Щелевая антенна

(19) ( 1) 5 Н 0109 БРЕТЕНИЯ ТЕЛ ЬСТВ А осится к антеннам. еличение и стабилисоты - достигается ующего электрода, очего электрода и эктакже выполнением иде повторителя наующим его подклю 6изических исследовая радиоволн ДальнеАН СССР бо Епцпеегп761,Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенно-фидерным устройствам, и может быть использовано как невы- ступающие приемные средневолновые антенны в средствах связи на движущихся объектах, например на самолетах,Известна конструкция щелевой антенны, представляющая собой вырезанное в обшивке самолета отверстие произвольной формы, которое закрывается диэлектрической пластиной заподлицо с обшивкой, а к внутренней поверхности пластины крепится рабочий электрод, подобный по форме отверстию, но меньшего размера. Принимаемое электромагнитное поле, электрический вектор которого перпендикулярен проводящей поверхности фюзеляжа самолета, возбуждает между рабочим электродом и обшивкой самолета разность потенциалов, которая и является выходным напряжением щелевой антенны. Для того, чтобы на параметры этой антенны не оказывали влияние предметы, расположенные внутри фюзеляжа самолета, под вырезанным отверстием устанавливается металлическая ванна. Потенциал рабочего ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ СВ(56) Юаи А. О, И.РМ.У,: Регцагпоп, 1967,(54) ЩЕЛЕВАЯ АНТЕН (57) Изобретение отн Цель изобретения - ув эация действующей вы введением компенсир изолированного от раб ранирующей ванны, а антенного усилителя в пряжения и соответств чением,электрода снимается с помощью проводника, прикрепленного к нему в центральной его части и выходящему через изолятор в центре днища ванны. Рабочий электрод данной антенны опущен в ванну на величину толщины диэлектрической пластины, что приводит к значительному уменьшению ее действующей высоты вследствие экранирующего влияния ванны. Собственный импе- данс этих "электрически коротких" антенн вследствие малости их геометрических размеров по отношению к длине волны принимаемого поля определяется в основном большим емкостным сопротивлением Хс = = 1/ со Са, где Са - собственная емкость антенны. Из условия исключения шунтирующего воздействия сопротивлением изолятора Риз должно выполняться неравенство Яиа Хс, что означает предъявление высоких требований к материалу изолятора и чистоте его поверхности,Приведенная конструкция антенны не обеспечивает стабильности ее действующей высоты как вследствие гальванических утечек через загрязненную внутреннюю поверхность изолятора, так и возникновенияэкранирующего эффекта при загрязнении его внешней поверхности, Кроме того, значительная площадь диэлектрической пластины отрицательно сказывается на прочности антенны при воздействии на нее термических и механических нагрузок.Наиболее близкой к предлагаемой является антенна, состоящая из изолированной от остальной обшивки части произвольной формы, например в виде диска, которая является рабочим электродом антенны. Под изолятором и рабочим электродом располагается проводящая ванна, Сигнал через центральный электрод соединительной коаксиальной линии, проходящей через днище ванны, подается с рабочего электрода антенны на входной зажим антенного усилителя, внешний электрод этой линии является общим и соединяется с корпусом. За счет расположения рабочего электрода на уровне обшивки самолета действующая высота такой антенны больше чем у предыдущей, а сведение площади диэлектрической пластины к площади кольца увеличивает ее термическую и механическую прочность,К недостаткам антенны относятся высокие требования к материалу и чистоте поверхности изолятора для исключения токов утечки, а также наличие значительных шунтирующих емкостей в виде емкости между рабочим электродом и ванной, а также погонной емкости соединительной коаксиальной линии, что приводит к уменьшению ее действующей высоты;Цель изобретения - увеличение действующей высоты щелевой антенны и повышение ее стабильности,Поставленная цель достигается тем, чтов щелевой антенне, содержащей рабочий электрод, который размещен заподлицо с проводящей поверхностью и отделенный отнее изолятором, экранирующую ванну под рабочим электродом, коаксиальный фидер, соединяющий рабочий электрод с входомантенного усилителя, дополнительно введен компенсирующий электрод, изолированный от рабочего электрода иэкранирующей ванны, охватывающий рабочий электрод со стороны экранирующейванны и с торцов, который соединен посредством изолированного от экранирующей ванны внешнего проводникакоаксиальной линии, размещенной в экране, с выходом антенного усилителя, причемантенный усилитель выполнен в виде повторителя напряжения. С целью уменьшенияемкости между рабочим электродом и компенсирующим дно компенсирующего электрода может быть выполнено в виде сетки, 5 10 15 20 25 30 35 40 50 55 На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемой антенны; на фиг. 2 - рабочий и компенсирующий электроды.