АНТЕННО-МАЧТОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК H01Q9/18 

Изобретение относится к антенной технике, преимущественно к антенным радиосвязи СВЧ-УВЧ подвижных объектов, например морских судов и кораблей.

Количество антенн СВЧ-УВЧ на современных кораблях достигает нескольких десятков, поэтому их размещение, обеспечивающее равномерность ДН в горизонтальной плоскости, представляет значительные трудности.

Одним из путей получения равномерной диаграммы направленности в условиях корабля является размещение антенн СВЧ-УВЧ на мачтах, возвышающихся над другими надстройками. При этом мачта с антеннами не должна затруднять работу РЛС, т.е. должна иметь по возможности малые поперечные размеры.

Известно антенно-мачтовое устройство, выбранное в качестве прототипа, содержащее несколько вертикально расположенных излучателей СВЧ-УВЧ, размещенных на кронштейнах коллинеарно в несколько этажей. Такое конструктивное решение обладает наибольшей простотой, но отражение энергии от мачты и фидеров формирует глубокие минимумы в диаграмме направленности антенн в горизонтальной плоскости, что нежелательно, т.к. при смене курса подвижного объекта может произойти перерыв в радиосвязи. При этом искажение диаграммы направленности вибратора оказывается тем большим, чем больше диаметр мачты Д и чем ближе к ней расположены вибраторы. Все это обусловливает большие поперечные размеры антенно-мачтового устройства.

Целью изобретения являются уменьшение поперечных размеров устройства и улучшение равномерности диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в широком диапазоне частот.

Указанная цель достигается тем, что в антенно-мачтовом устройстве, содержащем несколько вертикальных вибраторов, расположенных друг над другом в несколько этажей и подключенных к нескольким коаксиальным фидерам, согласно изобретению мачта (несущая конструкция) выполнена из диэлектрика, а фидеры вибраторов выполнены в виде вертикальной цилиндрической спирали, шаг которой меньше ее диаметра.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое антенно-мачтовое устройство отличается тем, что его несущая конструкция (мачта) выполнена из диэлектрика, а фидеры вибраторов скручены в вертикальную цилиндрическую спираль, шаг которой меньшее ее диаметра. Таким образом, заявляемое антенно-мачтовое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Заявителям не известны технические решения из антенной техники, содержащие признаки, сходные с признаками заявляемого устройства. Заявителям не известны аналогичные решения из других областей техники, обладающие свойствами заявляемого изобретения. Таким образом, заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1, 2 изображены схематически примеры конкретного выполнения заявляемого антенно-мачтового устройства.

Антенно-мачтовое устройство содержит несколько вертикально-ориентированных вибраторов 1, 2, расположенных на мачте 3 в несколько этажей. Каждый вибратор (топовый огонь в том числе) имеет снижение в виде коаксиального кабеля питания 45. Кабеля питания (фидеры) скручены в спираль, продольная ось которой параллельна или совпадает с осью вибраторов 2. Каркасом для спирали может служить диэлектрическая труба, выполняющая роль несущей конструкции мачты 3.

Работу предлагаемого устройства рассмотрим на примере одного этажа, содержащего вибратор 2.

По фидеру 4 и вибратору 2 подводится высокочастотная мощность. Вибратор 2 излучает поле, которое наводит токи на фидерах 4, 5, которые, в свою очередь, переизлучают электромагнитную энергию.

Но при скручивании кабеле 4, 5 в спираль во много раз возрастает их реактивное сопротивление наведенному току (ток на спирали оказывается пренебрежимо мал по сравнению с током вибратора 2), что практически исключает влияние спирального снижения на диаграмму направленности и на уровень согласования вибратора 2 с кабелем 4.

Малое взаимное влияние приблизить вибратор 2 к спирали 3 или разместить вибратор 2 и спираль 3 соосно, уменьшить таким образом поперечные размеры устройства.

Неоднородность, которую представляет кабель питания для поля вибратора в случае соосного расположения вибратора 2 и спирали 3, оказывается равномерно распределенной вокруг вибратора 2, что также исключает влияние кабелей 4, 5 на диаграмму направленности в пл.Н.

Схемы устройства, изображенные на фиг.1 и 2 были реализованы в виде действующих макетов. При этом в качестве мачты были использованы стеклопластиковые трубы с толщиной стенки 10 мм; в качестве вибратора 2 был использован широкополосный симметричный шунтовой вибратор длиной 850 мм и диаметром 160 мм, запитанный кабелем, подведенным через точку нулевого потенциала шунта.

Вибратор в свободном пространстве имел круговое получение в пл. Н и КБВ >0,4 в диапазоне 100^oC400 МГц.

Макет, спиральное снижение которого расположено рядом с вибратором 2, был выполнен с параметрами:
диаметр диэлектрической мачты D=160 мм;
количество витков 12;
расстояние между осями спирали и вибратора d 300 мм;
расстояние h 600 мм.

Макет, в котором спираль и вибратор 2 установлены соосно, был выполнен с параметрами:
диаметр кабеля питания 9 мм;
диаметр диэлектрической мачты D 200 мм;
шаг спирали S 125 мм;
количество витков 9;
расстояние h 600 мм.

Оба макета имели КБВ>0,4 в кабеле с волновым сопротивлением 75 Ом в диапазоне 100^oC400 Мгц.

Следует отметить, что электрические характеристики предложенного устройства не критичны к изменению шага, S и диаметра спирали.

Характеристики начинали ухудшаться лишь при S/D≥1.

Во всех случаях длина спирали превосходила длину вибратора 2 в 1,3 раза. Слишком малый шаг спирали S брать не следует, т.к. при этом неоправданно увеличивается длина кабелей питания, растут потери в кабелях.

Использование: в антеннах радиосвязи подвижных объектов, например морских судов. Сущность изобретения: коаксиальные фидеры 4, 5 вертикальных вибраторов 1, 2, расположенных один над другим, свернуты в цилиндрическую спираль, шаг которой меньше ее диаметра. 2 ил.

Антенно-мачтовое устройство, содержащее мачту, несколько вертикальных вибраторов, расположенных один над другим и каждый из которых подключен к соответствующему коаксиальному фидеру, отличающееся тем, что мачта выполнена из диэлектрика, а коаксиальные фидеры свернуты в цилиндрическую спираль, шаг которой меньше ее диаметра.