РАМОЧНАЯ АНТЕННА Российский патент 2001 года по МПК H01Q7/00 H01Q19/04 

Изобретение относится к средствам связи, в частности к антеннам, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства (например, любых видах транспорта, радио, телевидении) для обеспечения устойчивой аудио-видеосвязи, а также радиорелейной, радиотелефонной связи на KB-, MB-, УКВ-, ДМВ-диапазонах.

Предшествующий уровень техники
Исходя из практики известно, что в настоящее время для обеспечения дальнего приема сигналов наибольшее распространение получили рамочные антенны, которые при относительной простоте конструкции обладают большим коэффициентом усиления при сравнительно узкой полосе пропускания. Благодаря этому с выхода узкополосной антенны на вход приемника поступает повышенное по сравнению с широкополосными антеннами отношение сигнал/шум.

Частотная избирательность антенны особенно важна в условиях дальнего приема, когда необходимо обеспечить прием слабого сигнала, а по близости работает мощный передатчик на соседнем по частоте канале.

Разновидностью рамочных антенн, которые получили наиболее широкое распространение, являются двухэлементные рамочные антенны ("двойной квадрат") и трехэлементные антенны ("тройной квадрат") [1, 4].

Одним из главных недостатков рамочных антенн является обязательное наличие симметрирующего согласующего шлейфа, ориентированного вертикально к земле и конструктивно расположенного за габаритами рамочного элемента. При этом поляризация антенны горизонтальная [2].

Для работы с вертикальной поляризацией антенну со шлейфом необходимо развернуть вокруг оси на 90^o. При отклонении шлейфа от вертикального положения диаграмма и все остальные характеристики антенн резко ухудшаются.

По этой причине при вертикальной поляризации рамочные антенны не находят практического применения.

Известна рамочная антенна, состоящая из кольцевых рамочных элементов: рефлектора, вибратора и директоров, которые закреплены соосно-последовательно на общей штанге и диэлектрически изолированно один от другого. Все рамочные элементы разомкнуты с минимальным зазором, а их плоскости параллельны [3].

Наряду с указанными недостатками, относящимися к рамочным антеннам в целом, она, кроме того, не обеспечивает устойчивой связи на частотах свыше 30 МГц за пределами прямой видимости.

Поэтому проблема устранения указанных недостатков рамочных антенн и увеличения дальности и качества связи в УКВ диапазоне является достаточно актуальной.

Раскрытие изобретения
Решение поставленной задачи достигается тем, что в рамочной антенне, содержащей рефлектор, вибратор и директоры, установленные соосно-последовательно на общей штанге, диэлектрически изолированно друг от друга, рефлектор, вибратор и директоры выполнены в виде сгруппированных элементных пар, представляющих собой пары связанных контуров, в которых рамочные элементы, изготовленные в виде незамкнутых колец, соединенных между собой, где каждый из рамочных элементов содержит в плоскости его внутренних габаритов по два L-шунта, которые образуют LC-тракт симметрии и согласования, а рефлектор дополнительно содержит X-длинные линии, соединяющие синфазно средние точки L-шунтов с участком Z рамочного элемента рефлектора, расположенного диаметрально противоположно к клеммам питания, при этом рамочные элементы вибратора соединены последовательно, а рамочные элементы рефлектора и директоров соединены параллельно.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая рамочная антенна соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется компоновочной схемой (фиг. 1) и электрической схемой (фиг. 2).

Рамочная антенна состоит из рефлектора 1, вибратора 2, директора 3, директора 4. Директоры 3, 4 являются пассивными контурными парами, а вибратор 2 является активной контурной парой.

Принцип работы указанных антенн заключается в следующем.

В режиме приема высокочастотный сигнал передатчика, на который ориентирована антенна, возбуждает ЭДС на элементе, расположенном первым к принимаемому сигналу, а затем последовательно на очередных элементах антенны.

Результирующая ЭДС всех пассивных элементов (директоров) суммируется на активном элементе (вибраторе) и по кабелю фидера поступает на вход приемника. Величина суммарной ЭДС (коэффициент усиления антенны) зависит от частотно-резонансных характеристик каждого из элементов антенны, качества их настройки и согласования элементов антенны в целом. Рефлектор в конструкции антенны выполняет функции отражателя и препятствует приему сигналов, поступающих с обратной стороны рефлектора.

Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана схема компоновочная.

На фиг. 2 показана схема электрическая.

На фиг. 3 показан опорный изолятор рефлектора и директоров.

На фиг. 4 показан опорный изолятор вибратора.

L₁, L₆ - рамочный элемент, выполненный в виде незамкнутого кольца (главный колебательный контур).