Щелевая антенна состоит из проводящей обшивки 1 самолета, в которой расположен ее изолированный участок, например в виде плоского диска 2, компенсирующего электрода 3, изолятора 4, ванны 5, коаксиальной соединительной линии 6, экрана 7, антенного усилителя 8 и его экрана 9.Рабочий электрод 2 щелевой антенныпредставляет собой проводящую часть обшивки 1 самолета, например в виде плоского диска. В изоляторе 4 располагается компенсирующий электрод 3 в виде малой ванны, охватывающий рабочий электрод 2 с нижней и боковой поверхностей и расположенный в непосредственной близости от него, Под системой электродов и изолятором находится ванна 5, конструктивно соединенная своей верхней кромкой с обшивкой 1, Центральным электродом коаксиальной линии б, проходящей через отверстие в ванне 5 и компенсирующего электрода 3, соединяются рабочий электрод 2 с входом антенного усилителя 8, выполняющего функцию повторителя напряжения с коэфициентом усиления, предельно близким к единице, высоким входным Йвх, малым выходным сопротивлением Ввых и малой входной емкостью Сх, Выход повторителя напряжения через внешний изолированный электрод соединительной линии б соединен с компенсирующим электродом 3. При расположении антенного усилителя 8 на удалении от антенны соединительная коаксиальная линия располагается в трубчатом экране 7, соединяющем ванну 5 с заземленным экранирующим корпусом антенного усилителя 9, В случае закрепления корпуса 9 антенного усилителя 8 непосредственно на ванне 5 антенны переходной экран 7 соединительной линии отсутствует.В предлагаемой щелевой антенне при менена компенсация емкостной и гальванической утечек между рабочим электродом и ванной, а также между центральным и внешним электродами соединительной линии.Для строгого расчета самолетной щелевой антенны необходимо решить граничную электродинамическую задачу, Однако, если размеры самолета и размеры антенны, установленной на самолете, много меньше длины волны, то решение этой электродинамической задачи можно в первом приближении заменить решением соответствующей квазистатистической задачи, В случае отсутствия компенсирующего электрода под воздействием напряженности Е(т)принимаемого поля на рабочем эелктроде 2 щелевой антенны будет индукцироваться заряд ц(т) = еоЯэЕ(т), где бо - диэлектрическая проницаемость вакуума, а Яэ - эквивалентная площадь антенны, пред ставляющая величину площади ее рабочего электрода, перпендикулярной вектору электрической индукции О(т) = еоЕ(1). При этом рабочий электрод принимает некоторый изменяющийся от времени потенциал 10 ,р(,)С Св+Сн+Сл+Свх где С. - суммарная емкость нагруженной щелевой антенны;Св и Сн - собственная емкость рабочего электрода в его верхней и нижней полусферах соответственно;Сл и Свх - шунтирующая емкость соеди нительной линии б и входной цепи антенного усилителя 8 соответственно,Активное шунтирующее сопротивление входной цепи антенного усилителя 8 здесь не учитывается, так как для диапазона час тот, в котором используется данная конструкция щелевой антенны, его входная цепь удовлетворяет неравенству Ввх Хвх = = 1/ ж Свх, В то же время потенциал рабочего электрода антенны можно записать и че рез ее действующую высоту Ь.; в виде ср(1) = = и, Е(1), Приравнивая эти два выражения для потенциала рабочего электрода антенны, находим выражения ее эффективной площади:35 При наличии компенсации в щелевой антен не потенциал его рабочего электрода 2 центральным электродом соединительной линии б передается на вход антенного усилителя 8. В случае соблюдения условия й)Т 1, Гдв 1 = йвх(Св + Свх) пОСтОянная времени нагруженной щелевой антенны с компенсацией, то на выходе антенного усилителя 8 возникает. усиленное по мощности, синфазное с входным и повторенное по величине напряжение Овцх(1). Это выходное напряжение попадается на внешний изолированный электрод соединительной линии б и компенсирующий электрод 3. В этом случае потенциал рабочего электрода, компенсирующего и внешнего электрода сое динительной линии оказываются равными, поэтому емкостные токи и гальванические токи утечки между ними будут отсутствовать, что соответствует компенсации емко стей Сн и Сл, а также стабильно высокому сопротивлению изоляции между