ТРЕХЭЛЕМЕНТНАЯ ДИРЕКТОРНАЯ АНТЕННА Российский патент 1994 года по МПК H01Q3/04 

Изобретение относится к антенной технике.

Известны директорные антенны, содержащие активный вибратор, стрелу, рефлектор и один или несколько директоров. Однако такие антенны являются однонаправленными. Для связи с корреспондентом, находящимся в противоположной стороне от первоначального направления, необходимо либо вращать мачту с размещенной на ней антенной, что требует больших затрат - трудовых и временных, и не позволяет осуществлять оперативную переориентацию на корреспондента, либо использовать еще одну антенну, что при тенденции к сокращению количества антенных устройств на подвижных объектах является нерациональным и неэкономичным.

Наиболее близкой по своей технической сущности является антенна типа "волновой канал" АТВК - 3/к, содержащая петлевой вибратор, опорную стрелу и пассивные вибраторы, выполненные из трубок и расположенные на концах опорной стрелы. Такая антенна используется в радиолокации, а также в качестве коллективной антенны для приема телевидения и ЧМ радиовещания, на линиях радиорелейной связи прямой видимости (при небольшом числе каналов) и с использованием ионизированных метеорных следов, на линиях УКВ радиосвязи с использованием турбулентности ионосферы, в качестве элементов фазированных антенных решеток и в других радиотехнических системах.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей антенны за счет изменения направления ориентации главного максимума характеристики направленности на противоположное.

Сущность изобретения заключается в расширении эксплуатационных возможностей директорной антенны, заключающемся в способности изменения направления ориентации главного максимума характеристики направленности антенны на противоположное за счет введения несложной в реализации цепи управления длиной пассивных вибраторов, состоящей из подвижных звеньев, электродвигателя, шкива, гибких связей, пружин и секторных накладок, а также закрепления пассивных вибраторов на торцах опорной стрелы, внутренние полости которых сообщаются между собой.

На чертеже изображена предложенная директорная антенна и ее функциональные связи.

Директорная антенна содержит петлевой вибратор 1, стрелу 2, пассивные вибраторы 3 и 4, подвижные звенья 5, электродвигатель 6, шкив 7, гибкие связи 8, пружины 9, секторные накладки 10, реле времени 11, переключатель 12 и кабель 13 питания электродвигателя, причем пассивные вибраторы 4 и 3 находятся на концах стрелы 2 на одинаковом расстоянии от петлевого вибратора 1, подвижные звенья 5 установлены на концах пассивных вибраторов 3 и 4, обладая возможностью телескопического выдвижения и свертывания. Пружины 9, закрепленные внутри пассивных вибраторов 3 и 4 около их концов, одним концом прикреплены к пассивному вибратору, а другим - к подвижному звену 5. Каждая из двух гибких связей 8, одним концом прикрепленная к подвижному звену 5 пассивного вибратора 3, а другим - к подвижному звену пассивного вибратора 4, намотана на шкив 7, установленный на валу электродвигателя 6 в пазу стрелы 2, описывая оборот 360^о вокруг него. Секторные накладки 10 попарно находятся внутри канала стрелы 2 в местах присоединения пассивных вибраторов 3 и 4 к стреле 2, а электродвигатель 6 подключен к источнику питания через последовательно включенные реле времени 11 и переключатель 12 посредством кабеля 13 питания электродвигателя.

Пассивные вибраторы предназначены для обеспечения распределения фаз токов в антенне, необходимого для продольного излучения. Они выполнены в виде металлических трубок одинаковой длины 2l ≈ 0,48λ и одинакового диаметра, расположенных по разные стороны от петлевого вибратора на одинаковом расстоянии 0,15-0,20 λ, где 2l - длина пассивного вибратора, λ - рабочая длина волны.

Подвижные звенья предназначены для изменения длины пассивных вибраторов при изменении направления ориентации главного максимума характеристики направленности антенны на противоположное. Подвижные звенья могут быть выполнены в виде металлических стержней длиной (0,02-0,03)λ и диаметром, несколько меньшим, чем внутренний диаметр пассивного вибратора.

Шкив предназначен для перемотки гибких связей в направлении от одного пассивного к другому. В качестве шкива может быть использован шкив диаметром 20-40 мм, выпускаемый промышленностью.

Гибкие связи предназначены для втягивания подвижных звеньев в пассивные вибраторы при изменении длины пассивных вибраторов. В качестве гибких связей могут быть использованы два одинаковых шнура или тросика достаточной прочности и равной длины.

Пружины предназначены для выдвижения подвижных звеньев из пассивных вибраторов при ослаблении натяжения гибких связей, что происходит при перемотке их шкивом электродвигателя. В качестве пружин могут быть использованы цилиндрические пружины достаточной упругости диаметром, равным диаметру подвижных звеньев.

Секторные накладки предназначены для уменьшения трения гибких связей при перемещении их из каналов пассивных вибраторов в канал стрелы.

Электродвигатель предназначен для вращения шкива, перематывающего гибкие связи, что ведет к изменению длины пассивных вибраторов. В качестве электродвигателя может быть использован реверсивный электродвигатель малой мощности, габариты которого не превышают 80х50х50 мм.

