СЛАБОНАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА

СЛАБОНАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА


RU (11) 2094914 (13) C1

(51) 6 H01Q13/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93047683/09 
(22) Дата подачи заявки: 1993.10.13 
(45) Опубликовано: 1997.10.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US, патент, 4821040, кл. H 01 Q 1/32, 1989. 
(71) Заявитель(и): Военная академия связи 
(72) Автор(ы): Варюхин А.С.; Хитров Ю.А.; Полисский А.В.; Пустовалов Е.П. 
(73) Патентообладатель(и): Военная академия связи 

(54) СЛАБОНАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННА 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике. Обеспечивается расширение рабочих частот, повышается устойчивость функционирования излучателя. Антенна содержит излучающий диск 2, расположенный параллельно экрану 1, в центре замкнутый на экран. Между излучающим диском и экраном установлен возбуждающий элемент в виде связанной двухсторонней полосковой линии. Внешние концы связанной линии представляют собой открытый контур. В частном случае контур может быть П-образным. Один проводник 3 связанной полосковой линии подключен к фидеру в центре антенны. Периферийные концы двух других проводников 5, 7 с одной стороны подключены к излучающему диску, а с другой стороны - к экрану. Параллельно кромке излучающего диска к экрану подключен цилиндрический проводник высотой , где o - длина волны в свободном пространстве. Радиус проводника R2= , радиус излучающего диска R1 = R2/(1,1 - 1,6), высота короткозамыкателя излучающего диска на экран равна b = 2h/3. При заполнении внутренней полости диэлектриком с диэлектрической проницаемостью r , основные габаритные размеры определяются выражениями: h = (0,15 - 0,2) R1, R2= д/4 , где д - длина волны в диэлектрике, . 2 з.п. ф-лы. 8 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике и предназначено для использования в качестве самостоятельной антенны, либо элемента антенной решетки с повышенной полосой рабочих частот.

Известны некоторые варианты построения антенн аналогичного назначения (авт. св. СССР N 1573488, 12.05.88; авт. св. СССР N 1573487, 04.05.88; авт. св. СССР N 1524117, 15.10.87), которые имеют некоторые признаки, сходные с признаками заявляемого решения.

Известные варианты имеют одну или несколько излучающих пластин, согласующие элементы, устройства возбуждения, металлический экран, могут иметь диэлектрическое заполнение.

Недостатком аналогов является слабая развязка с параметрами окружающей среды, узкая рабочая полоса частот, а также необходимость использования согласующих элементов, невысокая прочность и устойчивость функционирования.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному устройству аналогом является антенна, описанная в (авт. св. СССР N 1467628, 07.04.87). Прототип включает в себя металлический дисковый излучающий элемент, расположенный параллельно экрану, центр которого посредством замыкателя соединен с экраном, питающий фидер, внутренний проводник которого соединен через штыревой возбуждающий зонд с металлическим излучающим элементом, а внешний проводник с экраном, и пассивный согласующий элемент, расположенный между излучающим элементом и экраном диаметрально противоположно штыревому возбуждающему зонду относительно центра излучающего элемента. Такая антенна имеет повышенный коэффициент усиления.

Недостатками прототипа являются узкая рабочая полоса частот и невысокая стабильность параметра из-за влияния окружающей среды.

Целью изобретения является увеличение рабочей полосы частот целевой антенны при повышенной устойчивости функционирования.

Поставленная цель достигается тем, что в известной антенне, содержащей металлический диск, расположенный параллельно экрану и с помощью вертикального короткозамыкателя электрически связанный в центре с экраном, цилиндрический проводник, размещенный соосно с металлическим диском и нижней кромкой электрически связанный с экраном короткозамыкатель выполнен в виде трубчатого проводника. В полость между экраном и металлическим диском по обе стороны относительно короткозамыкателя введены две двухпроводные линии, проводники которых расположены в плоскостях, параллельных вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии металлического диска, на одинаковом удалении по обе стороны от этой плоскости. Примыкающие к которкозамыкателю первых, лежащих в одной плоскости, проводников этих линий посредством отрезка провода, проходящего через отверстия, выполненные в короткозамыкателе, подключены к центральному проводнику коаксиального фидера. Периферийные концы вторых проводников, лежащих в одной плоскости, замкнуты, соответственно на металлический диск и на экран.

