ПЕЛЕНГАЦИОННАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА Российский патент 1995 года по МПК H01Q21/24 

Пеленгационная антенная система предназначена для работы в составе радиопеленгационных комплексов обнаружения, засечки грозовых разрядов с целью определения направления прихода радиосигналов, сопровождающих грозовой разряд, относительно центра антенной системы (АС).

Целью изобретения является расширение частотного диапазона в сторону низких частот и увеличение эквивалентной действующей высоты.

На фиг. 1 и 2 представлены блок-схемы пеленгационной АС, расположенной на поверхности Земли.

Пеленгационная АС содержит две пары вертикальных несимметричных W_B1-W_B2, W_B3-W_B4 и две пары горизонтальных симметричных W_Г1-W_Г2, W_Г3-W_Г4вибраторов, расположенных на поверхности Земли на одинаковых расстояниях (2l) друг от друга на прямых пересекающихся под прямым углом двенадцати двухканальных активных элементах А1...А12, встроенных в вибраторы, шестнадцать параллельных сумматоров S2. ..S16. Входы сумматоров S1...S12 параллельными отрезками коаксиальных кабелей соединены с выходами активных элементов, а выходы сумматоров S1...S4 соединены с первичными обмотками трансформаторов Тр1. ..Тр4 и выходы сумматоров S5...S12 - с входами параллельных сумматоров S13...S16, выходы которых соединены с первичными обмотками трансформаторов Тр5. . . Тр8. Трансформаторы Тр1...Тр8 имеют по две вторичные обмотки, причем первые вторичные обмотки трансформаторов, включенные последовательно и синфазно, и вторые, включенные последовательно и противофазно, включены между соответствующими парами выходных зажимов. Половины горизонтальных симметричных вибраторов выполнены длиною h и разнесены между собой на расстояния 2l₁.

Пеленгационная АС работает следующим образом.

При приеме радиоволн с напряженностью поля Е, приходящих под углом ϕ к линии, соединяющей вибраторы W_B1...W_B2, на выходе каналов АЭ вертикальных вибраторов появляются сигналы, которые затем преобразуются в напряжения U_S1...U_S4 на выходах сумматоров S1...S4.

Cигналы, служащие для определения направления на источник сигнала, формируются в трансформаторах в результате вычитания напряжений U_S1...U_S2 и U_S3. . . U_S4. Они при размерах пеленгационной АС, значительно меньших длины волны, и коэффициентах трансформации трансформаторов, равных единице принимают следующий вид:
U_S1-U_S2 = j4EmlhgK_тcos ϕ ; (1)
U_S3-U_S4 = j4mlhgK_тsin ϕ. (2)
Сигнал, указывающий интенсивность, формируется посредством суммирования напряжений U_S1...U_S4:
U_S1 + U_S2 + U_S3 + U_S4 = 8EhgK_т . (3)
Пеленгование источников радиосигналов по горизонтальной (продольной) составляющей электрического поля производится при помощи горизонтальных вибраторов. В этом случае ЭДС, наведенные продольной составляющей электрического поля Е_п на половинах горизонтальных симметричных вибраторов и оболочках коаксиальных кабелей, поступают на входы АЭ. На выходе каждого АЭ формируются два одинаковых противофазных напряжения, которые поступают на входы параллельных сумматоров S5...S12.

Так как в параллельном сумматоре один вход является инвертирующим, а другой - неинвертирующим, то при суммировании противофазных напряжений с весовыми коэффициентами, равными единице, на выходе сумматоров S5...S12 получаются напряжения, равные сумме входных напряжений. С выходов сумматоров S5-S6, S7-S8, S9-S10 и S11-S12 напряжения поступают на входы соответствующих параллельных сумматоров S13...S16, где происходит формирование напряжений горизонтальных вибраторов U_S13...U_S16.

Сигналы, служащие для определения направления, формируются в трансформаторах в результате сложения напряжений U_S13, U_S14 и U_S15, U_S16. Они при размерах пеленгационной АС, значительно меньших длины волны, и коэффициентах трансформации, равных единице, имеют следующий вид:
U_S13+ U_S14= 8l₁+ E_пK_тcosϕ ; (4)
U_S15+ U_S16= 8l₁+ E_пK_тsinϕ (5)
Сигнал, указывающий интенсивность, формируется посредством вычитания в трансформаторах напряжений U_S13, U_S14 и U_S15, U_S16 и последующего сложения результатов вычитания.

