Антена широкосмугова

Заявлене технічне рішення належить до радіотехніки і може бути використано як антени радіотехнічних пристроїв різного призначення. Відомі широкосмугові і багатодіапазонні антени, наприклад, логоперіодичні. їхній недолік великі габарити і складність конструкції. Найбільш близькою по технічній сутності і результату, що досягається, до пропонованого технічного рішення є Електромагнітна антена, патент України №39763 по кл. H01Q 7/08 від 15.06.2001, що включає приєднаний до фідерної лінії активний шлейф-вибратор, навантажений на утворюючу укорочуючу ємність металеву пластину, подовжувальні котушки і противагу, що може виконуватися гофрованою - прототип. її основний недолік, складність конструкції, особливо при досягненні широкосмуговости. Останнє вимагає підключення декількох антен до збірної лінії. Метою передбачуваного винаходу є спрощення й одержання широкосмуговости в одній конструкції антени. Досягається поставлена мета таким чином. Як і прототип, заявлена широкосмугова антена містить приєднаний до фідерної лінії активний шлейф-вибратор, навантажений на металеву пластину, що утворить укорочуючу ємність подовжувальні котушки і противагу. Однак, на відміну від прототипу, подовжувальні котушки зроблені одновитковими і включені попарно в розрив активного шлейф-вибратора перпендикулярно його поверхні, при цьому в кожній парі котушки зміщені відносно одна одної, одна в напрямку початку, а друга в напрямку кінця шлейф-вибратора таким чином, щоб електромагнітний зв'язок між ними був мінімальним. Противага й утворююча укорочуючу ємність пластина можуть виконуватися гофрованими і розміщатися в одній площині з активним шлейф-вибратором. До утворюючої укорочуючу ємності пластині може бути приєднаний елемент, що подовжує П-подібної форми, а як противага може застосовуватися металева пластина, розташована перпендикулярно шлейфвибратору. Між верхньою частиною активного шлейф-вибратора і противагою можуть бути включені пасивні шлейфи, в розрив яких включені подовжувальні котушки, розміщені між подовжувальними котушками активного шлейфвибратора. Обидві частини активного шлейф-вибратора можуть виконуватися з відбортовкою, що забезпечує різні довжини шляхів електричних струмів, що протікають по внутрішній і зовнішній поверхнях активного шлейфвибратора. Подовжувальні котушки активного шлейф-вибратора можуть розміщуватися по обох його сторонах. Гофрована пластина укорочувальної ємності, збільшує електричну довжину антени, підвищуючи її ККД і розширює смугу пропускання. Включені в розрив шлейфа N одновиткових подовжувальних котушок також підвищують електричну довжину антени і розширюють її смугу пропускання. Кожний з подовжувальних елементів, формує додаткові робочі діапазони антени, а збільшена погонна площа на їхніх кінцях утворить ємнісне навантаження, що розширює смугу пропускання додаткового діапазону. Скорочення відносно половини довжини хвилі розміру вибратора вимагає компенсації відсутньої електричної довжини подовжувальною котушкою, що веде до зменшення ККД і смуги пропускання антени. Щоб цього не відбулося, як подовжувальну котушку використовують N одновиткові котушки, включені паралельно, що, на відміну від звичайної котушки, не тільки компенсують відсутню електричну довжину вибратора, але і збільшують опір випромінювання антени. Тому що їхнє розміщення в одній площині створює сумарне поле випромінювання. Тим самим, підвищується ККД антени і розширюється її смуга пропускання. Додавання діаграм спрямованості електричного й утвореного подовжувальними котушками магнітного диполів збільшує коефіцієнт підсилення антени. Використання елементів, що подовжують дозволяє створювати додаткові робочі діапазони частот антени. Рівнобіжне включення подовжувальних котушок дозволяє робити збільшення електричної довжини антени при мінімальному підвищенні її індуктивності, тим самим забезпечуючи ріст її ККД і розширення смуги пропускання. Введення перерахованих вище ознак винаходу дозволяє спростити конструкцію і технологію виробництва багатодіапазонної антени з високими електричними параметрами, що є метою винаходу. Таким чином, зазначені ознаки є істотними, а запропоноване технічне рішення відповідає критерієві "істотні відмінності". А оскільки раніше в антенних зазначена сукупність ознак не зустрічалася, запропонована широкосмугова