антенна

Формула изобретения

АНТЕННА, содержащая верхний и нижний коллинеарные стержни и соосные с ними цилиндрическую спираль, диэлектричский цилиндр и проводящую трубу, выполненную из нижнего, среднего и верхнего отрезков, отличающаяся тем, что введены катушка индуктивности и согласующий блок, причем катушка индуктивности своими выводами соединена с верхним стержнем верхним концом верхнего отрезка проводящей трубы, величина индуктивности катушки индуктивности выбрана в пределах 0,25 0,5 от индуктивности цилиндрической спирали, а согласующий блок размещен во внутренней полости среднего отрезка проводящей трубы и выполнен в виде лестничной электрической схемы из индуктивностей и емкостей, причем вход согласующего блока соединен с верхним концом нижнего стержня, а выход согласующего блока соединен с нижним концом цилиндрической спирали, при этом длина антенны

L=0,1_max и _min 0,95 L,

где _max, _min соответственно максимальная и минимальная рабочие длины волн антенны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для работы с широкополосными радиопередающими устройствами.

Известна антенна, содержащая верхний и нижний коллинеарные стержни и соосные с ними цилиндрическую спираль, диэлектрический цилиндр и проводящую трубу, выполненную из нижнего, среднего и верхнего отрезков, причем нижний отрезок имеет электрический контакт с проводящей плоскостью [1]

В диапазоне нижних частот антенна работает как вибратор с включенной в его центральную часть удлиняющей катушкой индуктивности, в качестве которой используется цилиндрическая спираль.

В диапазоне верхних частот антенна работает как антенна верхнего питания и на верхней частоте рабочего диапазона (длина волны _мин) представляет собой полуволновый штырь, установленный на четвертьволновой колонке.

Конфигурация антенны, размеры ее элементов, цилиндрическая спираль обеспечивают согласование антенны с коаксиальным фидером в шестикратном диапазоне волн с КБВ не менее 0,4.

Ее недостатки:

в области нижних частот верхний стержень практически не участвует в процессе излучения, так как на этих частотах сопротивления емкостных зазоров между этим стержнем и соответственно нижним стержнем, цилиндрической спиралью и верхним отрезком проводящей трубы составляют значительную величину. Это ограничивает широкополосность антенны в области нижних частот, причем максимальная рабочая длина волны антенны _макс должна составлять не более 8L, где L длина антенны;

в области верхних частот широкополосность антенны ограничена из-за наличия в ее составе, как и в антенне [1] коаксиальной линии питания, образованной нижним стержнем и внутренними поверхностями нижнего и среднего отрезков проводящей трубы. При этом минимальная рабочая длина волны антенны _мин должна составлять не менее 1,33L.

Таким образом, антенна-прототип имеет ограничения по широкополосности в области нижних и верхних частот.

В связи с этим поставленной технической задачей является увеличение широкополосности антенны в области нижних и верхних частот.

Ее решение достигается тем, что в антенну введены дополнительная катушка индуктивности и согласующий блок. Это позволяет увеличить широкополосность антенны в области нижних частот за счет возбуждения верхнего стержня и удлиняющего действия согласующего блока, а также позволяет увеличит широкополосность антенны в области верхних частот за счет улучшения входного согласования антенны с помощью согласующего блока и улучшением возбуждения верхнего отрезка проводящей трубы.

На фиг. 1 показана предлагаемая антенна; на фиг. 2 схема согласующего блока; на фиг. 3 схема предлагаемой антенны для области нижних частот; на фиг. 4 схема предлагаемой антенны для области верхних частот.

Предлагаемая антенна состоит из верхнего 1 и нижнего 2 коллинеарных стержней (фиг. 1) и соосных с ними цилиндрической спирали 3, диэлектрического цилиндра 4 и проводящей трубы, выполненной из отрезков: нижнего 5, среднего 6 и верхнего 7. Верхний конец спирали 3 соединен с нижним краем верхнего отрезка 7. Нижний отрезок 5 трубы имеет электрический контакт с проводящей поверхностью, на которой установлена антенна.

К верхнему стержню 1 и верхнему краю верхнего отрезка 7 подключена своими выводами дополнительная катушка индуктивности 8, величина которой выбирается в пределах 0,25-0,5 индуктивности цилиндрической спирали.

Во внутренней полости среднего отрезка 6 проводящей трубы размещен согласующий блок 9, причем вход согласующего блока соединен с верхним концом нижнего стержня 2, а выход согласующего блока соединен с нижним концом цилиндрической спирали 3. В качестве второго (нулевого) провода согласующего блока используется внутpенняя поверхность среднего отрезка 5 проводящей трубы.