Радиус цилиндрического проводника R2= o/4, где o длина волны в свободном пространстве, а его высота h (0.15 0,2)R2. Радиус излучающего диска R1 выбран R1 R2/(1.1 1.6). Высота которкозамыкателя b 2h/3. Внутренняя полость антенны может быть заполнена диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью r В этом случае R2 д/4, где д длина волны в диэлектрике, Высота цилиндрического проводника h (0,15 -0,2)R2.

Перечисленная совокупность существенных признаков позволяет в заявленном устройстве значительно повысить полосу рабочих частот (с 10 15% до 30 35%) при повышенной развязке с параметрами окружающей среды. Повышенная развязка достигается использованием цилиндрического проводника. Увеличение рабочей полосы частот осуществляется за счет компенсации реактивности с помощью связанной полосковой линии и трансформирующих свойств отрезка круглого волновода, образованного излучающим диском и цилиндрическим проводником.

На фиг. 1 изображена слабонаправленная антенна, вид сверху; на фиг. 2 - структура антенны в сечении А-А; на фиг. 3 структура антенны в сечении Б-Б; на фиг. 4 диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости при возбуждении одной связанной полосковой линией; на фиг. 5 диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости при возбуждении одной связанной полосковой линией; на фиг. 6 диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости при возбуждении двумя связанными полосковыми линиями в фазовой квадратуре; на фиг. 7 диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости при возбуждении двумя связанными полосковыми линиями в фазовой квадратуре.

Заявленная антенна, показанная на фиг. 1 3, содержит металлический экран 1, металлический диск 2 радиусом R1, короткозамыкатель 3, цилиндрический проводник 4 высотой h, две двухпроводные линии 5. Цилиндрический проводник 4 имеет радиус R2 o/4 где o длина волны в свободном пространстве. Высота которкозамыкателя b 2h/3. Цилиндрический проводник 4 имеет электрический контакт с экраном по всему периметру проводника. Короткозамыкатель расположен в центре антенны и имеет электрический контакт с экраном и излучающим диском. Короткозамыкатель выполнен в виде трубчатого проводника и имеет два сквозных отверстия. Отверстия расположены на оси металлической полоски а связанной полосковой линии 5. Радиус отверстий произвольный, но должен отсутствовать электрический контакт полоски а и короткозамыкателя. В центре антенны экран имеет сквозное отверстие радиусом, равным радиусу трубчатого проводника короткозамыкателя. Радиус излучающего диска выбран R1 R2/(1,1 -1,6).

Две двухпроводные линии (фиг. 1) образованы проводниками а (б) и частью проводника а, зеркально расположенной относительно вертикальной плоскости к проводнику в (б), проходящей через ось 00'. Примыкающие к короткозамыкателю концы проводников первой и второй двухпроводных линий (фиг. 1) соединяются дополнительным отрезком проводника. Дополнительный отрезок проводника в центре подключается к центральному проводнику фидера.

Периферийные концы проводника а представляют собой открытые контуры различной конфигурации. Конфигурация может быть полукруглая, полуэллиптическая, П-образная, Г-образная, спиральная или другой аналогичной формы. На фиг. 2, 3 приведен частный случай: П-образный контур. Периферийные концы проводника а не имеют электрического контакта с экраном и излучающим диском, причем являются диагонально зеркальны относительно точки подключения центрального проводника фидера в вертикальной плоскости. Ширина контура может быть произвольной. Проводники б и в зеркальны проводнику а относительно оси 00', причем проводник в имеет электрический контакт с экраном. Электрический контакт проводников б и в осуществляется периферийными концами открытых контуров. Проводники б и в имеют прямолинейную часть и открытый контур. Длина прямолинейной части выбирается произвольно. Центральный проводник фидера подключается к середине проводника а внутри трубчатого проводника короткозамыкателя. Внешний проводник фидера подключается к экрану в месте соединения короткозамыкателя и экрана.

Внутренняя полость антенны может быть заполнена диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью r при этом R2= д/4, где д длина волны в диэлектрике, высота h (0,15 0,2)R2.

Антенна работает следующим образом.

При подключении антенны к генератору в металлическом проводнике а связанной полосковой линии протекает ток и возникает электрическое поле. Силовые линии электрического поля охватывают проводники б и в, расположенные в непосредственной близости от проводника а. Поскольку электрические поля, возникающие вокруг этих проводников, существуют не только в непосредственной близости от каждого из них, появляется взаимодействие между ними за счет краевых полей, величина которых зависит от разности потенциалов между проводниками и их формы, расстояния между ними и параметров диэлектрического заполнения. Отрезки связанных полосковых линий резонируют на определенных частотах, возбуждая поле в кольцевой щели, образованной оболочкой металлического цилиндрического проводника и излучающим диском. Разность высот цилиндрического проводника и короткозамыкателя образует отрезок круглого волновода, обладающего трансформирующими свойствами для формирования требуемого амплитудно-фазового распределения на излучающей аппаратуре и диаграммы направленности.