антена відповідає критерієві "новизна". Введення відмітних ознак дозволяє одержати єдину просту конструкцію широкосмугової антени з високим ККД і широкою смугою пропускання, при малих відносно довжини хвилі розмірах. Перераховані вище ознаки винаходу дозволяють спростити конструкцію і технологію виробництва широкосмугової антени з високими електричними параметрами, що є метою винаходу. Таким чином, зазначені ознаки є істотними, а запропоноване технічне рішення відповідає критерієві «істотні відмінності». Опис малюнків. Фіг.1. Широкосмугова антена з подовжувальними котушками з однієї сторони активного шлейф-вибратора. Фіг.2. Широкосмугова антена з активним шлейф-вибратором, що містить відбортовку. Фіг.3. Широкосмугова антена з елементом, що подовжує. Фіг.4. Широкосмугова антена з пасивними шлейфами. Фіг.5. Еквівалентна схема двосмугової антени. Фіг.6. Широкосмугова антена з подовжувальними котушками, розташованими на обох сторонах активного шлейф-вибратора. На фіг.1 показана широкосмугова антена, що містить активний шлейф-вибратор 1, у розрив якого включені два ряди подовжувальних котушок 2. Розміщених з однієї його сторони, металеву пластину 3, що виконує функції укорочуючої ємності, противага 4, що може виконуватися гофрованою і фідерну лінією 5, центральний провідник якої приєднаний до шлейф-вибратора, а зовнішня оплітка, - до противаги. Працює антена у такий спосіб. Під впливом прийнятого сигналу, при використанні антени як приймальної або під впливом сигналу, що надійшов з фідера, при використанні антени в якості передавальної, в активному шлейф-вибраторі 1 і в подовжувальних котушках 2 протікають синфазні електричні струми, що виділяють на опорі випромінювання випромінювану або прийняту потужність, а на опорі втрат теплову потужність. Але оскільки електричний вибратор і подовжувальні котушки зв'язані між собою електромагнітним зв'язком, загальний опір випромінювання антени при n котушках зростає в n2 разів, стосовно одиночної антени. В той час як опір утрат зростає тільки в n раз. Це веде до підвищення ККД антени. Рівнобіжне з'єднання подовжувальних котушок, збільшення шлейфів і приєднання ємності, що укорочує, знижують індуктивність антени і збільшують її ємність, що супроводжується розширенням смуги пропускання антени. На фіг.2 показана антена зі шлейф-вибратором, що містить відбортовку. Вона включає, активний шлейфвибратор 1, краї якого відбортовані таким чином, щоб довжина шляху струму по внутрішній його поверхні відрізнялася від довжини шляху струму по його зовнішній поверхні, подовжувальні котушки 2, гофровану металеву пластину 3, що виконує функції укорочувальної ємності, гофровану противага 4 і фідерну лінію 5, центральний провідник якої приєднаний до шлейф-вибратора, а зовнішня оплітка до противаги. Працює антена аналогічно антені, показаній на фіг.1, з тією різницею, що антена показана на фіг.2 має різні шляхи струмів по внутрішній і зовнішній поверхнях активного шлейф-вибратора 1. Це приводить до того, що струми, що протікають по внутрішній поверхні, формують переважне випромінювання з цієї поверхні, що забезпечує формування діаграми спрямованості антени в даному напрямку в її смузі пропускання. Показана на фіг.3 двухполосная антена включає активний шлейф-вибратор 1, у розрив котрого включені подовжувальні котушки 2, гофровану металеву пластину 3, що виконує функції укорочувальної ємності, противагу 4, розміщену перпендикулярно активному шлейф-вибраторові, фідерну лінію 5, центральний провідник якої приєднаний до активного шлейф-вибратора, а оплітка до противаги і П-подібну металеву пластину 5, приєднану до ємності, що укорочує, і служаючу елементом антени, що подовжує. Працює антена в такий спосіб. Виникаючі під впливом електромагнітного сигналу електричні струми протікають по шлейф-вибратору 1, подовжувальним котушкам 2 і елементові, що подовжує 6 і збуджують у них електричні коливання в робочих смугах частот. Ці коливання протікають по опорах випромінювання і втрат антени виділяючи на них відповідно потужності випромінювання і втрат. Але оскільки параметри антени обрані таким чином, що опір випромінювання багаторазово перевершує опір утрат, ККД антени підтримується високим. Крім того, розміри і форма укорочувального шлейф-вибратора, ємністі і кількість подовжувальних котушок обрані таким чином, щоб