ними, Величины же емкостного и активного сопротивлений между компенсирующим электродом 3, внешним электродом соединительной линии б относительно корпуса 1 не ухудшают характеристики антенны, так как они включены параллельно низкому выходному сопротивлению антенного усилителя 8. Применяя компенсацию к существующей щелевой антенне с некоторой эквивалентной площадью рабочего электрода Яв получаем следующее для нее выражение:(2 Я Ео где Ь - действующая высота антеннькомпенсацией. Приравнивая выражения (1) и (2), находим для действующей высоты щелевой антенны с компенсацией ее значение(3)Св + Свх левой антенне Св = - Св, где Св-собствен 1ная емкость этого электрода в отсутствии ванны под ним, которую с достаточной точностью можно определять по формуле (1):С, = 8 88 1/ Р, О 1 11 + У ) х 2)10- (Ф) 1 п де 01 - внутренний диаметр щелиО 2 - внешний диаметр щели в"г= 01/02Величину Сн такой щелевой антенны можнопределить по формуле в метрах метрах; Ео ЯЬ н= Св+ льная диэлектрическая проеды, заполняющей полость где е - . относитницаемость срванны;Я - плЬ - глу абочего электроданны. ощад бина Из выражения (3) следует, что рЬ и определяется как действующей высотой Ьэ антенны без компенсации, так и эффектом от компенсации, выражающимся в отношении емкостей второго слагаемого. Для плоского круглого рабочего электрода в ще1730701 Ьк Сн+ Сл ,. ="+ С.+С.,(4) 50 55 Анализируя выражение (3), можно определить требования и к конструктивным особенностям щелевой антенны с компенсацией. Необходимо отметить, что это выражение отражает только электрическую компенсацию емкостей С и Сл, но не отражает изменение ее параметров, обусловленных конструктивными в ней изменениями. Введение компенсирующего электрода, который является эквипотенциальным рабочему электроду, можно рассматривать вместе с ним как единый электрод, Увеличение диаметра компенсирующего электрода или уменьшение его высоты в полости ванны не вызывает изменения в электрической компенсации С и Сл, но приводит к уменьшению Ь по формуле (3), Поэтому, с точки зрения получения максимальной величины Ь, необходимо конструктивно компенсирующий электрод приблизить к рабочему электроду, Но, с другой стороны, это может привести к увеличению нестабильности работы этой щелевой антенны по причине малой величины зазора в изоляторе между электродами и увеличением емкости между ними. Поэтому флуктуация коэффициента передачи К( щ ) повторителя напряжения относительно единицы может приводить либо к шунтированию рабочего электрода антенны при К(м)1 через малое выходное сопротивление повторителя, либо при К(в)1 привести к его самовозбуждению, Из этого следует, что при введении компенсирующего электрода в конструкцию щелевой антенны предельно малый зазор между электродами определяется степенью устойчивости работы повторителя напряжения. С целью уменьшения взаимной емкости между рабочим и компенсирующими электродами дно компенсирующего электрода может выполняться в виде сетки 10 (фиг. 2).Введение в конструкцию известной щелевой антенны элементов компенсации с предельно допустимым зазором между рабочим и компенсирующим электродами дает одинаковые величины Ь. Отсюда из выражения (3) находим отношение 5 Отсюда следует, что при любых значениях, 10 входящих в выражение (4) емкостей, оно будет больше единицы, Для существующих щелевых антенн применение компенсации позволяет получать увеличение действующей высоты Ик/Ь = 4-6, т,е, в 4-6 раз, 15 Увеличение стабильности действующейвысоты антенны с компенсацией обуславливает ее невосприимчивость к степени загрязнения изолятора. 20 Формула изобретения 1. Щелевая антенна, содержащая рабочий электрод, размещенный заподлицо с проводящей поверхностью и отделенный от 25 нее изолятором, экранирующую ванну подрабочим электродом, коаксиальный фидер, соединяющий рабочий электрод с входом антенного усилителя, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения и стабилиза ции действующей высоты, введен компенсирующий электрод, изолированный от рабочего электрода и экранирующей ванны, охватывающий рабочий электрод со стороны экранирующей ванны и с торцов, кото рый соединен посредством изолированногоот экранирующей ванны внешнего проводника коаксиальной линии, размещенной в экране, с выходом антенного усилителя, причем антенный усилитель выполнен в ви де повторителя напряжения,2,Антеннапоп,1,отличающаясятем, что дно компенсирующего электродавыполнено сетчатым.45, М)РпгСоставитель С.Долгополов Редактор Э.Слиган Техред М.Моргентал Корректор С.Шев Заказ 1516 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10