Реле времени обеспечивает разрыв цепи питания электродвигателя через заданный промежуток времени после его включения, что обеспечивает изменение длины пассивных вибраторов на заданную величину. Переключатель предназначен для коммутации полярности цепи питания электродвигателя.

Принцип действия предложенного устройства заключается в следующем.

Известно, что для обеспечения требуемого для антенны продольного излучения фазового распределения нужно подбирать фазы входного сопротивления вибраторов. Очевидно, что входное сопротивление Z_вх. директоров должно иметь отрицательную фазу. Это означает, что реактивная составляющая входного сопротивления должна иметь отрицательный знак (должна иметь емкостной характер). Из теории симметричного вибратора известно, что отрицательную реактивную составляющую входного сопротивления имеет симметричный вибратор при длине 2l<λ/2 (меньше первой резонансной длины).

Фаза тока рефлектора должна быть положительной (опережающей). Для обеспечения этого реактивная часть входного сопротивления должна быть положительной (индуктивной). Индуктивное входное сопротивление имеет вибратор длиной 2l>λ/2 (больше первой резонансной длины).

Таким образом, чтобы обеспечить в директорной антенне необходимое соотношение фаз токов, следует директоры делать короче полволны (короче первой резонансной длины), а рефлектор - длиннее. Длина вибраторов, необходимая для рефлектора, 0,52 λ, а для директора 0,48 λ.

Следовательно, изменяя длину пассивных вибраторов 3 и 4, можно изменять направление ориентации главного максимума характеристики направленности антенны на противоположное. Управление длиной пассивных вибраторов 3 и 4 осуществляется с помощью реверсивного электродвигателя 6, который может быть включен (выключен) подачей на него напряжения питания необходимой полярности. Через заданный промежуток времени после включения электродвигателя реле времени 11 разомкнет цепь питания электродвигателя, что обеспечит изменение длины пассивных вибраторов 3 и 4 на заданную величину равную 0,04 λ.

Допустим, что пассивный вибратор 3 имеет длину 0,52λ (рефлектор), а пассивный вибратор 4 - длину 0,48λ (директор). При переключении переключателя 12 в другое положение (при этом на электродвигатель подается напряжение питания противоположной полярности) электродвигатель осуществляет вращение в сторону уменьшения длины пассивного вибратора 3 и увеличение длины пассивного вибратора 4. Теперь пассивный вибратор 3, имея длину 0,48λ, будет выполнять роль директора, а пассивный вибратор 4 длиной 0,52λ - роль рефлектора, т.е. направление ориентации главного максимума характеристики антенны изменится на противоположное. При переключении переключателя в исходное положение произойдет обратный процесс.

Предложенная директорная антенна может быть использована в радиолокации, для приема сигналов телевидения и ЧМ радиовещания, на линиях радиорелейной связи прямой видимости и с использованием ионизированных метеорных следов, на линиях УКВ радиосвязи с использованием турбулентности ионосферы, в качестве элементов фазированных антенных решеток и в других радиотехнических системах.

Сущность изобретения: пассивные вибраторы 3, 4 и опорная стрела 2 выполнены из трубок. Внутренние полости пассивных вибраторов и опорной стрелы сообщаются. На концах пассивных вибраторов установлены подвижные звенья 5. Пружины 9, закрепленные внутри пассивных вибраторов, одним концом прикреплены к пассивному вибратору, а другим - к подвижному звену. Подвижные звенья соединены тросами 8, расположенными внутри пассивных вибраторов и опорной стрелы. Тросы 8 намотаны на шкив 7, установленный на валу электродвигателя 6 Изменяя длину пассивных вибраторов, можно изменять направление ориентации главного максимума характеристики направленности антенны на противоположное. 1 ил.

ТРЕХЭЛЕМЕНТНАЯ ДИРЕКТОРНАЯ АНТЕННА, содержащая опорную стрелу и пассивные вибраторы, выполненные из трубок, петлевой вибратор, причем пассивные вибраторы расположены на концах опорной стрелы, отличающаяся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей путем изменения направления ориентации главного максимума характеристики направленности на противоположное, пассивные вибраторы закреплены на торцах опорной стрелы на равном расстоянии от петлевого вибратора, причем внутренние полости пассивных вибраторов сообщаются с внутренней полостью опорной стрелы, в опорной стреле выполнен паз, введены подвижные звенья, пружины, две гибкие связи, шкив, электродвигатель, реле времени, секторные накладки, переключатель, причем подвижные звенья установлены на торцах пассивных вибраторов с возможностью телескопического выдвижения свертывания, пружины установлены в пассивных вибраторах и прикреплены каждая одним концом к пассивному вибратору, а другим к подвижному звену, подвижные гибкие связи расположены внутри опорной стрелы и пассивных вибраторов и соединены каждая одним концом с подвижным звеном одного пассивного вибратора, а другим - с подвижным звеном другого пассивного вибратора и намотана на шкив, расположенный в пазу опорной стрелы и установленный на валу электродвигателя, подключенного к кабелю питания через последовательно включенные реле времени и переключатели, а секторные накладки закреплены внутри опорной стрелы в местах соединения с пассивными вибраторами.