Широкополосная антенна

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Юрцев Олег Анатольевич Малевич Игорь Юрьевич Бобков Юрий Юрьевич(72) Авторы Юрцев Олег Анатольевич Малевич Игорь Юрьевич Бобков Юрий Юрьевич(73) Патентообладатели Юрцев Олег Анатольевич Малевич Игорь Юрьевич Бобков Юрий Юрьевич(57) Широкополосная антенна, содержащая две квадратные или ромбические рамки, каждая из которых разомкнута в противоположных углах, с длиной стороны, равной половине минимальной длины волны рабочего диапазона длин волн, расположенные в одной плоскости и соединенные параллельно в разомкнутых углах, и плоский экран, отличающаяся тем, что к серединам двух смежных сторон одной из рамок, образующих разомкнутый угол, подключены металлические перемычки, другие концы которых присоединены к экрану через штангу, к серединам двух смежных сторон другой рамки, образующих разомкнутый угол, подключены плечи линейного или уголкового симметричного вибратора метрового диапазона длин волн, а против центра каждой рамки размещены две системы директоров, присоединенные к экрану через штанги.(56) Беньковский З., Лапинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. - М. Радио и связь, 1983. - С.294.950210 , 1997.1584007 1, 1988.1469527 1, 1989.55104104 , 1980. 5170 1 Изобретение предназначено для применения в качестве всеволновой приемной телевизионной антенны для работы в диапазоне частот 47-790 МГц (частотные каналы 1-60), а также в качестве приемной антенны в других радиосистемах метрового и дециметрового диапазонов волн. Уровень техники. В настоящее время всеволновые приемные телевизионные антенны строятся по принципу объединения в группу нескольких антенн разных диапазонов. В качестве антенн,объединяемых в группу, используются вибраторные антенны, например антенна типа- 1, вибраторные и рамочные антенны. Известна антенна такого типа Гайна (производство завода Калибр, г. Минск). Объединение антенн различных диапазонов в одну группу осуществляется с помощью частотных фильтров. В наружных телевизионных антеннах в качестве антенн дециметрового диапазона,объединяемых в группу, используются директорные антенны с усложненной конструкцией элементов (рефлектора, активного вибратора, директоров). Усложнение конструкции производится с целью расширения рабочего диапазона частот и обеспечения перекрытия всего дециметрового диапазона частот (470-790 МГц). Известные конструкции рамочных антенн не перекрывают всего дециметрового диапазона частот вещательного телевидения 2, за исключением антенны Гайна, где применена двойная рамка специальной формы. Прототипом предлагаемого технического решения является рамочная антенна, разомкнутая в двух противоположных точках и возбуждаемая в одном из разрывов. Длина периметра рамки равна двум длинам волн 2, с. 294, рис. 5.73 б, в которой распределение тока обеспечивает режим излучения с максимумом диаграммы направленности (ДН), ориентированным вдоль оси рамки, и линейной поляризацией. Увеличение периметра рамки в два раза по сравнению с одноволновой рамкой увеличивает коэффициент направленного действия (КНД) на 3 дБ. Объединение двух двухволновых рамок в антенну типа Зигзаг повышает КНД еще на 3 дБ, а применение дополнительного экрана - еще на 3 дБ. Расчет и эксперимент, проведенные авторами настоящей заявки, показывают, что двухрамочная антенна типа Зигзаг с рамками двухволновой длины не обеспечивает согласования с кабелем питания во всем телевизионном диапазоне частот (47-790 МГц) и даже во всем дециметровом диапазоне (470-790 МГц). Кроме того, такая антенна в диапазоне 1-5 каналов (47-100 МГц) имеет малую эффективную длину, что не обеспечивает качественный прием программ этих каналов в зоне обслуживания телецентров. Кроме того,такая антенна при применении ее в качестве наружной не обеспечивает грозозащиты, так как металлические элементы антенны не заземлены. Сущность изобретения. Целью изобретения является увеличение диапазонности по частоте, увеличение КНД и обеспечение грозозащиты в антенне, состоящей из двух рамок, разомкнутых на конце, и имеющей плоский экран. Длина периметра каждой рамки равна двум минимальным длинам волн рабочего диапазона. Расширение диапазона частот по согласованию в сторону высоких частот достигается тем, что к серединам двух смежных сторон, образующих разомкнутый конец, одной из рамок подключены металлические перемычки, другие концы которых присоединены к экрану. Применение указанных перемычек обеспечивает также грозозащиту при применении антенны в качестве наружной. Расширение диапазонности по согласованию в сторону низких частот достигается тем,что к точкам нулевого потенциала другой рамки присоединены плечи линейного или уголкового симметричного вибратора метрового диапазона волн. Увеличение КНД в дециметровом диапазоне волн достигается применением двух систем линейных директоров, расположенных против центра каждой рамки. 