МНОГОДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ Российский патент 2002 года по МПК H01Q11/04 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано преимущественно для мобильных коротковолновых приемопередающих радиостанций (радиоузлов).

Известна однопроводная антенна бегущей волны (АБВ), содержащая полотно антенны, представляющее собой провод длиной L≥(2÷3)λ_макс (λ_макс - максимальная длина волны диапазона рабочих частот антенны), размещаемый над землей (грунтом) на изолированных опорах, один конец которого подключен к выходу приемопередатчика, а второй - к активному сопротивлению нагрузки. При этом второй конец сопротивления нагрузки и корпус приемопередатчика соединены с помощью заземления с грунтом [1- прототип, с. 385-401]. Заземление антенны выполнено из 10-15 радиально расходящихся медных проводов, уложенных в грунт на глубину 20-30 см.

Однако известная антенна характеризуется низким КПД и значительным изменением характеристик диаграммы направленности (ДН) антенны при изменении диапазона рабочих частот в широких пределах [1, с. 390-396].

С целью стабилизации характеристик ДН АБВ при изменении диапазона рабочих частот в техническом решении, изложенном в описании изобретения [2], осуществляется объединение по выходу нескольких параллельно расположенных и смещенных по фронту прихода радиоволн относительно соседних на расстояние λ_макс/4 разновеликих линейных АБВ (λ_макс - максимальная длина волны диапазона рабочих частот).

Однако эта антенна характеризуется низким КПД и сложностью, что приводит к резкому увеличению времени развертывания/свертывания антенны, увеличению количества опорных конструкций и такелажа.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению (аналогом) является антенна бегущей волны [3, с.40-42], содержащая полотно антенны - длинный провод, размещенный над землей на изолированных опорах, один конец этого провода является точкой питания антенны и подключен к выходу приемопередатчика, а второй конец соединен с концевым сопротивлением нагрузки, при этом вторые выводы концевого сопротивления нагрузки и приемопередатчика заземлены согласно [1, с.400]. Полотно антенны (провод) рассечено на участки l₁, l₂,...l_N и в каждое сечение провода включен элемент Ф₁, Ф₂...Ф_N-1, содержащий фильтр верхних частот (ФВЧ), фильтр нижних частот (ФВЧ) и промежуточное сопротивление нагрузки, при этом ФНЧ включен в сечение полотна, входы ФНЧ и ФВЧ подключены к концам отрезков l₁, l₂,...l_N-1, выход ФВЧ соединен с одним выводом промежуточного сопротивления нагрузки, второй конец которого, как и общие (земляные) выводы ФНЧ и ФВЧ, заземлен согласно [1, с.400]. Эта АБВ также характеризуется низким КПД.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение КПД антенны.

Решение задачи достигается тем, что в известной антенне согласно предмету изобретения полотно антенны (длинный провод) размещено над грунтом на изолирующих опорах, один конец провода (полотна) антенны является первой точкой питания, а второй конец провода соединен с концевым сопротивлением нагрузки Rн^(N), полотно антенны (провод) рассечено на участки длиной l₁, l₂, . ..l_N, при этом частичная суммарная длина нескольких участков полотна антенны,

k= 1,2, . .., обеспечивает работу АБВ в i-м диапазоне длин волн в районе λ_cpi
,
где λ(i)в

,λ(i)н - - длина волн верхнего и нижнего значений i-го рабочего диапазона длин волн.

В точках сечения полотна антенны включены фильтрующие элементы Ф₁, Ф₂... Ф_N-1, каждый из которых помещен так же, как входной элемент (Ф_о) и концевое сопротивление нагрузки R_н ^(N) (Ф_N), в экранирующий корпус, при этом фильтрующие элементы содержат размещенные в изолированных секциях экранирующего корпуса соединенные своими входами ФНЧ и ФВЧ и эти входы являются входом фильтрующего элемента, подключенного к окончанию l_i-го (i=1,2...N-1) участка полотна антенны, а выход ФНЧ является выходом фильтрующего элемента и соединен с началом l_i+1-го участка полотна антенны, выход ФВЧ соединен через промежуточное сопротивление нагрузки R_н ⁽ⁱ⁾ так же, как и общие (земляные) выводы ФНЧ и ФВЧ, с точкой соединения экранирующего корпуса, вторая точка питания антенны и второй вывод концевого сопротивления нагрузки R_н ^(N) подключены к второй точке подключения и точке соединения экранирующих корпусов элементов Фо и Ф_N соответственно, все экранирующие корпуса элементов Ф_i(i=0,1,2... N) соединены в точках подключения, являющихся первыми точками подключения экранирующего корпуса элементов Ф_i с противовесами, которые изолированы от подстилающей поверхности (грунта) и представляют собой две группы проводников, расположенных перпендикулярно направлению расположения полотна антенны. При этом длина противовесов, подключенных к экранирующим кожухам элементов Ф_i(i= 1,2. . . N-1), должна быть равной λ(i)в