L₂ - L₅ - шунт выполнен Г-образной формы (определяет входное волновое сопротивление рамочного элемента, выполняет функции симметрирующего и согласующего устройства).

LC - индуктивно-емкостная связь между элементами L₂ - L₅ (определяет ширину полосы пропускания и добротность главных контуров и пары рамочных элементов в целом).

T₁, Т₂ - перемычки, соединяющие рамочные элементы в пару рамочных элементов.

Z - участок главного контура (определяет зону пучности тока).

X₁, X₂ - длинные линии, соединяющие синфазно средние точки L-шунтов с участком Z.

F - кабель фидера.

Лучший вариант осуществления изобретения
Для изготовления антенны на диапазон 145-180 МГц, 300-350 МГц, 400-450 МГц берут стальную оцинкованную, омедненную проволоку диаметром 4 мм, предварительно полируют, затем навивают из нее спираль на цилиндре меньшего диаметра, далее спираль разрезают на калиброванном цилиндре на кольца нужного диаметра. Изготавливают скобы L-шунтов из той же проволоки и устанавливают кольца и шунты в кондуктор для пайки.

При изготовлении рамочных элементов необходимо учитывать коэффициент удлинения не менее 1,05.

Промышленная применимость
Пайка производится латунным припоем Л-63, затем отрабатывают места пайки и хромируют. Спаянная и отхромированная пара рамочных элементов вставляется в пресс-форму литьевой машины типа "Куаси" или ДЕ3113, где получаем отлитый опорный изолятор из полиамида-6, то есть готовую к монтажу элементную пару директоров и рефлектора.

При изготовлении вибратора, после проведения пайки, одна из перемычек T₁ или T₂ удаляется и в разомкнутую часть впаивается розетка кабельного разъема CO239 или розетка разъема N коннектор. Затем также вставляется в пресс-форму и отливается изолятор вибратора вместе с кабельной розеткой.

Конструкция изолятора исключает попадание и проникновение влаги внутрь изолятора, так как представляет собой монолитную деталь, не предусматривающую никакой последующей обработки. Рабочие t изолятора - 60 + 80^oC.

Защитное антикоррозионное покрытие трехслойное: цинк, медь, хром.

Несущая стрела, состоящая из двух половин, изготовлена из отрезка стальной трубы, к которой запрессован и приварен стальной кронштейн крепления к мачте, с другой стороны трубы ввинчен на резьбе и заштифтован стальной штырь.

На трубе устанавливается рефлектор, а на штыре - вибратор и директоры. Все элементы несущей стрелы оцинкованы.

Гарантированный срок эксплуатации не менее 20 лет по надежности опорного изолятора и защитного покрытия. Гарантия на кабельную розетку CO239 оговаривается изготовителем.

Источники информации
1. Шейко В.П. Антенны любительских радиостанций. - М.: ДОСААФ, 1962 г.

2. Никитин В. А. Как добиться хорошей работы телевизора. - М.: ДОСААФ, 1988 г. (с. 81).

3. Патент США N 3491361, МКл⁶ H 01 Q 11/12, 1970 г.

4. Ротхаммель К. Антенны. - М.: Энергия, 1967 г. (с. 39).

Изобретение относится к средствам связи. Техническим результатом является обеспечение устойчивой связи на частотах свыше 30 МГц за пределами прямой видимости. Рамочная антенна содержит рефлектор, вибратор и директоры, установленные на общей штанге диэлектрически изолированно друг от друга, где каждый из рамочных элементов содержит в плоскости его внутренних габаритов L-шунты, определяющие симметрирование и согласование, а рефлектор, вибратор и директоры выполнены в виде сгруппированных элементных пар, соединенных между собой, кроме того, рефлектор содержит в каждом рамочном элементе длинные линии, соединяющие синфазно средние точки L-шунтов с участками пучности тока, а рамочные элементы в вибраторе соединены последовательно, в рефлекторе и директорах - параллельно. 4 ил.

Рамочная антенна, содержащая рефлектор, вибратор и директоры, установленные соосно-последовательно на общей штанге диэлектрически изолированно друг от друга, рефлектор, вибратор и директоры выполнены в виде сгруппированных пар рамочных элементов, соединенных между собой, отличающаяся тем, что каждый из рамочных элементов содержит в плоскости его внутренних габаритов L-шунты, определяющие симметрирование и согласование, кроме того, рефлектор содержит длинные линии, соединяющие синфазно средние точки L-шунтов с участками пучности тока в каждом из рамочных элементов, при этом рамочные элементы вибратора соединены последовательно, а рамочные элементы рефлектора и директоров соединены параллельно.