(U_S13- U_S14) + (U_S15- U_S16) = j16l₁+ K_тmlE_п (6)
Из выражений (3) и (6) видно, что в АС не требуется отдельных всенаправленных антенн, определяющих интенсивность сигнала. В пеленгационной АС, несмотря на то, что продольная составляющая электрического поля зависит от электрических параметров подстилающей поверхности и входит множителем в выражения (4), (5) и (6), сохраняется стабильное соотношене фаз между сигналами, определяющими направление и интенсивность.

Предлагаемая пеленгационная АС дает возможность расширить область использования АС в сторону низких частот, так как имеет более высокую эквивалентную действующую высоту и может размещаться на поверхности Земли. Кроме того, учитывая слабое затухание горизонтальной компоненты поля на низких частотах с глубиной погружения в землю, горизонтальные антенны могут быть размещены на некоторой глубине в земле. Такое размещение горизонтальных антенн повышает стойкость пеленгационной АС к механическим воздействиям.

Повышение эквивалентной действующей высоты предлагаемой АС обусловлено следующими факторами. Во-первых, включение в вибраторы активных элементов, имеющих высокое входное сопротивление и малую входную емкость, увеличивает коэффициент передачи антенно-фидерных трактов и расширяет их полосу пропускания. Во-вторых, разделение напряжений сигналов вибраторов на два противофазных напряжения, передача их по отдельным коаксиальным линиям к соответствующим параллельным сумматорам и сложение их в сумматорах дают возможность двукратно использовать АС. В-третьих, разнос половин горизонтальных вибраторов на расстояние 2l₁ увеличивает действующую длину горизонтального вибратора при l₁ >> h приблизительно в 2 раза, а следовательно, еще в 2 раза возрастает эквивалентная действующая высота пеленгационной АС при работе с горизонтальными антеннами.

Использование: в составе радиопеленгационных комплексов обнаружения для засечки грозовых разрядов с целью определения направления прихода радиосигналов. Сущность изобретения: пеленгационная антенная система содержит две пары вертикальных несимметричных вибраторов и две пары горизонтальных симметричных вибраторов, соединенных с первичными обмотками трансформаторов. Выбором расстояний между вибраторами, длин плеч вибраторов и способом подключения их к трансформаторам, а также введением двухканальных активных элементов и параллельных сумматоров достигнуты расширение диапазона в сторону низких частот и увеличение эквивалентной действующей высоты системы. 2 ил.

ПЕЛЕНГАЦИОННАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА, содержащая две пары вертикальных несимметричных вибраторов и две пары горизонтальных симметричных вибраторов, расположенных на равных расстояниях 2l друг от друга на взаимно ортогональных прямых и соединенных с первичными обмотками соответствующих трансформаторов, каждый из которых имеет две вторичные обмотки, причем первые вторичные обмотки всех трансформаторов, соединенные последовательно и синфазно, а вторые вторичные обмотки, соединенные последовательно и противофазно, включены между соответствующими парами выходных клемм, отличающаяся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона в сторону низких частот и увеличения эквивалентной действующей высоты, вертикальные несимметричные и горизонтальные симметричные вибраторы размещены на поверхности земли, плечи h горизонтальных симметричных вибраторов разнесены друг от друга на расстояние 2l₁, причем длина каждого плеча
h≅ (0,05 - 0,1)l ₁,
l₁≅ 0,8l,
l ≪ λ_min,
где λ_min - минимальная длина волны рабочего диапазона,
и размещены вдоль взаимно перпендикулярных прямых, которые пересекаются в центре пеленгационной антенной системы, в каждый вертикальный несимметричный вибратор и каждое плечо горизонтального симметричного вибратора введен двухканальный активный элемент, имеющий высокое входное сопротивление, малую входную емкость, равные коэффициенты передачи каналов при фазовом сдвиге между ними 180^o, входы каналов всех активных элементов соединены с входами соответствующих вибраторов, а выходы соединены введенными отрезками коаксиальных кабелей равной длины с введенными первыми параллельными сумматорами, при этом выходы первых параллельных сумматоров вертикальных несимметричных вибраторов непосредственно, а выходы первых параллельных сумматоров горизонтальных симметричных вибраторов через введенные вторые параллельные сумматоры соединены с первичными обмотками трансформаторов.