ШИРОКОПОЛОСНАЯ ПЕТЛЕВАЯ АНТЕННА

ШИРОКОПОЛОСНАЯ ПЕТЛЕВАЯ АНТЕННА


RU (11) 2212081 (13) C1

(51) 7 H01Q7/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

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

(21) Заявка: 2002118532/09 
(22) Дата подачи заявки: 2002.07.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.07.09 
(45) Опубликовано: 2003.09.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 6090 U1, 16.02.1998. RU 2153742 C1, 27.07.2000. US 3631499 A, 28.12.1971. FR 2441278, 06.06.1980. GB 2246023, 15.01.1992. 
(71) Заявитель(и): Сибирский физико-технический институт при Томском государственном университете 
(72) Автор(ы): Бульбин Ю.В.; Буянов Ю.И.; Винокуров А.А.; Сушко В.П.; Чуйков В.Д. 
(73) Патентообладатель(и): Сибирский физико-технический институт при Томском государственном университете 
Адрес для переписки: 634050, г.Томск, пл. Ново-Соборная, 1, СФТИ, А.И. Потекаеву 

(54) ШИРОКОПОЛОСНАЯ ПЕТЛЕВАЯ АНТЕННА 

Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкополосным петлевым антеннам, и может использоваться в радиосвязи, радионавигации, радиопеленгации, телевидении и радиовещании. Техническим результатом является уменьшение частотной зависимости импеданса антенны и повышение ее чувствительности. Сущность изобретения заключается в том, что оно содержит две проводящие петли, расположенные в одной плоскости и ориентированные своими концами навстречу друг другу, две идентичные проводящие дугообразные перемычки, расположенные в плоскости петель и направленные выпуклостью внутрь петель, согласующий трансформатор, имеющий два противофазных входа, соединенных с первыми концами петель, и цепочку из последовательно соединенных резистора и катушки индуктивности, включенных между вторыми концами первой и второй петель, при этом концы первой и второй перемычек соединены с проводниками первой и второй петель на расстояниях соответственно (0,08-0,12)Р и (0,32-0,48)Р от первых концов петель, где Р - периметр отдельной петли. 5 з. п.ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкополосным петлевым антеннам, и может найти применение в радиосвязи, радионавигации, радиопеленгации, телевидении и радиовещании.

Известна широкополосная петлевая антенна с кардиоидной диаграммой направленности [1] , состоящая из двух металлических ленточных полукольцевых элементов, верхние концы которых соединены через резистор, (резистор и полукольца образуют кольцевую петлю), а нижние подключены к входу антенного усилителя. Величина резистора равна удвоенному волновому сопротивлению петли. Диаметр петли равен 46 см, ширина ленточных элементов - 5 см. Антенна работает в полосе частот 46-230 МГц. Сильная частотная зависимость импеданса кольцевой петли в низкочастотной части рабочего диапазона ухудшает согласование петли со входом усилителя и снижает чувствительность антенны.

Наиболее близкой к заявляемому устройству по наибольшему числу существенных признаков является петлевая антенна [2], содержащая две идентичные проводниковые петли, расположенные в одной плоскости и ориентированные своими концами навстречу друг другу, с периметром каждой петли, не превышающим минимальную рабочую длину волны, два резистора, согласующий трансформатор, имеющий два противофазных входа, и антенный усилитель. Резисторы соединены последовательно и подключены к верхним концам петель. Концы первичной обмотки согласующего трансформатора соединены с нижними концами петель, а средняя точка первичной обмотки - с местом соединения резисторов между собой. Выходная обмотка согласующего трансформатора подключена ко входу усилителя. Выход усилителя является выходом антенны. При оптимальном соотношении противофазного и синфазного токов, наводимых в петлях падающей электромагнитной волной, обеспечивается кардиоидная диаграмма направленности. Необходимое соотношение токов обеспечивается выбором определенных геометрических размеров петель и величин сопротивлений резисторов.

Недостатком прототипа является сильная частотная зависимость в низкочастотной части рабочего диапазона импеданса на выходе согласующего трансформатора, подключенного ко входу усилителя, что ухудшает условия согласования на входе усилителя и снижает чувствительность антенны.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - уменьшение частотной зависимости импеданса антенны и повышение ее чувствительности.

Это достигается тем, что в широкополосную петлевую антенну, содержащую две проводящие петли, расположенные в одной плоскости и ориентированные своими концами навстречу друг другу, согласующий трансформатор, имеющий два противофазных входа, соединенных с первыми концами первой и второй петель, и резистор, соединенный своим первым выводом со вторым концом первой петли, дополнительно введены катушка индуктивности, включенная между вторым выводом резистора и вторым концом второй петли, и две идентичные проводящие дугообразные перемычки. Указанные перемычки расположены в плоскости петель и направлены выпуклостью внутрь петель, при этом концы первой и второй перемычек соединены с проводниками первой и второй петель на расстояниях соответственно (0,08-0,12)Р и (0,32-0,48)Р от первых концов петель, где Р - периметр отдельной петли.

Для снижения частотной зависимости импеданса антенны и улучшения ее согласования с нагрузкой (в качестве которой могут выступать вход усилителя, приемный тракт), длину перемычек выбирают в пределах (0,24-0,36)Р при длине периметра отдельной петли, выбираемой в пределах 0,5-1,1 минимальной рабочей длине волны.

Для повышения эффективности антенны и улучшения ее согласования с нагрузкой индуктивность катушки, измеренная в мкГн, выбирается в пределах (0,08-0,12)/fmax, где - волновое сопротивление проводника петли, fmax - частота, соответствующая минимальной рабочей длине волны антенны, а сопротивление резистора выбирается в пределах (0,8-1,2).

