Двухдиапазонная вертикальная антенна

Изобретение относится к области антенных устройств, а именно, к сверхширокополосным антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, и может найти применение в приемопередающих устройствах систем передачи информации, в частности, использоваться в качестве передающей и приемной антенны для радиосвязи с возимыми или базовыми радиостанциями.

Известна двухдиапазонная вертикальная антенна, устанавливаемая на транспортное средство (см. CN 206650164 U, МПК H01Q 1/32, 1/36, 1/50, 17.11.2017). Известная антенна содержит основание и связанную с ним излучающую часть, включающую в себя два симметричных вертикальных диполя (для работы в высокочастотном (225-512 МГц) диапазоне), представляющие собой металлические трубы, и согласующее устройство, через которое каждый из диполей соединен с линией питания, представляющее собой параллельный LC-контур. Для работы в низкочастотном (30-88 МГц) диапазоне излучающая часть снабжена дополнительным излучателем, также представляющим собой металлическую трубу, расположенным под упомянутыми диполями и электрически соединенным с ними и линией питания через дроссель. Данная известная антенна является наиболее близким аналогом заявленной антенны.

Недостаток известной антенны состоит в ее недостаточной широкополосности, что ограничивает ее применение, а также относительно большом весе, обусловленном изготовлением излучателей металлическими, что затрудняет эксплуатацию антенны.

Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, состоит в создании двухдиапазонной вертикальной антенны, обладающей улучшенными радиотехническими и конструктивными характеристиками.

При этом достигается технический результат, заключающийся в расширении диапазона рабочих частот антенны (от 30 МГц до 520 МГц) и уменьшении ее веса при одновременном сохранении прочности и стойкости ее конструкции, а также простоты изготовления.

Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в двухдиапазонной вертикальной антенне, содержащей основание и связанную с ним излучающую часть, включающую в себя два симметричных вертикальных диполя, представляющие собой электропроводные трубы диаметром D₁ и длиной L₁, и согласующее устройство, через которое каждый из диполей соединен с линией питания, которая снабжена двумя дополнительными симметричными вертикальными диполями, каждый из которых соединен с линией питания через упомянутое согласующее устройство, представляющее собой широкополосный трансформатор, при этом один из упомянутых дополнительных диполей, ближайший к основанию, образован внешней трубой диаметром D₂, выполненной из стеклопластика, в которой коаксиально расположена соответствующая внутренняя труба диаметром D₁, выполненная из стеклопластика, а второй диполь образован втулкой диаметром D₂, выполненной из полиамидного материала, в которой коаксиально расположена вторая труба диаметром D₁, а наружная поверхность внутренней трубы на длину L₁, а наружная поверхность внешней трубы и втулки на длину L₂ < L₁ покрыты слоем электропроводного адгезивного материала, поверх которого нанесен слой медной фольги.

Далее возможные варианты исполнения изобретения подробно объясняются со ссылкой на фигуры.

На фиг. 1а приведено изометрическое изображение заявленной антенны в процессе сборки.

На фиг. 1b приведено изометрическое изображение заявленной антенны после сборки.

На фиг. 2а приведено изометрическое изображение переходной части и основания заявленной антенны в одном из вариантов выполнения, с частичным вырезом.

На фиг. 2b приведено изображение основания заявленной антенны, вид снизу.

На фиг. 3 приведено изометрическое изображение «нижней половины» излучающей части заявленной антенны в одном из вариантов выполнения, с частичным вырезом.

На фиг. 4 приведено изображение «верхней половины» излучающей части заявленной антенны в одном из вариантов выполнения, вид снизу.

На фиг. 5 приведено схематическое изображение электрических соединений заявленной антенны.

Антенна, показанная на фиг. 1а и фиг. 1b, содержит основание I, переходную часть II и излучающую часть III. Переходная часть II связывает основание I с излучающей частью III. Излучающая часть III включает в себя две пары симметричных вертикальных диполей, предназначенных, соответственно, для работы на двух частотных диапазонах.

В частном варианте выполнения, показанном на фиг. 2а и фиг. 2b, основание I содержит корпус 1, выполненный из полиамидного материала, и соединенный с ним металлический фланец 2. В металлическом фланце 2 расположены два высокочастотных разъема 3а и 3b (например, серии TNC), один из которых предназначен для приема и передачи сигналов УКВ-диапазона, а второй – сигналов ГНСС, для чего в полости корпуса 1 расположен соответствующий модуль 4 Глонасс/GPS. Для обеспечения герметичности полость залита полиуретановой пеной. В полости корпуса 1 также проходит линия питания (фидер) 5, соединенная с упомянутыми разъемами 3а и 3b.