/4, где (λ(i)в - верхнее значение длины волны радиосигнала, принимаемого участком

полотна антенны, а длина противовесов, подключенных к элементам Фо и Ф_N, должна быть равна λ_макс/4, где λ_макс - максимальная длина волны принимаемого радиосигнала. Экранирующие корпуса элементов Ф₁. ..Ф_N-1 разделены на три магнитопроницаемых отсека, в которых размещены ФНЧ, ФВЧ и промежуточное сопротивление нагрузки R_н ⁽ⁱ⁾.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предмет изобретения отличается тем, что ФНЧ, ФВЧ и промежуточные сопротивления нагрузки элементов Ф_i (i=1,2,_N-1) помещены в отсеки экранирующего корпуса, общие выводы этих ФНЧ и ФВЧ соединены со вторым выводом промежуточного сопротивления нагрузки в точке соединения экранирующего корпуса, к которому в точках подключения электрически присоединены противовесы, состоящие из двух групп проводников, расположенных перпендикулярно направлению расположения полотна антенны и изолированных от грунта.

Техническим результатом, полученным при реализации изобретения, является увеличение КПД многодиапазонной антенны бегущей волны до 0,7.

На фиг. 1 представлена схема многодиапазонной антенны бегущей волны; на фиг. 2 - схема фильтрующего элемента Ф_i(i=1,2...N-1); на фиг.3 - амплитудно-частотные характеристики ФНЧ_i и ФВЧ_i, входящих в состав фильтрующих элементов Ф_i (i=1,2,...N-1).

Многодиапазонная АБВ (фиг. 1 ) содержит вход питания 1-1 антенны (две точки питания), полотно 2 антенны, размещенное над грунтом и состоящее из отрезков провода l₁, l₂,...l_N, к началу отрезка подключен входной элемент 3 Фо, вход которого соединен с одной из точек питания, фильтрующие элементы 4 Ф₁. ..Ф_N-1, включенные в разрыв полотна 2 антенны, нагрузочный элемент 5 Ф_N, содержащий, как и элементы Ф_i(i=0,1,2...N-1), экранирующий корпус 6, в экранирующий корпус помещено концевое сопротивление нагрузки 7 R_н ^(N), один вывод которого соединен с концом отрезка провода l_N полотна 2 антенны, а второй вывод концевого сопротивления нагрузки электрически подключен к корпусу 6 в точке соединения 8, противовесы 9, электрически соединенные с корпусами 6 элементов Ф_i (i=0,1,...N) в точках подключения 10, являющихся первыми точками подключения экранирующего корпуса 6 элементов Ф_i, противовесы 9 представляют собой две группы изолированных от грунта проводников, расположенных перпендикулярно направлению расположения полотна 2 антенны, вторую точку подключения 11 элемента Фо, обеспечивающую электрическое соединение второй точки питания антенны с экранирующим корпусом 6 элемента 3 Фо. Длина противовесов 9, подключенных к элементу Ф_i (i=1,2...N-1), составляет λ(i)в

/4(λ(i)в - верхнее значение длины волны радиосигнала, принимаемого участком

i= 1,2,...N, K=1,2...i), длина противовесов, подключенных к элементам Ф_o и Ф_N, составляет λ_макс/4 (λ_макс - максимальная длина волны принимаемого антенной радиосигнала).

Элементы 4 Ф_i i= 1,2, ...N-1, (фиг.2) содержат экранирующий корпус 6, точки соединения 8 и точки подключения 10 противовесов 9, корпус 6 разделен на три магнитоэкранированных отсека, в которых размещены ФНЧ12, вход и выход которого является входом и выходом элемента Ф_i соответственно, ФВЧ13, вход которого соединен со входом ФНЧ12, выход ФВЧ13 электрически подключен к одному выводу промежуточного сопротивления нагрузки 14 Rн⁽ⁱ⁾, второй вывод которого так же, как и общие выводы ФНЧ12 и ФВЧ13, подключен к экранирующему корпусу 6 в точке соединения 8.

