ДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА Российский патент 2001 года по МПК H01Q11/06 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано в мобильных приемопередающих радиоцентрах (МППРЦ), использующих для связи как прямую (поверхностную) волну, так и пространственную (т.е. отраженную от ионосферы).

В МППРЦ используются либо Т-образные антенны (радиостанция ПАР-10, антенна ЮМ 2.091.055, высота подвеса 20 м, длина 75 м), либо антенны-мачты нижнего питания, представляющие собой металлическую трубу, устанавливаемую на опорном изоляторе и поддерживаемую 4- и 5-ярусной системой оттяжек. При этом для предотвращения искажения диаграммы направленности и уменьшения потерь излучаемой мощности радиосигнала оттяжки секционируют на короткие отрезки (существенно меньше длины волны излучаемого сигнала) с помощью изоляторов [Кочержевский Г. И. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь, 1972, с. 428, рис. 15.2.

Однако известные антенны характеризуются узким диапазоном рабочих частот, имеют сложную и громоздкую изоляцию оттяжек, что затрудняет их транспортировку и развертывание (свертывание) на месте эксплуатации. Кроме того, эффективность используемых антенн существенно зависит от электрофизических характеристик подстилающей поверхности-грунта (электропроводность σ и диэлектрическая проницаемость ε ) [Кочержевский Г.И. Антенно-фидерные устройства: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1981, гл. 5].

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является антенна, характеризующаяся наличием следующих признаков общих с заявляемым объектом: треугольные рамки, плоскости которых перпендикулярны поверхности земли, одним из концов восходящие провода рамок объединены и синфазно запитаны [патент ФРГ N 1030404, кл. 21 A 4 46/04, М. кл. H 04 D, 1958 г.]
Однако для развертывания такой антенны необходимо большое количество мачтовых конструкций, изолированных как от земли, так и от токонесущих проводников (рамок), с полным набором элементов такелажа (секционированные изоляторами оттяжки, колья, талрепы и т.д.), что снижает транспортабельность и оперативность развертывания/свертывания антенны.

Кроме того, эффективность излучения и КНД для трасс земной волны такой антенны в значительной степени определяется электрофизическими параметрами подстилающей поверхности.

Задачей, на решение которой направленно изобретение, является повышение мобильности и оперативности работы при развертывании (свертывании) антенны в полевых условиях и повышение эффективности излучения при работе земной волной.

Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, является высокая мобильность и оперативность развертывания (свертывания) антенны, минимальный вес, а также увеличение эффективности излучения при работе земной волной.

Решение задачи достигается тем, что в известной антенне, содержащей треугольные рамки, плоскости которых перпендикулярны поверхности земли, при этом треугольные рамки синфазно запитаны в общей точке соединения, а их стороны представляют собой наклонные (восходящий и нисходящий) относительно земли проводники, согласно предмета изобретения тело антенны образуют три одинаковые рамки, расположенные под углом 120^o друг относительно друга, одна из сторон рамок, сходящихся в центре антенны и образующих в месте механического и электрического соединения первую точку несимметричного питания, состоит из токопроводящей мачты (трубы), другая сторона рамки является обратным (горизонтальным) проводником, и три стяжки, при этом верхние концы токопроводящих мачт через наклонные (нисходящие) провода электрически соединены с началами горизонтальных проводов, концы которых сходятся в центре антенны, электрически объединены между собой и являются второй точкой несимметричного питания антенны, стяжки диэлектрически соединяют верхние концы мачт.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предмет изобретения отличается наличием токопроводящих мачт и горизонтальных (обратных) проводов, наличием трех треугольных рамок, размещаемых под углом 120^o относительно друг друга, а также стяжек, диэлектрически соединяющих верхние концы токопроводящих мачт.

Таким образом предлагаемое изобретение соответствует критерию "Новизна".

На фиг. 1 представлена схема диапазонной антенны. На фиг. 2 представлены диаграммы направленности диапазонной антенны в горизонтальной (фиг. 2а) и вертикальной (фиг. 2б) плоскости.

Диапазонная антенна содержит три одинаковые рамки, выполненные в виде треугольников и расположенные под углом 120^o друг относительно друга в плоскостях, перпендикулярных поверхности земли, стороны которых состоят из токопроводящей мачты 1, наклонного провода 2 и горизонтального провода 3, и три стяжки 4, при этом каждая из рамок запитана противофазно в точках 6 со стороны земли 5, причем металлические мачты 1 нижним концом механически и электрически объединены и синфазно запитаны, а их верхние концы разведены в плоскостях рамок, перпендикулярных поверхности земли 5, образуя вместе со стяжками 4, диэлектрически соединяющими верхние концы мачт, перевернутую вверх основанием треугольную пирамиду (тетраэдр), кроме того, верхние концы металлических мачт 1 через наклонные провода 2 электрически соединены с началами горизонтальных проводов 3, концы которых объединены с землей 5 (заземлены) в точке 7.

Предлагаемая антенна обеспечивает круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и "прижатую" нижним краем к поверхности земли диаграмму направленности в вертикальной плоскости.