Переходная часть II имеет участок, снабженный пружинным амортизатором 6. В верхней части переходной части II (над амортизатором 6) имеется втулка 7, в которой расположен высочастотный разъем (вилка) 8а, что позволяет соединить фидер 5 с соответствующим диполем в процессе сборки антенны, посредством соединения вилки 8а с высокочастотным разъемом (розеткой) 8b (показана на фиг. 3).

Втулка 7 выполнена из полиамидного материала и имеет в верхней (относительно основания) части резьбу Эдисона. Резьба Эдисона примечательна тем, что имеет повышенную сопротивляемость к динамическим нагрузкам, хорошо свинчивается и развинчивается в условиях повышенной загрязненности и имеет больший ресурс при эксплуатации.

«Нижняя половина» излучающей части III, показанная на фиг. 3, состоит из двух коаксиальных электропроводных труб 9а и 9b длиной L₁.

Внутренняя и внешняя трубы 9а и 9b выполнены из стеклопластика, в качестве которого может быть использован, например, ВПС-48/120. В качестве стеклопластика также может быть использован любой другой подходящий стеклопластик, в частности, выбранный в соответствии с ГОСТ 27380-87. Наружная поверхность трубы 9а на всю длину L₁, а трубы 9b - на длину L₂ < L₁ (в частном варианте выполнения, на длину 120 мм), от конца трубы 9b, отдаленного от основания I, покрыта слоем электропроводного адгезивного материала (например, эпоксидной смолы), поверх которого нанесен слой медной фольги (т.н. «медный скотч»), что обеспечивает электропроводность труб 9а и 9b.

Во внутреннем пространстве между трубами 9а и 9b расположен фильтр 10, представляющий собой набор ферритовых колец.

Для соединения описанной выше «нижней части» излучающей части III с основанием I на соответствующем конце трубы 9b расположена цилиндрическая втулка 11, выполненная из полиамидного материала, с резьбой Эдисона во внутренней части. Внутри втулки 11 последовательно расположены высокочастотный разъем (розетка) 8b и дроссель на одном ферритовом кольце 12 для подавления синфазных токов.

На противоположном конце трубы 9b расположена цилиндрическая разрезная втулка 13, выполненная из полиамидного материала. Внутри втулки 13 последовательно расположены согласующий широкополосный трансформатор 14 (выполненный на ферритовом кольцевом сердечнике) и контактный конус 15, служащий для обеспечения электрического контакта с соответствующим диполем. Во внутренней части втулки 13 имеется резьба Эдисона, служащая для обеспечения механического соединения описанной выше «нижней половины» с «верхней половиной» излучающей части III.

Для исключения воздействия внешних факторов описанная выше «нижняя половина» излучающей части III помещена в кожух 16, выполненный из термоусаживаемого полимерного материала, например, из полиолефина.

В качестве кожуха может быть, в частности, использована коммерчески доступная термоусаживаемая трубка ТУТ.

«Верхняя половина» излучающей части III, показанная на фиг. 4, включает в себя диполь, представляющий собой электропроводную (например, алюминиевую) трубу 17 длиной L₁. Допускается использование для изготовления трубы 17 любого другого подходящего электропроводящего материала, в частности, латуни, меди, стали или алюминиевого сплава (например, АМг5 или АМг6).

Для облегчения соединения трубы 17 с трубой 9а внутри соответствующего конца трубы 17 выполнена конусная проточка. Труба 17 расположена во втулке 18, выполненной из полиамидного материала, наружная поверхность которой на длину L₂ < L₁ (в частном варианте выполнения, на длину 120 мм), от конца втулки 18, ближайшего к основанию I, покрыта слоем электропроводного адгезивного материала, поверх которого нанесен слой медной фольги.

Во внутреннем пространстве между трубой 17 и втулкой 18 размещен фильтр синфазных токов 19, представляющий собой набор ферритовых колец.

Заявленная антенна представляет собой сверхширокополосную коллинеарную антенну. Внутренняя труба 9а и труба 17 выполняют функцию первой пары симметричных вертикальных диполей, в частности, для работы в МВ-диапазоне. Электропроводные участки внешней трубы 9b и втулки 18 выполняют функцию второй пары симметричных вертикальных диполей, в частности, для работы в ДМВ-диапазоне. Неэлектропроводные участки внешней трубы 9b и втулки 18 обеспечивают прочность и стойкость конструкции антенны в целом.

Конструкция антенны позволяет использовать при изготовлении ее основных узлов элементы, выполненные, большей частью, из неметаллических материалов, обладающие, вследствие этого, малым весом (в шесть раз меньше, чем у аналогичных элементов, выполненных из металлических сплавов), высокой коррозионной и климатической стойкостью и стойкостью к износу, прочностными характеристиками, сопоставимыми с прочностными характеристиками аналогичных элементов, выполненных из металлических сплавов, достаточно легко подвергающиеся механической обработке (точение, фрезерование).