СЕКТОРНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2003 года по МПК H01Q21/29 

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено, в частности для использования в качестве передающей антенны для телевизионного вещания.

Для телевизионного вещания обычно требуются антенны, всенаправленные в горизонтальной плоскости. В качестве всенаправленных антенн при установке на верху опоры используются турникетные антенны [1]. При размещении по периметру фермы антенной опоры квадратного сечения используются решетки из панельных антенн. Панель представляет собой слабонаправленную антенну, состоящую из плоского рефлектора и одного или более симметричных вибраторов. Панели укреплены на гранях опоры так, что рефлектор находится в плоскости грани. Для компенсации отражений соседние панели в каждом этаже питаются со сдвигом фаз 90^o. Для улучшения равномерности диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, нарушенной упомянутым сдвигом фаз, каждая из панелей смещена вдоль грани опоры относительно середины грани [2, 3].

Однако достаточно часто требуется не всенаправленная диаграмма направленности, а секторная. Это бывает, когда зона обслуживания находится по одну сторону от телевизионной станции, например, когда телевизионная станция расположена вне города, который она должна обслуживать.

Известна секторная антенная решетка, содержащая по две панели в каждом этаже, расположенные на смежных сторонах опоры прямоугольного сечения, в которой упомянутые панели выполнены из симметричных вибраторов с плоскими рефлекторами, по одному рефлектору на каждую панель, питание панелей осуществлено с фазовым сдвигом 90^o между панелями этажа, а установка панелей на опоре выполнена с тангенциальным сдвигом [4] (прототип). В известном устройстве при использовании унифицированных панелей ширина сектора диаграммы направленности не может быть сделана произвольной. Однако, в зависимости от места расположения телевизионной станции и конфигурации обслуживаемой площади, требуются диаграммы направленности различной ширины.

Предлагаемым изобретением решается задача получения секторной диаграммы направленности требуемой ширины при использовании унифицированных панелей.

Для достижения этого технического результата в известной секторной антенной решетке, содержащей по две панели в каждом этаже, расположенные на смежных сторонах опоры прямоугольного сечения, в которой упомянутые панели выполнены из симметричных вибраторов с плоскими рефлекторами, по одному рефлектору на каждую панель, питание панелей осуществлено с фазовым сдвигом 90^o между панелями этажа, а установка панелей на опоре выполнена с тангенциальным сдвигом, для решения упомянутой задачи панели выполнены с возможностью установки под углами к сторонам опоры, а величина упомянутого тангенциального сдвига определяется формулой

где h₂ - расстояние вдоль второй грани от ребра до проекции центра рефлектора второй панели на вторую грань;
h₁ - расстояние вдоль первой грани от ребра до проекции центра рефлектора первой панели на первую грань;
δ₁ - угол между первой панелью и первой гранью;
δ₂ - угол между второй панелью и второй гранью;
b - ширина рефлектора панели (в плане);
λ_o - длина волны на средней частоте диапазона секторной антенной решетки.

Расположение панелей под углами к сторонам опоры обеспечивает требуемую ширину диаграммы направленности, а выбор величины h₂ в соответствии с приведенной формулой обеспечивает, при наличии упомянутых углов наклона панелей и сдвига фаз в питании панелей, отсутствие интерференционного провала в диаграмме направленности.

На фиг. 1 изображен схематически этаж предлагаемой секторной антенной решетки, вид сверху.

На фиг.2 приведен чертеж, представляющий геометрические соотношения для получения приведенной выше формулы.

На фиг.3 приведены диаграммы направленности в горизонтальной плоскости: сплошная кривая - предлагаемой секторной антенной решетки с требуемой шириной сектора 180^o, штриховая - панели предлагаемой антенной решетки, пунктирная - этажа прототипа, в котором использованы такие же панели, как у предлагаемой секторной антенной решетки.

На фиг. 4 приведена диаграмма направленности в горизонтальной плоскости предлагаемой секторной антенной решетки, у которой требуемая ширина сектора 70^o (сплошная линия). Там же приведена диаграмма направленности панели (штриховая линия); она такая же, как на фиг.3.

Секторная антенная решетка (фиг.1) содержит по две панели 1 и 2 в каждом этаже. Панели расположены на смежных сторонах опоры 3 прямоугольного сечения. Панели выполнены из симметричных вибраторов 4 и содержат, кроме вибраторов, плоские рефлекторы 5, по одному рефлектору на каждую панель. Панели 1, 2 выполнены с возможностью их установки под углами δ₁ и δ₂ к сторонам опоры 3. Питание панелей 1, 2 осуществлено с фазовым сдвигом 90^o (питание панели 2 опережает). Установка панелей 1, 2 на опоре выполнена с тангенциальными сдвигами h₁, h₂, соотношение между которыми определяется формулой

где h₂ - расстояние вдоль второй грани 7 от ребра до проекции центра рефлектора второй панели на вторую грань;
h₁ - расстояние вдоль первой грани 6 от ребра до проекции центра рефлектора первой панели на первую грань;
δ₁ - угол между первой панелью и первой гранью;
δ₂ - угол между второй панелью и второй гранью;
b - ширина рефлектора панели (в плане);
λ₀ - длина волны на средней частоте диапазона секторной антенной решетки.