Такая электродинамическая система из цилиндрического проводника 4, экрана 1, излучающего диска 2 с короткозамыкателем 3 и связанной полосковой линией 5 способствует повышению устойчивости параметров антенны к воздействию внешних параметров (факторов) окружающей среды и расширению полосы частот при выборе размеров R1, R2, h, b в пределах, указанных в формуле изобретения. Размеры R1, R2, b, выбраны таким образом, чтобы реактивные составляющие входного сопротивления антенны были скомпенсированы максимально возможным образом.

Для проверки возможности достижения поставленной цели был изготовлен образец предлагаемой антенны для работы в диапазоне частот 500 800 МГц, при этом антенна имела следующие размеры: R2 60 мм, h 16 мм, b 10 мм, расстояние между проводниками а и б, а также между а и b связанной полосковой линии равны 1,5 мм. Радиус излучающего диска R1 50 мм, ширина периферийного контура равна ширине щели (R2 R1) 10 мм. Объем был заполнен диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью r 4. Результаты измерений входного сопротивления антенны представлены на (фиг. 8), из которого видно, что полоса рабочих частот по уровню коэффициента бегущей волны КБВ 0,5 составляет 35% Размеры радиуса излучающего диска R1 и высоты h цилиндрического проводника выбраны из условий R1 R2/(1,1 1,6), h (0,15 0,2)R2, R2 д/4. Соблюдение этих пределов, а также выбор величин R2 и b в соответствии с размерами, указанными в формуле изобретения позволяет достичь желаемого эффекта. Результаты измерений диаграммы направленности антенны при возбуждении одной связанной полосковой линией для вертикальной и горизонтальной плоскости представлены на фиг. 4, 5. Результаты измерений диаграммы направленности при возбуждении антенны в фазовой квадратуре двумя связанными полосковыми линиями для горизонтальной и вертикальной плоскости представлены на фиг. 6, 7.

Для сравнения полосы частот и коэффициента усиления предлагаемой антенны и прототипа был изготовлен образец прототипа, размеры которого были выбраны исходя из обеспечения резонансной частоты f0 650 МГц. Сравнительные изменения показали, что при эквивалентном коэффициенте усиления предлагаемой антенны и прототипа, полоса частот прототипа составляет 15 16% т.е. примерно вдвое меньше, чем у предлагаемой антенны.

Указанные преимущества дают основание ожидать повышения помехозащищенности и эффективности функционирования радиолиний с использованием заявленной антенны. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Слабонаправленная антенна, содержащая металлический диск, расположенный параллельно экрану и с помощью вертикального короткозамыкателя электрически связанный в центре с экраном, цилиндрический проводник, размещенный соосно с металлическим диском и нижней кромкой электрически связанный с экраном, и коаксиальный фидер, внешним проводником подключенный к экрану, отличающаяся тем, что короткозамыкатель выполнен в виде трубчатого проводника, а в полость между экраном и металлическим диском по обе стороны относительно короткозамыкателя введены две двухпроводные линии, проводники которых расположены в плоскостях, параллельных вертикальной плоскости, проходящей через ось симметрии металлического диска, на одинаковом удалении по обе стороны от этой плоскости, примыкающие к короткозамыкателю концы первых, лежащих в одной плоскости, проводников этих линий посредством отрезка провода, проходящего через отверстия, выполненные в короткозамыкателе, подключены к центральному проводнику коаксиального фидера, периферийные концы вторых проводников, лежащих в одной плоскости, замкнуты соответственно на металлический диск и на экран.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что радиус R2 окружности, вдоль которой установлен цилиндрический проводник, электрически связанный с экраном, выбран равным четверти длины рабочей волны в свободном пространстве -o и радиус R2 соотносится с радиусом металлического диска R1 как R2 / R1 1,1 oC 1,6, высота цилиндрического проводника h выбрана из условия h (0,15 oC 0,2) R2, а высота b короткозамыкателя из условия b 2h/3.

3. Антенна по п.1 и/или 2, отличающаяся тем, что внутренняя полость заполнена диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью r, при этом R2 =q/4, где q- длина волны в диэлектрике,




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru