S-подібна антена
Винахід призначений для використання в радіотехнічних пристроях радіомовлення, телебачення та зв'язку в ультракороткохвильовому діапазоні хвиль. Технічним результатом винаходу є підвищення коефіцієнта спрямованої дії. Для цього в антені у вигляді витка з дроту, розташованого вздовж сторін двох квадратів, розміщених уздовж загальної діагоналі один за одним і двопровідної лінії живлення, що підключається до двох найближчих розімкнених сторін різних квадратів, паралельно першим двом виткам, співвісно з ними, один за одним вздовж осі, перпендикулярної загальної діагоналі та проходить через її середину, розташовуються додаткові другі, треті та наступні витки. Двопровідна лінія при цьому може бути послідовно підключена до перших і наступних витків. Відстань між першими, другими та наступними витками становить чверть довжини електромагнітної хвилі, перші витки подовжені, а треті укорочені щодо других витків, до яких і підключена у цьому випадку двопровідна лінія живлення. Крім того, лінійні розміри перших, других та всіх наступних витків, як і відстані вздовж двопровідної лінії живлення у місцях її підключення до них, змінюються за логарифмічним законом, а підключення перших, других та наступних витків до цієї лінії здійснюється перехресно. 4 з.п.ф-ли, 3 іл.
Винахід призначений для використання у складі радіотехнічних пристроїв радіомовлення, телебачення та радіозв'язку в ультракороткохвильовому діапазоні частот.
Відомі антени у вигляді дроту, розташованого вздовж сторін квадратів, розміщених уздовж загальної діагоналі послідовно один за одним та двопровідної лінії живлення [1].
Недоліками такої антени є порівняна невисока спрямованість та малаширокопорожнинність.
Відомі також ускладнені конструкції антен [2], які мають більш високу спрямованість за рахунок використання слабко спрямованих елементів, розташованих один за одним.
Метою винаходу є збільшення КНД та розширення діапазону робочих частот.
Для цього пропонується S-подібна антена у вигляді дроту, розташованого вздовж сторін двох квадратів, розміщених уздовж загальної діагоналі послідовно один за одним і двопровідної лінії живлення, яка підключається до двох найближчих навхрест розрізаних сторін різних квадратів. Паралельно першим двом виткам, співвісно з ними, один за одним уздовж осі, перпендикулярної до загальної діагоналі і проходить через її середину, розташовані додаткові другі, треті і т.д. по два витки. Двопровідна лінія живлення підключена послідовно до перших, других, третіх і т.д. виткам.
Двопровідна лінія живлення може бути підключена тільки до перших витків, причому відстані між першим, другим, третім і т.д. витками становлять у своїй чверть довжини електромагнітної хвилі, а другі витки подовжені, треті - укорочені щодо перших кілька відсотків.
Лінійні розміри перших, других та наступних витків та відстані вздовж двопровідної лінії живлення між точками її підключення до перших, других і т.д. виткам змінюються за логарифмічним законом, причому підключення витків до двопровідної здійснюються через один перехресний.
Винахід пояснюється кресленнями, на яких фіг. 1 – елемент антени; фіг. 2 - S-подібна антена з послідовним живленням елементів; фіг. 3 - S-подібна антена з пасивним збудженням елементів.
S-подібна антена складається з дроту, розташованого вздовж сторін двох квадратів (фіг. 1) 1-2-3-4-5-6-7-8,розміщених уздовж загальної діагоналі 3-6 послідовно один за одним і двопровідної лінії живлення, підключеної в точках 1 і 8 до двох найближчих накрестлежащих розімкнених сторін 1-2 і 7-8 різних квадратів. Паралельно першим двом виткам 1-2-3-4-5-6-7-8, які далі позначаються на фіг. 3 позицією 19, співвісно з ними, один за одним, вздовж осі, перпендикулярної загальної діагоналі 3-6 (фіг. 1) і проходить через її середину, розташовані додаткові 20 другі, треті 21 і т.д. по два витки, двопровідна лінія 22 підключається при цьому тільки до перших витків.
В іншому варіанті антени (фіг. 2) двопровідна лінія живлення 12 послідовно підключається до перших 9, другим 10, третім 11 і т.д. виткам у точках 13-14, 15-16 та 17-18 відповідно.
Лінійні розміри перших 9, других 10 та третіх 11 і т.д. витків та відстані 13-15; 15-17 вздовж двопровідної лінії в точках її підключення 13-14 до витків 9, 15-16 до витків 10, 17-18 до витків 11 змінюються за логарифмічним законом, а підключення витків 9, 10 і 11 до двопровідної лінії здійснюють . Це означає, що якщо лівий провід двопровідної лінії живлення 12 підключається до правої сторони витків 9 і 11 у точках 13 і 17, а провід 12 - до лівої сторони витків у точках 14 і 18, то правий провід 12 підключається до правої сторони витків 10 точці 15, а лівий провід 12 - до лівої сторони витків 10 у точці 16.
