, схемна реалізація узгоджувального блоку, що дозволяють підвищити широкосмуговий антени в нижніх і верхніх частотах. 4 іл.
Малюнки до патенту Україна 2042991
Винахід відноситься до радіотехніки і може бути використане для роботи з широкосмуговими радіопристроями, що передають.
Відома антена, що містить верхній і нижній колінеарні стрижні та співвісні з ними циліндричну спіраль, діелектричний циліндр і провідну трубу, виконану з нижнього, середнього та верхнього відрізків, причому нижній відрізок має електричний контакт з провідною площиною [1] У діапазоні антена працює як вібратор з включеною в його центральну частину котушкою, що подовжує індуктивності, в якості якої використовується циліндрична спіраль.
У діапазоні верхніх частот антена працює як антена верхнього живлення і на верхній частоті робочого діапазону (довжина хвилі мін) є напівхвильовим штирем, встановленим на чвертьхвильовій колонці.
Конфігурація антени, розміри її елементів, циліндрична спіраль забезпечують узгодження антени з коаксіальним фідером у шестиразовому діапазоні хвиль з КБВ щонайменше 0,4.
Її недоліки: в області нижніхчастот верхній стрижень практично не бере участі в процесі випромінювання, так як на цих частотах опору ємнісних зазорів між цим стрижнем і нижнім стрижнем, циліндричною спіраллю і верхнім відрізком провідної труби складають значну величину. Це обмежує широкосмуговий антени в області нижніх частот, причому максимальна робоча довжина хвилі антени макс повинна становити не більше 8L де L довжина антени; в області верхніх частот широкосмуговість антени обмежена через наявність у її складі, як і в антені [1] коаксіальної лінії живлення, утвореної нижнім стрижнем і внутрішніми поверхнями нижнього та середнього відрізків провідної труби. При цьому мінімальна робоча довжина хвилі антени мін повинна становити щонайменше 1,33L.
Таким чином, антена-прототип має обмеження по широкосмуговій області нижніх і верхніх частот.
У зв'язку з цим поставленим технічним завданням є збільшення широкосмугової антени в області нижніх і верхніх частот.
Її рішення досягається тим, що в антену введені додаткова котушка індуктивності та узгоджувальний блок. Це дозволяє збільшити широкосмуговий антени в області нижніх частот за рахунок збудження верхнього стрижня і подовжує дії узгоджувального блоку, а також дозволяє збільшити широкосмуговий антени в області верхніх частот за рахунок поліпшення вхідного узгодження антени за допомогою узгоджувального блоку і поліпшенням збудження верхнього відрізка провідної труби.
На фіг. 1 показана пропонована антена; на фіг. 2 схема узгоджувального блоку; на фіг. 3 схема пропонованої антени області нижніх частот; на фіг. 4 схема пропонованої антени області верхніх частот.
Пропонована антена складається з верхнього 1 і нижнього 2 колінеарнихстрижнів (фіг. 1) і співвісних з ними циліндричної спіралі 3, діелектричного циліндра 4 та провідної труби, виконаної з відрізків: нижнього 5, середнього 6 і верхнього 7. Верхній кінець спіралі 3 з'єднаний з нижнім краєм верхнього відрізка 7. Нижній відрізок 7 має електричний контакт з провідною поверхнею, на якій встановлена антена.
До верхнього стрижня 1 і верхнього краю верхнього відрізка 7 підключена своїми висновками додаткова котушка індуктивності 8, величина якої вибирається в межах 0,25-0,5 циліндричної індуктивності спіралі.
У внутрішній порожнині середнього відрізка 6 провідної труби розміщений узгоджуючий блок 9, причому вхід узгоджувального блоку з'єднаний з верхнім кінцем нижнього стрижня 2, а вихід узгоджувального блоку з'єднаний з нижнім кінцем циліндричної спіралі 3. Як другий (нульовий) провод узгоджувального блоку використовується відрізка 5 провідної труби.
Узгоджувальний блок 9 виконаний у вигляді сходової електричної схеми 10 (фіг. 2) з індуктивностей та ємностей 11. На фіг. 2 наведена схема, що містить п'ять таких елементів.
Загальна довжина антени L становить 0,1 макс.
Мінімальна робоча довжина хвилі антени мін становить щонайменше 0,95L.
Діаметр антени становить 0,00144 макс, довжини нижнього 5, середнього 6 і 7 верхнього відрізків провідної труби складають відповідно 0,016 макс, 0,016 макс і 0,0375 макс. Висота циліндричної спіралі становить 0,0136 макс, ширина кільцевої щілини між відрізками 5 та 6 становить 0,00136 макс.
Довжина верхнього стрижня становить 0,0616 макс, довжина нижнього стрижня 0,0375 макс.