Панели на других этажах решетки установлены аналогично, т.е. расположение панелей на нижних этажах точно соответствует их расположению на верхнем этаже. Питание между панелями каждого этажа сдвинуто по фазе на 90^o, что достигнуто выполнением разности электрических длин фидеров, равной четверти длины волны на средней частоте диапазона антенны, или путем использования направленного ответвителя, если требуется широкая полоса частот.

Секторная антенная решетка работает следующим образом. При питании этажа решетки сигналами с равной амплитудой и со сдвигом фаз между панелями 1, 2, равным 90^o, отраженные сигналы от панелей этажа компенсируются, благодаря чему улучшается согласование в фидере передатчика, так что повторы в телевизионном изображении, обусловленные переотражениями, ослабляются и становятся незаметными.

На фиг.2 видно, что величина тангенциального сдвига h₂, выбранная в соответствии с вышеприведенным соотношением, обеспечивает синфазность сигналов панелей 1, 2, излученных в направлении VW. Это направление равноудалено от направлений максимумов излучений (показаны жирными стрелками) панелей 1, 2 решетки. В направлении VW поля от обоих элементов равны и их интерференция наиболее опасна; синфазность полей предотвращает появление глубоких интерференционных провалов.

При проектировании секторной антенной решетки задаются величиной h₁=-b/2 и величиной углов δ₁ и δ₂, рассчитывают по приведенной выше формуле h₂, после чего по координатам панелей и их ориентации рассчитывают диаграмму направленности секторной антенной решетки. Изменяя значения углов, путем повторных расчетов добиваются нужной ширины и ориентации диаграммы направленности. В процессе расчета может быть уточнена величина h₁, что может оказаться целесообразным при большом δ₁. При наличии программ для расчета h₂, для расчета и отображения на экране дисплея диаграмм направленности процесс получения требуемой диаграммы направленности секторной антенной решетки занимает несколько минут.

На фиг.3 сплошной кривой изображена диаграмма направленности в горизонтальной плоскости предлагаемой секторной антенной решетки. Требуемая ширина диаграммы направленности 180^o с ориентацией в направлении диагонали опоры квадратного сечения (на фиг.3 ±90^o) получена при δ₁ = 11^°, δ₂ = 5^°, h₂ = 0,5334λ₀. На фиг.3 штриховая кривая - диаграмма направленности панели предлагаемой антенной решетки, пунктирная - этажа прототипа (δ₁ = δ₂ = 0), в котором использованы такие же панели, как у предлагаемой секторной антенной решетки.

На фиг. 4 приведена диаграмма направленности в горизонтальной плоскости предлагаемой секторной антенной решетки, у которой требуемая ширина сектора 70^o (сплошная линия, δ₁ = -34^°, δ₂ = -30^°, h₂ = 0,6404λ₀). Там же приведена диаграмма направленности панели (штриховая линия); она такая же, как на фиг. 3.

Приведенные данные демонстрируют возможность получения с применением данного изобретения секторных диаграмм направленности с сильно различающейся шириной при использовании одинаковых панелей и при питании панелей с фазовым сдвигом 90^o, обеспечивающим компенсацию отражений.

Источники информации
1. Патент США 5497166, кл. Н 01 Q 21/20 (нац. кл. 343/795), опубл. 05.03.1996.

2. Патент США 3329959 (нац. кл. 343-796), опубл. 04.07.1967.

3. Патент США 5654722, кл. Н 01 Q 21/29 (нац. кл. 343/795), опубл. 05.08.1997.

4. Патент США 3475758, кл. Н 01 Q 9/28 (нац. кл. 343-795), опубл. 28.10.1969.

Использование: в радиотехнике, в частности для телевизионного вещания. Сущность изобретения: в секторной антенной решетке, содержащей по две панели в каждом этаже, расположенные на смежных сторонах опоры прямоугольного сечения, в которой упомянутые панели выполнены из симметричных вибраторов с плоскими рефлекторами по одному рефлектору на каждую панель, питание панелей осуществлено с фазовым сдвигом 90^o между панелями экипажа, а установка панелей на опоре выполнена с тангенциальным сдвигом. Техническим результатом является получение секторной диаграммы направленности требуемой ширины при использовании унифицированных панелей, для чего панели выполнены с возможностью установки под углами к сторонам опоры, а величина упомянутого тангенциального сдвига определяется математической формулой. 4 ил.

Секторная антенная решетка, содержащая по две панели в каждом этаже, расположенные на смежных сторонах опоры прямоугольного сечения, в которой упомянутые панели выполнены из симметричных вибраторов с плоскими рефлекторами, по одному рефлектору на каждую панель, питание панелей осуществлено с фазовым сдвигом 90^o между панелями этажа, а установка панелей на опоре выполнена с тангенциальным сдвигом, отличающаяся тем, что панели выполнены с возможностью установки под углами к сторонам опоры, а величина упомянутого тангенциального сдвига определяется формулой

где h₂ - расстояние вдоль второй грани от ребра до проекции центра рефлектора второй панели на вторую грань;
h₁ - расстояние вдоль первой грани от ребра до проекции центра рефлектора первой панели на первую грань;
δ₁ - угол между первой панелью и первой гранью;
δ₂ - угол между второй панелью и второй гранью;
b - ширина рефлектора панели (в плане);
λ_o - длина волны на средней частоте диапазона секторной антенной решетки.