хвильовий опір антени був невеликим щодо опору її випромінювання. Це сприяє розширенню смуги пропускання, а приєднання подовжувального елемента 6, що подовжує створює додатковий діапазон робочих частот антени. На фіг.4 показана двухдіапазонная антена, що у нижньому діапазоні працює як напівхвильовий, а у верхньому як хвильовий вибратор. Двухдіапазонная антена включає, що складається з двох металевих частин активний шлейф-вибратор 1, відбортований як показано на фіг.4, між якими включені N подовжувальних котушок 2, рівномірно розташованих по внутрішній поверхні шлейф-вибратора паралельно одна одною, ємність що укорочує 3, противага 4 і фідерну лінію 5, при цьому нижня частина вибратора приєднана до центрального провідника відрізка коаксіального кабелю 6, зовнішня оплітка якого приєднана до противаги, до другого кінця центрального провідника цього відрізку кабелю приєднані центральні провідники другого відрізка коаксіального кабелю 7 і фідерної лінії, зовнішні оплітки яким приєднані до противаги, між укорочуючою ємністю, і противагою включені m пасивних шлейфів 8, кожний з яких містить хоча б по одній подовжувальній котушці 9, розміщених між подовжувальними котушками активного шлейф-вибратора. Принцип дії антени пояснюється її електричною схемою, показаною на фіг.5. Параметри шлейфвибратора 1, подовжувальних котушок 2, противаги 4 і пристрої, що погоджують 6,7 обрані таким чином, щоб у нижній частині діапазону антена працювала як напівхвильовий вибратор, а у верхньої - як повнохвильовий. При цьому розподіл струмів в антені й у пристрої, що погоджує, показані суцільною лінією на нижній частоті і пунктирною - на верхній частоті робочих діапазонів. Протікаючи по верхній і нижній частинах шлейф-вибратора 1 і по лінійних ділянках шлейфів 8, струми антени забезпечують її випромінювання в електричній складовій електромагнітного випромінювання. У той час як, протікаючи по витках подовжувальних котушок 2 шлейф-вибратора і котушок 9 шлейфів, той же струм формує магнітну складову електромагнітного випромінювання антени. Взаємодіючи між собою випромінювання електричної і магнітної складових формують необхідну діаграму спрямованості антени в цілому. Величина електромагнітного зв'язку і внесені при цьому реактивні опори залежать від відстані між витками котушок. Якщо зв'язок надмірний, частина котушок може бути перенесена на протилежну сторону шлейфвибратора як показано на фіг.6. При цьому всі котушки повинні бути сфазоровані для одержання сумарного випромінювання в магнітній складовій електромагнітного поля. Показана на фіг.6 антена складається з двох металевих пластин активного шлейф-вибратора 1, з'єднаних між собою подовжувальними котушками 2, розміщеними на протилежних сторонах шлейф-вибратора паралельно одна одної, приєднаної у верхній пластині шлейф-вибратора ємності, що укорочує, 3, противаги 4 і фідерної лінії 5, при цьому нижня частина шлейф-вибратора приєднана до центрального провідника відрізка коаксіального кабелю 6, а другий кінець його центрального провідника приєднаний до центральних провідників другого відрізка 7 коаксіального кабелю і фідерної лінії, а зовнішні провідники обох відрізків кабелю і фідерної лінії приєднані до противаги, при цьому між укорочувальною ємністю і противагою приєднані шлейфи 8, що містять щонайменше по одній подовжувальній котушці 9, при цьому укорочувальна ємність і противага можуть виконуватися гофрованими. Працює ця антена аналогічно антені, показаній на фіг.4 з тією відмінністю, що забезпечує магнітну складову випромінювання антени котушки 2, розташованої по обидва боки шлейф-вибратора 1, створюючи рівномірне випромінювання в перпендикулярній шлейф-вибраторові площині. Завдяки своїй формі і наявності великої кількості паралельно включених подовжувальних котушок, у сполученні із значною укорочувальною ємністю запропоновані, антени мають при значній величині опору випромінювання малий хвильовий опір і мінімальний опір теплових утрат. Це забезпечує високий ККД і широку смугу пропускання антени при мінімальних розмірах. А зміною числа і місця розташування подовжувальних котушок можна формувати необхідну діаграму спрямованості антен. Усе це дозволяє створювати універсальні малогабаритні антени для різного застосування з необхідними характеристиками при мінімальних витратах на їхнє виготовлення.