Зазначені розміри дозволяють забезпечити збудження антени в областях нижніх та верхніх частот у нижній та верхній точках живлення зодночасним забезпеченням високого рівня вхідного КБВ.
Запропонована антена працює наступним чином.
На нижніх частотах робочого діапазону мають значну величину опору ємнісних зазорів між верхнім і нижнім стрижнями 1 і 2 (фіг. 1), а також між нижнім та середнім відрізками 5 і 6 провідної труби. Отже, антена на цих частотах являє собою вібратор, складений з двох плечей (верхнього та нижнього) з індуктивним навантаженням циліндричною спіраллю між ними і з кільцевим індуктивним шлейфом із середнього відрізка 6 провідної труби. Нижнім плечем цього вібратора є нижній відрізок 5 провідної труби і частина нижнього стрижня 2 (фіг. 3), що виступає з нього. Верхнім плечем цього вібратора у антени-прототипу є верхній відрізок 7 провідної труби. Введення додаткової котушки 8 з індуктивністю певної величини дозволяє в пропонованій антені збільшити довжину верхнього плеча на довжину відрізка верхнього стрижня 1, що виступає з відрізка 7 труби, що проводить (фіг. 3). Крім того, додаткова котушка індуктивності спільно з циліндричною спіраллю здійснює налаштування вібратора на частоти нижні робочого діапазону.
Зважаючи на значний опір ємнісного зазору між нижнім і середнім відрізками 5 і 6 провідної труби другий (нульовий) провід узгоджувального блоку 9 виявляється розірваним, у зв'язку з чим узгоджуючий блок 9 в області нижніх частот виконує функції не узгодження, а подовження випромінювача. При цьому елементи блоку, включені в поздовжню гілку, подовжують нижній стрижень 2, а елементи, включені в поперечні гілки, покращують збудження кільцевого індуктивного шлейфу відрізка 6 (фіг. 3).
Таким чином, спільна дія додаткової котушки індуктивності та елементівузгоджувального блоку дозволяє збільшити широкосмуговий пропонованої антени в області нижніх частот до макс10L.
В області верхніх частот робочого діапазону мають малу величину опору ємнісних зазорів між верхнім стрижнем 1 і вихідним проводом узгоджувального блоку 9 (фіг. 1), а також між нижнім і середнім відрізками 5 і 6 труби. Отже, на цих частотах антена є антеною верхнього живлення, складеною з двох плечей. Нижнє плече, у свою чергу, складено з відрізків 5 і 6 провідної туби, а верхнім плечем є верхній стрижень 1, з кільцевим індуктивним шлейфом з верхнього відрізка 7 провідної труби (фіг. 4). Співвідношення довжин верхнього та нижнього плечей становить 2:1. Відомо, що при такому співвідношенні довжин антена зберігає оптимальну форму діаграми спрямованості з притиснутим до землі головною пелюсткою приблизно до довжини хвилі мін 0,951. Однак в антенне-прототипі частотний діапазон обмежений довжиною хвилі мін 1,33L через наявність вбудованої в нижнє плече коаксіальної лінії живлення, утвореної нижнім стрижнем 2 і внутрішніми поверхнями нижнього та середнього відрізків 5 і 6 труби. Введення узгоджуючого блоку, що здійснює в області верхніх частот широкосмугове узгодження, дозволяє розширити робочий діапазон антени до хвилі хв 0,95L. Методи синтезу таких широкосмугових узгоджувальних блоків, що реалізуються у вигляді сходових електричних схем (фіг. 2), здебільшого ґрунтуються на оптимізації характеристик цих схем за допомогою ЕОМ.
Додаткова котушка індуктивності покращує збудження індуктивного кільцевого шлейфу-відрізка 7, що сприяє розширенню широкосмугової антени в цій області частот.
Таким чином, спільна дія погоджуючогоблоку та додаткової котушки індуктивності дозволяє збільшити широкосмуговість пропонованої антени в області верхніх частот до хв 0,95L.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
АНТЕННА, що містить верхній і нижній колінеарні стрижні і співвісні з ними циліндричну спіраль, діелектричний циліндр і провідну трубу, виконану з нижнього, середнього і верхнього відрізків, що відрізняється тим, що введені котушка індуктивності і узгоджуючий блок, причому верхнім кінцем верхнього відрізка провідної труби, величина індуктивності котушки індуктивності обрана в межах 0,25 0,5 від індуктивності циліндричної спіралі, а узгоджуючий блок розміщений у внутрішній порожнині середнього відрізка провідної труби і виконаний у вигляді сходової електричної схеми з індуктивностей узгоджуючого блоку з'єднаний з верхнім кінцем нижнього стрижня, а вихід узгоджуючого блоку з'єднаний з нижнім кінцем циліндричної спіралі, при цьому довжина антени L=0,1max і min 0,95 L, де max, min відповідно максимальна та мінімальна робочі довжини хвиль антени.