S-подібна антена працює в такий спосіб. При підключенні високочастотного генератора (не показаний) за допомогою двопровідної лінії живлення 1-8 вздовж проводів антени 8-7-6-5 та 1-2-3-4, які можна розглядати як довгу лінію зі змінною відстанню між проводами, встановлюється режим стоячої хвилі. струму з пучністю посередині проводу 4-5. При стороні квадрата білячверті електромагнітної хвилі вузли розподілів струму розташовуються в точках 4, 2 і 5, 7, а пучності розподілів струму - в точках 3, 6, 1 і 8. У фіксований момент часу напрям струму вздовж сторін квадратів 1-2 і 7-8 збігаються і змінюють напрямок на протилежний у вузлах 5, 7 і 2, 4. Струми вздовж сторін квадратів I12, I23 і т.д. можна розкласти на складові паралельні та перпендикулярні загальної діагоналі 3-6. У напрямках, перпендикулярних площині квадратів, складові поля випромінювання від струмів, паралельних загальної діагоналі і розташованих праворуч і зліва від неї, наприклад, від I12 і I45, а також від струмів на верхніх і нижніх сторонах квадрата, наприклад, I12 і I23, взаємно компенсуються з- через їх протилежну спрямованість. У той же час усі складові поля випромінювання від струмів, перпендикулярних до загальної діагоналі, складаються і формують максимум діаграми спрямованості. Оскільки в площині, що проходить через загальну діагональ, поле формується струмами обох квадратів, діаграма спрямованості має меншу ширину, ніж у ортогональній площині.
У випадку, коли паралельно першим двом виткам 9 розміщені другі 10, треті 11 і т.д., по два витки, послідовно з'єднані двопровідною лінією 12 через чверть довжини хвилі, поля випромінювання від цих витків складаються в напрямку поширення електромагнітної хвилі вздовж лінії 12 ( Фіг.2).
Ця будова забезпечується випередженням по фазі поля наступних витків, наприклад витків 10, по відношенню до поля витків 9 за рахунок ближчого розташування витків 10 до точки спостереження і відставання по фазі збудження струмів по двопровідній лінії живлення витків 10 щодо витків 9. Постійні поширення електромагнітного поля у вільному просторі та високочастотного струму вздовждвопровідної лінії живлення 12 відрізняються при цьому незначною мірою. У протилежному напрямку поширенню електромагнітної хвилі вздовж лінії 12 поля від витків 9 і 10 протифазні, оскільки відстань між ними близько чверті електромагнітної хвилі і виток 9 ближче до точки спостереження, ніж виток 10 також на чверть хвилі.
В іншому варіанті, коли двопровідна лінія живлення 22 (фіг. 3) підключена тільки до перших двох витків 19, спрямоване випромінювання у бік від витків 20 до витків 19 і далі до витків 21 досягається випередженням по фазі струмів, що наводяться у витках 20, що грають роль рефлектора та відставання по фазі струмів, що наводяться у витках 21, та наступних, що грають роль директорів.
Для цього в рефлекторі 20 необхідно мати індуктивний характер опору, а в директорі 21 і наступних - ємнісний характер. Витки 20, еквівалентні двопровідної лінії довжиною хвилі, короткозамкнутої на кінці, подовжуються, а витки 21 - коротшають на кілька відсотків щодо витків 19.
Крім того, у варіанті фіг. 2 за рахунок збільшення розмірів від перших 9 до других 10 і далі третім 11 і наступним виткм, а також відстаней 13-15, 15-17 і т.д. між ними за логарифмічним законом, на кожній із частот логоперіодичного ряду поле випромінювання формують найближчі три по два витки, один з яких, наприклад виток 9, відіграють роль директора, два інші, наприклад витки 10 і 11, - роль активного вібратора і рефлектора. Зі зміною частоти роль резонуючих елементів переходить далі до десятих, одинадцятих і наступних трьох-чотирьох витків. Їхнє перехресне підключення через один дозволяє підсумовувати прийняте в напрямку від десятих витків до дев'ятих високочастотне поле і після його перетворення на високочастотні струми складати ціструми у двопровідній лінії живлення 12. Це призводить до збільшення спрямованості та широкопорожнинності антени.
Література 1. Журнал Радіо, 1971, N 11, стор 35-36.
2. Айзенберг Г.З., "Короткохвильові антени", - М.: Зв'язоквидав, 1962, стор 261, 478, 596.
1. S-подібна антена у вигляді витка з дроту, розташованого вздовж сторін двох квадратів, розміщених уздовж загальної діагоналі послідовно один за одним і двопровідної лінії живлення, що відрізняється тим, що двопровідна лінія живлення підключається до витка дроту в двох найближчих накрестлежах розімкнених сторонах різних квадратів .
2. S-подібна антена за п.1, що відрізняється тим, що паралельно першому витку, співвісно з ним, один за одним уздовж осі, перпендикулярної загальної діагоналі і проходить через її середину, розташовані додаткові другі, треті та наступні витки.
3. S-подібна антена за п.2, яка відрізняється тим, що двопровідна лінія живлення підключена послідовно до першого, другого, третього та наступних витків.
4. S-подібна антена за п.2, що відрізняється тим, що відстань між першим, другим, третім і наступними витками становить чверть довжини електромагнітної хвилі, причому другий виток подовжений, а третій і наступні витки укорочені щодо першого.
5. S-подібна антена за п.3, яка відрізняється тим, що лінійні розміри першого, другого та наступних витків, як і відстані вздовж двопровідної лінії живлення в точках її підключення до витків, змінюються за логарифмічним законом, а підключення першого, другого та наступних витків до цієї лінії здійснюється через один перехресний.