Характеристики ФНЧ_i и ФВЧ_i (i= 1,2. ..N-1) выбраны таким образом, что граничные частоты (частоты среза) ФНЧ и ФВЧ i-го фильтрующего элемента совпадают и таким образом обеспечивают подключение соседнего (i+1)-го участка полотна антенны при приеме/передаче сигнала в диапазоне частот f _грi ÷F_грi+1(i= 0,1,2, ...N-1). Верхнее значение частоты f_макс первого диапазона (фиг. 3а) определяется максимальным значением диапазона рабочих частот, а нижнее значение частоты первого диапазона - частотой среза ФНЧ1 и ФНЧ2. Границы второго рабочего диапазона антенны размещаются между частотами среза ФНЧ1 (ФВЧ1) и ФНЧ2 (ФВЧ2) в соответствии с описанным выше подходом по выбору частоты f _срi.

Источники информации
1. Айзенберг Г. З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др. Коротковолновые антенны. - М.: Радио и связь, 1985, 536 с. - прототип.

2. Патент РФ 2074462, М.кл. Н 01 Q 11/00, 1997, БИ 6.

3. Кисмерешкин В.П., Будяк В.С., Демидов В.П. и др. Диапазонная однопроводная антенна бегущей волны//Радиотехника, 1996, 3, с.40-42.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано преимущественно для мобильных коротковолновых приемопередающих радиостанций (радиоузлов). Техническим результатом изобретения является повышение КПД антенны и повышение тем самым надежности связи. В многодиапазонной антенне бегущей волны полотно антенны (длинный провод) размещено над грунтом на изолирующих опорах, один конец провода (полотна) антенны является первой точкой питания, а второй конец провода соединен с концевым нагрузочным сопротивлением (R(N)н

), полотно антенны (провод) рассечено на участки длиной l₁, l₂...l_N, в точках сечения полотна антенны включены фильтрующие элементы Ф₁, Ф₂. ..Ф_N-1, каждый из которых помещен, также, как входной элемент Ф_о и концевое сопротивление R_н (N) (нагрузочный элемент Ф_N), в экранирующий корпус, при этом фильтрующие элементы содержат размещенные в магнитоизолированных секциях (отсеках) экранирующего корпуса соединенные своими входами ФНЧ и ФВЧ и эти входы являются входом фильтрующего элемента, подключенного к окончанию l_i-го (i=1,2...N-1) участка полотна антенны, а выход ФНЧ является выходом фильтрующего элемента и соединен с началом l_(i+1)-го участка полотна антенны, выход ФВЧ соединен через промежуточное сопротивление нагрузки R_н(i), так же, как и общие (земляные) выводы ФНЧ и ФВЧ, с точкой соединения экранирующего корпуса, все экранирующие корпуса элементов Ф_i (i=0, 1, 2...N) соединены в точках подключения с изолированными от грунта противовесами, которые представляют собой две группы проводников, расположенных перпендикулярно направлению размещения полотна антенны. 3 ил.

Многодиапазонная антенна бегущей волны, содержащая вход питания, одна точка которого является началом полотна антенны, располагаемого над землей и нагруженного на концевое сопротивление нагрузки, полотно антенны рассечено на отрезки l₁, l₂, . . . . l_N и в места сечения включены фильтрующие элементы Ф₁, Ф₂ . . . Ф_N-1, содержащие фильтр нижних частот (ФНЧ), вход которого соединен с входом фильтра верхних частот (ФВЧ) и является входом фильтрующего элемента, выход ФВЧ через промежуточное сопротивление нагрузки соединен с общими выводами ФНЧ и ФВЧ, выход ФНЧ является выходом фильтрующего элемента, отличающаяся тем, что введены экранирующие корпуса фильтрующих элементов, в магнитоэкранированных секциях которых размещаются ФНЧ, ФВЧ и промежуточные сопротивления нагрузки, общие выводы ФНЧ, ФВЧ и промежуточного сопротивления нагрузки подключены к точке соединения экранирующего корпуса, с двумя точками подключения которого соединены две группы противовесов, каждая из которых размещается перпендикулярно направлению расположения полотна антенны и изолирована от грунта, вход питания антенны и концевое сопротивление нагрузки также помещены в экранирующие корпуса с противовесами, изолированными от грунта, причем свободный вывод концевого сопротивления нагрузки подключен к точке соединения экранированного корпуса элемента Ф_N, точки подключения противовесов элемента Ф_о являются первыми точками подключения экранирующего корпуса этого элемента, вторая точка подключения экранирующего корпуса элемента Ф_о электрически соединена с второй точкой питания антенны.