ПЕРЕСТРАИВАЕМАЯ РЕЗОНАНСНАЯ АНТЕННА

С СОГЛАСУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ Область техники

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритной приемопередающей технике для ведения радиосвязи, навигации, и как отдельная антенна, предназначенная для установки на стационарных и подвижных объектах связи.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время известно, что размеры эффективных современных антенн гектометрового и декаметрового диапазона радиоволн составляют десятки и сотни метров, что существенно уменьшает их использование в подвижной радиосвязи и увеличивает время стационарной установки антенн для осуществления радиосвязи, такие типы антенн сдерживают развитие и применение как самой гектометровой и декаметровой радиосвязи так и конструкций приемопередающих устройств в области длинноволновой, средневолновой и коротковолновой радиосвязи. Этот диапазон радиоволн представляется наиболее привлекательным для осуществления дальней радиосвязи из-за особенностей распространения длинных, средних и коротких радиоволн в пространстве.

Известна из патента РФ 2344433 конструкция малогабаритной ферритовой антенны с ферромагнитным стержнем и размещенными на нем приемными катушками.

Недостатком известной антенны является то, что ее можно использовать только в качестве приемной антенны, так как в режиме подачи радиосигнала на ферритовую антенну, ферромагнитный материал, насыщаясь, приводит к искажениям передающего сигнала.

Известна из патента РФ N° 2324267 широкополосная несимметричная вибраторная антенна, содержащая вертикальный вибратор, присоединенный к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, согласующее устройство, включающее первую и вторую индуктивности, катушку индуктивности, первый и второй резисторы, а также излучатель с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.

Указанная выше несимметричная вибраторная антенна обладает недостатком: высота вертикального прямоугольного вибратора составляет 0,038 λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона частот, что на частоте 1 ,5 МГц составляет 7,6 м. Учитывая плоскую прямоугольную конструкцию антенны, можно сделать выводы что использование и применение данной конструкции в радиодиапазонах ДВ и СВ в передвижном варианте технически сложно, а в большинстве случаев невозможно.

Известна из патента US 3267476 антенна, которая содержит вибратор в виде 1D полуволнового штыря, согласующий трансформатор на незамкнутом магнитопроводе, вторичная обмотка которого подключена к штырю, а на первичную подается питание. Однако эта антенна не обладает сверхмалогабаритными размерами. Подобная антенна может применяться в качестве мобильной только в диапазоне ультракоротких волн. Применение такой антенны в качестве мобильной в диапазоне коротких, средних и длинных волн невозможно в силу ее огромных размеров.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является вибраторная антенна по патенту RU N° 2413344. Эта антенна содержит вибратор в виде 2D или 3D проводящего тела, согласующий трансформатор на незамкнутом магнитопроводе, вторичная обмотка которого подключена к вибратору, а на первичную подается питание. Эта антенна имеет очень малые габариты и может использоваться в мобильной радиосвязи, однако она обладает рядом недостатков, а именно:

- имеет очень узкую полосу рабочих частот и не может перестраиваться в требуемом диапазоне частот;

- сложно настраивается на нужную частоту при изготовлении, что затрудняет ее массовое производство;

подобная конструкция антенны может эффективно использоваться только для излучения сигналов портативных радиостанций небольшой мощности 1-5 Вт, поскольку при подаче сигнала большей мощности ферритовые стержни, из которых выполняется магнитопровод, входят в магнитное насыщение и нагреваются, что не позволяет использовать эти антенны для передачи мощностей в несколько десятков и сотен Ватт, что особенно требуется для связи на транспортных средствах. Раскрытие изобретения

В основу изобретения поставлена задача устранения вышеуказанных недостатков и создания антенны, обеспечивающей возможность перестроения рабочей частоты антенны в достаточно широком диапазоне, увеличение мощности передачи при сохранении ее малых габаритных размеров для расширения функциональных возможностей радиоаппаратуры для мобильных систем ДВ, СВ, KB радиосвязи. Поставленная задача решается тем, что в антенне, содержащей согласующее устройство в виде трансформатора, состоящего из первичной и вторичной обмотки, незамкнутого магнитопровода, а также вибратора в виде плоского или объемного проводящего тела, находящегося в магнитном поле трансформатора и подключенного к его вторичной обмотке, согласно заявляемому изобретению, согласующий трансформатор выполнен с изменяемым коэффициентом трансформации таким образом, что вторичная катушка трансформатора имеет степень свободы относительно магнитопровода или первичной катушки и механизм ручного или автоматического перемещения магнитопровода и/ или катушек.

Предлагаемая антенна состоит из вибратора - излучающего элемента, представляющего 2D - плоское или 3D - объемное проводящее тело, имеющее электрическую емкость. Антенна имеет в своем составе согласующий трансформатор с изменяемым коэффициентом трансформации в виде первичной и вторичной обмоток и незамкнутого магнитопровода. Трансформатор расположен таким образом, чтобы магнитное поле трансформатора выходило за пределы трансформатора и охватывало близлежащие к нему элементы конструкции антенны, а именно, объемный или выполненный в плоскости вибратор. Магнитное поле трансформатора - это достаточно быстро убывающее по своему значению поле, фактически сосредоточенное в пространстве, не превышающем нескольких единиц линейных размеров самого трансформатора, как правило, этот размер пространства менее 1 % длины волны излучаемой антенной.

Кроме того, согласно заявляемому изобретению, магнитопровод согласующего устройства антенны может быть выполнен из смеси частиц ферромагнитного материала и немагнитного связующего вещества.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена эквивалентная электрическая схема антенны, на Фиг. 2 изображена конструктивная схема предлагаемой резонансной антенны, на Фиг. 3 представлена иллюстрация антенны в разрезе, на Фиг. 4 изображен ее внешний вид, на Фиг. 5 изображена мобильная антенна в разрезе, выполненная в корпусе автомобильного бокса для размещения на крыше автомобиля, на Фиг.6 дана иллюстрация варианта исполнения антенны с электромеханической настройкой в разрезе.