Согласующий блок 9 выполнен в виде лестничной электрической схемы 10 (фиг. 2) из индуктивностей и емкостей 11. На фиг. 2 приведена схема, содержащая пять таких элементов.

Общая длина антенны L составляет 0,1 _макс.

Минимальная рабочая длина волны антенны _мин составляет не менее 0,95L.

Диаметр антенны составляет 0,00144 _макс, длины нижнего 5, среднего 6 и верхнего 7 отрезков проводящей трубы составляют соответственно 0,016 _макс, 0,016 _макс и 0,0375 _макс. Высота цилиндрической спирали составляет 0,0136 _макс, ширина кольцевой щели между отрезками 5 и 6 составляет 0,00136 _макс.

Длина верхнего стержня составляет 0,0616 _макс, длина нижнего стержня составляет 0,0375 _макс.

Указанные размеры позволяют обеспечить возбуждение антенны в областях нижних и верхних частот в нижней и верхней точках питания с одновременным обеспечением высокого уровня входного КБВ.

Предлагаемая антенна работает следующим образом.

На нижних частотах рабочего диапазона имеют значительную величину сопротивления емкостных зазоров между верхним и нижним стержнями 1 и 2 (фиг. 1), а также между нижним и средним отрезками 5 и 6 проводящей трубы. Следовательно, антенна на этих частотах представляет собой вибратор, составленный из двух плеч (верхнего и нижнего) с индуктивной нагрузкой цилиндрической спиралью между ними и снабженный кольцевым индуктивным шлейфом из среднего отрезка 6 проводящей трубы. Нижним плечом этого вибратора являются нижний отрезок 5 проводящей трубы и выступающая из него часть нижнего стержня 2 (фиг. 3). Верхним плечом этого вибратора у антенны-прототипа является верхний отрезок 7 проводящей трубы. Введение дополнительной катушки 8 с индуктивностью определенной величины позволяет в предлагаемой антенне увеличить длину верхнего плеча на длину отрезка верхнего стержня 1, выступающего из отрезка 7 проводящей трубы (фиг. 3). Кроме того, дополнительная катушка индуктивности совместно с цилиндрической спиралью осуществляет настройку вибратора на нижние частоты рабочего диапазона.

Ввиду значительного сопротивления емкостного зазора между нижним и средним отрезками 5 и 6 проводящей трубы второй (нулевой) провод согласующего блока 9 оказывается разорванным, в связи с чем согласующий блок 9 в области нижних частот выполняет функции не согласования, а удлинения излучателя. При этом элементы блока, включенные в его продольную ветвь, удлиняют нижний стержень 2, а элементы, включенные в поперечные ветви, улучшают возбуждение кольцевого индуктивного шлейфа отрезка 6 (фиг. 3).

Таким образом, совместное действие дополнительной катушки индуктивности и элементов согласующего блока позволяет увеличить широкополосность предлагаемой антенны в области нижних частот до _макс10L.

В области верхних частот рабочего диапазона имеют малую величину сопротивления емкостных зазоров между верхним стержнем 1 и выходным проводом согласующего блока 9 (фиг. 1), а также между нижним и средним отрезками 5 и 6 проводящей трубы. Следовательно, на этих частотах антенна представляет собой антенну верхнего питания, составленную из двух плеч. Нижнее плечо, в свою очередь, составлено из отрезков 5 и 6 проводящей тубы, а верхним плечом является верхний стержень 1, снабженный кольцевым индуктивным шлейфом из верхнего отрезка 7 проводящей трубы (фиг. 4). Соотношение длин верхнего и нижнего плеч составляет 2:1. Известно, что при таком соотношении длин антенна сохраняет оптимальную форму диаграммы направленности с прижатым к поверхности земли главным лепестком примерно до длины волны _мин 0,951. Однако в антенне-прототипе частотный диапазон ограничен длиной волны _мин 1,33L из-за наличия встроенной в нижнее плечо коаксиальной линии питания, образованной нижним стержнем 2 и внутренними поверхностями нижнего и среднего отрезков 5 и 6 проводящей трубы. Введение согласующего блока, осуществляющего в области верхних частот широкополосное согласование, позволяет расширить рабочий диапазон антенны до длины волны _мин 0,95L. Методы синтеза таких широкополосных согласующих блоков, реализуемых в виде лестничных электрических схем (фиг. 2), в большинстве своем основываются на оптимизации характеристик этих схем с помощью ЭВМ.

Дополнительная катушка индуктивности улучшает возбуждение кольцевого индуктивного шлейфа-отрезка 7, что способствует расширению широкополосности антенны в этой области частот.

Таким образом, совместное действие согласующего блока и дополнительной катушки индуктивности позволяет увеличить широкополосность предлагаемой антенны в области верхних частот до _мин 0,95L.