2 5170 1 Перечень фигур на чертежах. Фиг. 1 - Схема построения антенны 1 - экран 2 - плечи симметричного вибратора метрового диапазона 3, 6 - системы директоров 4 - точки возбуждения антенны 5 - квадратные (ромбические) рамки, разомкнутые на концах и соединенные в точках возбуждения 7, 9 - штанги крепления директоров 8 - перемычки. Фиг. 2 - распределение тока в рамках при длине периметра рамки, равного двум длинам волн. Фиг. 3 - экспериментальная зависимость коэффициента бегущей волны (КБВ) от частоты в кабеле питания с волновым сопротивлением 75 Ом в первом метровом диапазоне(диапазон частот 47-100 МГц). Фиг. 4 - экспериментальная зависимость коэффициента бегущей волны (КБВ) от частоты в кабеле питания с волновым сопротивлением 75 Ом во втором метровом диапазоне(диапазон частот 170-230 МГц). Фиг. 5 - экспериментальная зависимость коэффициента бегущей волны (КБВ) от частоты в кабеле питания с волновым сопротивлением 75 Ом в дециметровом диапазоне(диапазон частот 470-790 МГц). Фиг. 6 - экспериментальная зависимость КНД от частоты в дециметровом диапазоне волн. Фиг. 7 - экспериментальная зависимость максимального уровня боковых лепестков в задней полусфере в плоскостях Е и Н от частоты в дециметровом диапазоне волн. Фиг. 8 - экспериментальная зависимость среднего уровня боковых лепестков в задней полусфере в плоскостях Е и Н от частоты в дециметровом диапазоне волн. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Предлагаемая антенна схематически показана на фиг. 1. Длина стороны каждой рамки равна половине минимальной длины волны рабочего диапазона волн. Распределение тока в сторонах рамки для этого случая показано на фиг. 2. При указанном распределении тока рамки излучают поле линейной поляризации, плоскость поляризации совпадает с плоскостью . Точки 10, 11, 12, 13, расположенные в серединах сторон рамок, являются точками нулевого потенциала. Соединение точек 12 и 13 перемычками 8, показанными на фиг. 1,не нарушает распределение тока. При уменьшении частоты по сравнению с той, на которой длина стороны рамки равна половине длины волны, приводит к тому, что участок Гобразной линии, образованной перемычками 8 и замкнутый на конце, и участок такой же Г-образной линии, образованной отрезками рамки от точек 12, 13 до разомкнутого конца,но разомкнутый на конце, приобретают разное по знаку реактивное сопротивление. Это проводит к стабилизации реактивной части входного сопротивления в диапазоне частот и расширяет диапазонность антенны по согласованию. Перемычки 8 через штангу 9 присоединяют все металлические элементы антенны к экрану 1, чем обеспечивается грозозащита и защита входа антенны (точек возбуждения антенны 4) от статического атмосферного электричества. Вибраторы метрового диапазона 2 подключаются к точкам нулевого потенциала 10, 11 верхней рамки и не влияют на распределение тока в рамке при длине стороны рамки, равной половине длины волны. Принятый вибраторами 2 сигнал метрового диапазона волн передается на вход антенны (в точки 4) через участки верхней рамки, расположенные между точками 10, 11 и точками 4. Расстояние между плоскостью экрана и плоскостью рамок делается равным четверти средней длины волны дециметрового диапазона. 5170 1 Системы директоров 3, 6 расположены против центра каждой рамки и предназначены для увеличения КНД в дециметровом диапазоне волн. Рекомендуемые размеры антенны для работы в диапазоне частот 47-790 МГц длина стороны квадратной рамки 190 мм ширина ленты проводников рамки 15-20 мм длина вибраторов метрового диапазона 1100 мм диаметр проводников вибраторов метрового диапазона 10-12 мм число директоров в каждой системе 3 ширина ленты директоров 15-20 мм расстояние между плоскостью рамок и первым директором 90 мм расстояние между первым и вторым директором 120 мм расстояние между вторым и третьим директором 140 мм ширина ленты перемычек 8 8-10 мм размер экрана по вертикали 800 мм размер экрана по горизонтали 600 мм расстояние между проводниками сетки экрана 30-40 мм расстояние между экраном и плоскостью рамки 120 мм. Остальные размеры выбираются из конструктивных соображений. На графиках фиг. 3, 4, 5 приведены экспериментальные зависимости коэффициента бегущей волны в кабеле питания с волновым сопротивлением 75 Ом в диапазонах 47-100 МГц(точки 4) соединен с кабелем питания через понижающий трансформатор с соотношением витков 21, выполненный на ферритовом сердечнике. На графиках фиг. 6 приведена экспериментальная зависимость КНД от частоты в дециметровом диапазоне волн. На графиках фиг. 7 приведена экспериментальная зависимость от частоты максимального уровня боковых лепестков в задней полусфере в плоскостях Е и Н в дециметровом диапазоне волн. На графиках фиг. 8 приведена экспериментальная зависимость от частоты среднеарифметического уровня боковых лепестков в задней полусфере в плоскостях Е и Н в дециметровом диапазоне волн. В метровом диапазоне волн КНД и параметры ДН такие же, как у симметричного вибратора. Источники информации 1. ..2. . 2. Беньковский З., Лапинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. - М Радио и связь, 1983. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5