Диапазонная антенна представляет собой три металлические мачты 1, являющиеся ребрами перевернутого вверх основанием тетраэдра, верхние концы которых через наклонные (нисходящие) провода 2 соединены с горизонтальными проводами 3, образуя при этом три треугольные рамки, расположенные в плоскостях, перпендикулярных земле 5. Комплексная часть входного сопротивления антенны носит индуктивный характер в двукратном диапазоне частот, что, по сравнению со штыревыми и Т-образными антеннами, обеспечивает согласование антенны с выходом приемника/передатчика с помощью магазина емкостей.

Выполнение восходящих проводников, являющихся наиболее активной (в смысле возбуждения электромагнитного поля) частью антенны, в виде "толстых" по сравнению с традиционным антенным канатиком труб обеспечивает снижение добротности антенны за счет уменьшения ее волнового сопротивления ρ, следовательно, увеличение широкополосности антенны.

На основании исследований макета предлагаемой антенны определено:
- угол наклона относительно плоскости земли восходящих проводников (токопроводящих мачт) должен составлять величину 38 - 45^o;
- диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости близка к круговой при а/ λ ≅ 0,25, где a - длина горизонтального (обратного) проводника 3, м; λ - длина волны, м;
- активная часть R_Σ входного сопротивления антенны изменяется в пределах 20 - 60 Ом при коэффициенте перекрытия по частоте K = 2,5;
- реактивная часть X_A входного сопротивления антенны носит индуктивный характер во всем диапазоне рабочих частот;
- конструкция антенны позволяет объединить токонесущие элементы совместно с такелажем, сведя к минимуму необходимое количество изоляторов;
- обратный провод резко снижает влияние электрофизических характеристик грунта на характеристики антенны и обеспечивает "прижатие" диаграммы направленности в вертикальной плоскости к земле;
- на токоведущих частях антенны отсутствуют участки с высоким напряжением (в силу ее низкой добротности), требующих специальных мер защиты в виде изоляторов и т.д.

- конструкция антенны представляет совокупность "жестких" фигур треугольников, что обеспечивает стабилизацию антенны в пространстве и устойчивость к ветровым нагрузкам.

С целью устранения прогиба токопроводящих мачт под действием силы тяжести применяются дополнительно один или два яруса диэлектрических стяжек, а также выполнение мачт из армированного медной фольгой углепласта (солпрег-4), превосходящего конструктивный дюралюминий в 1,4 раза по прочности, но в 2 раза легче его.

К вершине перевернутой пирамиды, опирающейся на изолятор, подключается центральная жила коаксиального кабеля питания, а к точке объединения обратных (горизонтальных) проводов - оплетка питающего кабеля.

При этом возбуждаемый в антенне ток замыкается через металлические мачты, далее по наклонным (нисходящим) проводам - оттяжкам через обратные (горизонтальные) проводники на оплетку питающего коаксиального кабеля.

Конструкция антенны позволяет бригаде из трех человек развернуть ее в течение 30 минут.

Токопроводящие мачты для удобства транспортирования выполняются из секций, соединяющихся с помощью замков. Нижние части закрепляются на шарнире (центральная мачта) и шарнирах Кардана (боковые мачты) на металлическом основании.

При развертывании антенны сначала производится размотка опорных точек, забивка трех анкеров (кольев), раскладка на земле и соединение между собой мачт, стяжек и наклонных проводов, два из которых закрепляются к соответствующим анкерам. Приподняв среднюю мачту и потянув затем за наклонный провод-оттяжку, соединенный с концом этой мачты, устанавливают антенну. При этом в процессе подъема, поддерживают две другие мачты, которые займут требуемое положение в пространстве при соединении третьего наклонного провода-оттяжки с анкером.

Дополнительное натяжение наклонных проводов-оттяжек обеспечивает устойчивость всей антенны к ветровым нагрузкам.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике и может быть использовано в мобильных приемопередающих центрах. Техническим результатом является повышение мобильности и повышение эффективности излучения радиосигнала при использовании для радиосвязи земной волны. В диапазонной антенне, содержащей треугольные рамки из наклонных проводов, плоскости которых перпендикулярны поверхности земли, и эти треугольные рамки синфазно запитаны, тело антенны образуют три одинаковые треугольные рамки, расположенные под углом 120^o относительно друг друга, одна из сторон рамки состоит из токопроводящей (металлической) мачты, другая сторона представляет горизонтальный провод, и три диэлектрические стяжки, при этом нижние концы мачт механически и электрически объединены и синфазно запитаны, верхние концы металлических мачт через наклонные провода электрически соединены с началами горизонтальных проводов, концы которых электрически объединены, соединены с землей и являются второй точкой питания антенны, стяжки диэлектрически соединяют верхние концы металлических мачт. 2 ил.

Диапазонная антенна, содержащая треугольные рамки, плоскости которых перпендикулярны поверхности земли, при этом треугольные рамки синфазно запитаны и их стороны образуются наклонными проводами, отличающаяся тем, что антенна содержит три одинаковые треугольные рамки, расположенные под углом 120^o относительно друг друга, одна из сторон рамки состоит из токопроводящей мачты, другая - из горизонтального провода, и три диэлектрических стяжки, при этом нижние концы мачт механически и электрически объединены и синфазно запитаны, являясь первой точкой несимметричного питания антенны, верхние концы мачт через наклонные провода электрически соединены с началами горизонтальных проводов, концы которых электрически объединены, соединены с землей и являются второй точкой несимметричного питания, диэлектрические стяжки механически соединяют верхние концы мачт.