Для повышения эффективности антенны, определяемой в том числе и площадью петли, последние выполнены в форме окружности.

Для повышения технологичности изготовления антенны петли и перемычки выполнены из проводящих трубок одинакового диаметра, при этом перемычки выполнены в форме дуг окружности с радиусом, равным радиусу петель.

Для непосредственного подключения антенны к несимметричному фидеру согласующий трансформатор выполнен с несимметричным выходом, являющимся выходом антенны.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемой широкополосной петлевой антенны.

На чертеже обозначено: 1 и 2 - первая и вторая проводниковые петли; 3 и 4 - первая и вторая проводящие перемычки; 5 - резистор; 6 - катушка индуктивности; 7 - согласующий трансформатор; 8 - выход антенны.

Широкополосная петлевая антенна, схема которой приведена на чертеже, работает следующим образом. Антенна принимает сигналы линейной поляризации, у которых вектор поляризации электрического поля параллелен плоскости расположения петель. Электромагнитное поле наводит в петлях ЭДС, под действием которой через концы петель протекают синфазные и противофазные относительно указанных концов петель токи, которые далее поступают на вход согласующего трансформатора. В трансформаторе принятые сигналы складываются в противофазе и поступают на выход трансформатора, являющегося выходом антенны. При равенстве величин синфазных и противофазных токов и отсутствия сдвига фаз между ними обеспечивается кардиоидная диаграмма направленности антенны. Выполнение этого условия обеспечивается выбором геометрических размеров петель и перемычек, а также величин сопротивления резистора и индуктивности катушки. Так, выбор периметра петель не более 1,1 минимальной рабочей длины волны антенны, длины перемычек в пределах (0,24-0,36) Р, сопротивления резистора в пределах (0,8-1,2) и индуктивности катушки (в мкГн) в пределах (0,08-0,12)/fmax, позволяет выровнять синфазный и противофазный токи по амплитуде и фазе и обеспечить кардиоидную диаграмму направленности с уровнем нуля не менее -10 дБ в полосе частот около двух октав.

Присоединение перемычек к проводникам петель уменьшает волновое сопротивление участков петель вблизи их первых концов и, вследствие этого, уменьшает частотную зависимость импеданса на входе согласующего трансформатора. Использование перемычек позволяет также уменьшить в два раза величину используемого резистора и за счет этого уменьшить уровень тепловых шумов на выходе антенны.

Расположение перемычек так, что концы первой и второй перемычек соединены с проводниками первой и второй петель на расстояниях соответственно (0,08-0,12)Р и (0,32-0,48)Р от первых концов петель, и использование согласующего трансформатора с коэффициентом трансформации 4:1 обеспечивает коэффициент стоячей волны по напряжению на выходе согласующего трансформатора в тракте с волновым сопротивлением 75 Ом не более двух в рабочей полосе частот. Таким образом, предлагаемая широкополосная петлевая антенна может применяться без антенного усилителя, поскольку одна из основных функций последнего обеспечивать согласование антенны с фидером.

Работоспособность и преимущества заявляемого устройства по сравнению с антенной-прототипом были подтверждены испытаниями макета широкополосной петлевой антенны с кардиоидной диаграммой направленности.

Макет антенны работал в полосе частот 48-230 МГц и имел коэффициент защитного действия 15 дБ, коэффициент стоячей волны по напряжению не превышал 1,8. Габариты составляли 900х300х30 мм3.

Предлагаемая широкополосная петлевая антенна обеспечивает высококачественный прием телевизионных сигналов как в городе, имеющем передающий центр, так и в его пригороде на удалении до 30 км.

Источники информации

1. Gibson J. J., Wilson R. M. The mini - tate - a small television antenna. Monit./Proc. IEEE Austral., 1977, 38, 6,109 - 124.

2. Полезная модель РФ 6090, МКИ Н 01 Q 23/00. Активная широкополосная петлевая антенна. Опубл. 16.02.98. Бюлл. 2 - прототип. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Широкополосная петлевая антенна, содержащая две проводящие петли, расположенные в одной плоскости и ориентированные своими концами навстречу друг другу, согласующий трансформатор, имеющий два противофазных входа, соединенных с первыми концами первой и второй петель, и резистор, соединенный своим первым выводом со вторым концом первой петли, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены катушка индуктивности, включенная между вторым выводом резистора и вторым концом второй петли, и две идентичные проводящие дугообразные перемычки, расположенные в плоскости петель и направленные выпуклостью внутрь петель, при этом концы первой и второй перемычек соединены с проводниками первой и второй петель на расстояниях соответственно (0,08-0,12)Р и (0,32-0,48)Р от первых концов петель, где Р - периметр отдельной петли.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что сопротивление резистора выбирают в пределах (0,8-1,2), а индуктивность катушки - в пределах (0,08-0,12)/fmax, мкГн, где - волновое сопротивление проводника петли, Ом; fmax - частота, соответствующая минимальной рабочей длине волны антенны, МГц.

3. Антенна по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что периметр петли выбирают в пределах 0,5-1,1 минимальной рабочей длины волны антенны, а длину перемычек - в пределах (0,24-0,36)Р.

4. Антенна по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что петли выполнены в форме окружности, а перемычки выполнены в форме дуг окружности с радиусом, равным радиусу петель.

5. Антенна по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что петли и перемычки выполнены из проводящих трубок одинакового диаметра.

6. Антенна по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что согласующий трансформатор выполнен с несимметричным выходом, являющимся выходом антенны.




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