Осуществление изобретения

Антенна на Фиг. 3 и 4 состоит из вибратора и трансформатора.

Вибратор 1 любой формы 2D или 3D, например, на Фиг.2 цилиндр, который может быть выполнен из любого электрически проводящего материала. В случае автомобильного варианта антенны вибратором могут быть расположенные на стенке бокса плоские проводящие элементы из фольги, Фиг. 4. Трансформатор выполнен на незамкнутом магнитопроводе 2 и содержит катушки индуктивности в виде первичной 3 и вторичной 4 обмоток этого трансформатора на каркасе 6. Вибратор 1 , выполненный из фольги размещенной на каркасе 6 электрически присоединен к вторичной обмотке 4 трансформатора и находится в магнитном поле трансформатора. Питание антенны осуществляется через контакты А и В первичной обмотки трансформатора 3 стандартным образом от кабеля или непосредственно от антенного разъема радиопередающего устройства через любое соединительное устройство 5. Второй контакт вторичной обмотки трансформатора С на фиг. 1 подсоединяется к общему проводу либо к контакту первичной обмотки.

Изменяемый коэффициент трансформации согласующего трансформатора обеспечивается подвижным магнитопроводом. Механизм ручного перемещения и фиксации магнитопровода относительно вторичной катушки выполнен в виде настроечной ручки 7, которая может перемещаться вверх и вниз вдоль корпуса антенны 8 и к которой крепится магнитопровод. На корпусе антенны может быть нанесена шкала диапазона частот 9, а местоположение настроечной ручки указывает текущую частоту настройки резонансной антенны. Настроечная ручка плотно прилегает к корпусу антенны и фиксируется в выбранном положении с помощью сил трения и защелки 10.

Антенна с согласующим устройством работает следующим образом.

При подаче сигнала с соединительного устройства 5 на первичную обмотку 3 трансформатора в ней возникает магнитное поле, которое индуцирует магнитное поле во вторичной катушке 4 и незамкнутом магнитопроводе 2. Вокруг трансформатора возникает магнитное поле, вектор магнитной индукции которого направлен вдоль магнитопровода. Электрическое поле, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно поверхности вибратора 1 , возникает из-за подачи на него высокого напряжения со вторичной повышающей обмотки 4 трансформатора, который электрически соединен с вибратором 1. Исходя из того, что вибратор 1 находится в зоне действия магнитного поля трансформатора таким образом, что угол между вектором магнитной индукции и вектором напряженности электрического поля, возникающего на «излучающем элементе», близок к 90°, то вблизи вибратора возникают условия, достаточные для формирования радиоволн. Магнитопровод сделан подвижным вдоль оси вторичной катушки. Поскольку данная антенна резонансная и представляет собой открытый колебательный контур, то изменение положения магнитопровода вдоль оси вторичной обмотки меняет индуктивность этого контура и перестраивает антенну на другую частоту. Это позволяет перестраивать частоту антенны в диапазоне 10-20% при КСВ не более 1 ,2.

Конструкция механизма перемещения и фиксации магнитопровода или катушек может быть выполнена различными способами, в том числе и в автоматическом варианте исполнения, например, с помощью двигателя линейного перемещения, расположенного в антенне на оси магнитопровода.

На Фиг. 6 изображена в разрезе конструкция антенны с электромеханическим механизмом регулировки положения магнитопровода с использованием обычного электродвигателя. Конструкционные элементы антенны монтируют на трех каркасах. Во внутреннем каркасе И , выполненном в виде трубы, располагают ферромагнитный магнитопровод 2. На среднем каркасе 8 монтируют обмотки трансформатора 3, 4 и излучающий вибратор 1. Перемещение магнитопровода вместе с внутренним каркасом относительно обмоток трансформатора осуществляют с помощью электродвигателя 16 и редуктора 15. Электродвигатель через редуктор приводит во вращение винт 12. Винт, вкручиваясь или выкручиваясь из болта 13, приводит в вертикальное перемещение каркас 1 1 с магнитопроводом 2. Направляющие 14 обеспечивают фиксацию каркаса 1 1 относительно оси вращения винта 12. Для изменения рабочей частоты антенны к электродвигателю подают электрическое питание, от полярности которого зависит направление его вращения. В этот момент происходит перестройка резонансной частоты антенны вверх или вниз.

Известны различные магнитопроводы для согласующих устройств. Все они выполняются из ферромагнитных материалов - ферритов, трансформаторной стали, фольги аморфного железа. Использование ферритовых магнитопроводов, обладающих хорошими частотными характеристиками в согласующем устройстве малогабаритных антенн, при подаче большой мощности сигнала в условиях резонанса приводит к магнитному насыщению ферромагнитного материала, нагреванию и потерям.

Для увеличения мощности излучаемого сигнала при сохранении габаритных размеров антенн используют композитный магнитопровод, представляющий собой не цельный магнитный материал, а смесь частиц магнитного материала и немагнитного связующего вещества, например, полимерного клея и ферритового порошка, что приводит к тому, что насыщение магнитного материала достигается при больших мощностях сигнала, подаваемого в антенну.

Промышленная применимость

Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов.

Данное изобретение существенно расширяет диапазон рабочих частот, дает значительное увеличение мощности излучения для малогабаритных резонансных антенн и упрощает настройку антенн при их промышленном изготовлении.

http://www.google.com/patents/WO2013137779A1?cl=ru