АНТЕННАЯ СИСТЕМА Российский патент 1994 года по МПК H01Q9/16 

Изобретение относится к антенной технике, а именно к антенным ретрансляционным блокам для радиорелейных станций.

Целью изобретения является увеличение развязки между приемной и передающей антеннами ретрансляционного блока, установленными на общей одна над другой, при работе на одной частоте.

На фиг. 1 представлена структурная схема предложенной антенной системы, состоящей из приемной и передающей решеток; на фиг. 2 - структурная схема решетки из двух противофазных линейных излучателей; на фиг. 3 - структурная схема решетки из двух синфазных излучателей; на фиг. 4 - ДН предложенной антенной системы (сплошная линия - для решетки противофазных излучателей при S_H=0,5 λ_o , r=0,25 λ_o ; пунктирная линия - для решетки синфазных излучателей при S_Е=0,5 λ_o ; r=0,5λ_o ; штрихпунктирная линия - решетка синфазных излучателей при S_E=0,5 λ_o , r=0,45 λ_o ).

Антенная система содержит приемную 1 и передающую 2 антенны линейной поляризации, подключенные к соответствующим питающим фидерам 3, 4 и установленные на общей опоре одна над другой. При этом каждая антенна линейной поляризации выполнена в виде решетки, состоящей из пары линейных излучателей, которые разнесены симметрично относительно середины решетки на λ_o /4, где λ_o - рабочая частота в плоскости Е при синфазном возбуждении пары излучателей и в плоскости Н - при их противофазном возбуждении.

Антенная система работает следующим образом.

К антенне ретрансляционного блока, предназначенного для обслуживания двух корреспондентов, находящихся условно слева и справа от него (например, двух судов, движущихся по реле со сложным фарватером, исключающим непосредственную связь между ними) можно предъявить следующие требования.

Передающая (приемная) антенна блока должна работать с линейной (в данном случае вертикальной) поляризацией радиоволн; иметь двунаправленную ДН в горизонтальной плоскости (в данном случае Н); иметь в ДН глубокий минимум в направлении нормали в своей апертуре; иметь низкие уровни излучения (приема) в задней полуплоскости; иметь в ДН особо глубокий минимум в направлении, которое проходит через электрический центр антенны параллельно оси линейных излучателей.

На фиг. 2 схематично показана антенна, которая удовлетворяет перечисленным выше требованиям - это линейная симметричная противофазная антенная решетка (противофазность условно показана на фиг. 2 знаками (+) и (-); на фиг. 3 она показана двухэлементной с плоским экраном и помещена в прямоугольную систему координат X, Y, Z с началом О, совмещенным с электрическим центром антенны.

Рассмотрим характерные особенности ДН противофазной антенной решетки, элементы которой разнесены в плоскости поляризации вектора Н.

Для размеров S_н=0,5 λ_o и r=0,25 λ_o ДН в горизонтальной плоскости решетки фиг. 2 показана на фиг. 4 сплошной линией.

Как видно из фиг. 4, ДН такой решетки двунаправленная, с углом γ =74^о, имеющая глубокий минимум (теоретический нуль). По всем направлениям плоскости XOZ. При этом в плоскости XOZ в направлении оси OZ образуется особо глубокий минимум в ДН (нуль третьего порядка). Он обусловлен тремя факторами: линейные вибраторы (элементы решетки) не излучают вдоль своей оси (первый нуль); излучатели (вибраторы) в решетке идентичны, симметричны по схеме построения решетки и противофазны (второй нуль за счет суперпозиции полей реальных противофазных элементов решетки); плоский экран эквивалентен действию фиктивных элементов решетки, которые являются зеркальными отображениями реальных элементов, т.е. являются по отношению к ним противофазными (третий нуль за счет суперпозиции полей фиктивных и реальных элементов решетки).

Рассмотрим характерные особенности ДН синфазной антенной решетки, элементы которой разнесены в плоскости поляризации вектора Е.

Для размеров S_E=0,5 λ_o и r=0,5 λ_o ДН в горизонтальной плоскости решетки показана на фиг. 4 пунктирной линией.

Как видно из фиг. 4, ДН такой решетки двунаправленная с углом γ =120^о, имеющая глубокий минимум (теоретический нуль) в направлении оси OX, в направлении нормали к апертуре антенны).

Следует отметить, что в направлении оси OZ образуется особо глубокий минимум ДН (нуль третьего порядка). Он обусловлен тремя факторами: тем, что линейные вибраторы (элементы решетки) не излучают вдоль своей оси; тем, что элементы решетки идентичны, синфазны и разнесены друг относительно друга на λ_o /2 ; тем, что плоский экран эквивалентен действию фиктивных противофазных элементов решетки (аналогично описанному выше).

Изменением размера r можно регулировать угол γ в антенной решетке по фиг. 4.

Например, при r=0,45 λ_o ее ДН видоизменяется (см. фиг. 4, штрих-пунктир), здесь угол γ =74^о и уровень поля в направлении оси OX становится равным 0,3 Е_mах. Изменение размера r не влечет за собой изменения уровня поля в направлении оси OZ.

Таким образом, основная идея взаимного расположения антенн в блоке заключается здесь в совмещении направлений нулей третьего порядка в ДН обеих антенн и в совмещении нормалей к их апертурам в одной плоскости.

Многообразие условий местности различных географических районов установки антенного ретрансляционного блока для исключения самовозбуждения ретранслятора может потребовать нюансов для ДН антенн, входящих в блок (при соблюдении обязательного условия: высокой развязки между антеннами уединенного блока).

Необходимые вариации ДН антенн в блоке могут быть получены путем его комплектации следующим образом: синфазная решетка и противофазная решетка; синфазная решетка и синфазная решетка; противофазная решетка и противофазная решетка.

Использование: ретрансляторы радиолинейных линий, работающие на одной частоте с линейной поляризацией излучения. Сущность изобретения: для повышения развязки между приемной и передающей антеннами ретранслятора каждая антенна выполнена в виде решетки, состоящей из пары излучателей линейной поляризации, установленных одна над другой на общей опоре. В каждой паре излучатели могут возбуждаться синфазно или противофазно. При синфазном возбуждении излучатели разнесены на λ/2 в плоскости Е симметрично относительно середины решетки, а при противофазном возбуждении разнесены на λ/2 в плоскости Н. 4 ил.

АНТЕННАЯ СИСТЕМА, содержащая передающую и приемную антенны линейной поляризации, подключенные к соответствующим питающим фидерам и установленные на общей опоре одна над другой, отличающаяся тем, что, с целью увеличения развязки при работе на одной частоте, каждая антенна линейной поляризации выполнена в виде решетки, состоящей из пары линейных излучателей, которые разнесены симметрично относительно середины решетки на λ / 4 , где λ - рабочая частота в плоскости E при синфазном возбуждении пары излучателей и в плоскости H при их противофазном возбуждении.