КОРОТКОВОЛНОВАЯ ДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА ЗЕНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01Q11/06 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано преимущественно для мобильных центров радиосвязи.

Для радиосвязи в диапазоне коротких волн на расстоянии до 400 км используются пространственные волны его низкочастотного поддиапазона.

Траектория распространения радиолуча в этом случае (в зависимости от расстояния до точки приема) может находиться под углом 45-83° относительно горизонтали, соединяющей точки передачи и приема. В качестве приемопередающих антенн для таких радиолиний используются антенны зенитного излучения с вертикально ориентированной диаграммой направленности.

В KB диапазоне такими антеннами являются горизонтальные симметричные вибраторы различных модификаций ([1], стр.9, 10, 13-32).

Однако достаточно простые модификации такого типа антенн, обеспечивающие мобильность, имеют узкий диапазон рабочих частот, определяемый геометрической длиной полотна антенны ([1], стр.9-10, стр.21, 22, 23), а диапазонные антенны этого класса являются достаточно сложными сооружениями с громоздкими и габаритными элементами типа: набор обручей диаметром 2 метра с размещенными по их окружности восемью-девятью проводниками (антенный канатик) длиной 45-57 м и т.д., что резко усложняет их применение в мобильных вариантах радиоцентров и снижает прочностные характеристики антенны (ветроустойчивость).

Другим недостатком этого класса антенн является пониженный коэффициент направленного действия (КНД) для требуемых углов возвышения (угол наклона траектории распространения) излучаемого сигнала, т.к. половина излучаемой мощности, определяемая диаграммой направленности горизонтального вибратора, находится в секторах θ=(0-45)° и (135-180)° относительно поверхности земли. При высоте подвеса антенны, близкой к величине 0,5λ раб, излучение в зенит отсутствует ([2], стр.310, рис.9.69).

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является ромбическая горизонтальная антенна ([I], стр.40) содержащая четыре вертикальные опоры-мачты высотой h, размещенные в углах квадрата, к вершинам которых через изоляторы закреплено полотно антенны, изготовленное из антенного канатика ⊘4-6 мм, и в плане представляющее квадрат.

Однако эта антенна, обладая достаточной диапазонностью и имеющая высокие прочностные показатели, имеет очень низкий КНД в вертикальном направлении, что не позволяет ее использовать на трассах длиной до 400 км.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение КНД антенны в зенитном направлении при сохранении диапазонных свойств антенны и ее прочностных характеристик. Техническим результатом, полученным при осуществлении изобретения, является высокий КНД в вертикальном направлении и диапазонность антенны, в которой отсутствуют крупногабаритные элементы, что облегчает транспортировку, повышает ее механическую прочность (ветроустойчивость) и возможность быстрого развертывания (свертывания) в полевых условиях.

Решение задачи достигается тем, что в известной антенне согласно предмету изобретения основное полотно антенны крепится горизонтально относительно поверхности земли на высоте h за вершины четырех металлических вертикальных мачт (опор), размещенных по углам большого квадрата, при этом провода антенны, образующие стороны большого квадрата, рассечены пополам и соединены механически друг с другом в местах сечения через изоляторы; две точки крепления основного полотна антенны, расположенные на одной диагонали большого квадрата, крепятся механически к вершинам металлических вертикальных опор через первый и второй изоляторы крепления, расположенные на одной диагонали большого квадрата, а две другие точки крепления основного полотна антенны, расположенные на второй диагонали большого квадрата, являются первой и второй точками нулевого потенциала антенны и крепятся механически к вершинам двух других металлических вертикальных опор непосредственно, точки сечения основного полотна антенны, смежные попарно относительно первого и второго изоляторов крепления, соединены электрически друг с другом четырьмя дополнительными антенными полотнами, второе и третье из которых, содержащие как минимум по два провода, образуют стороны двух равнобедренных прямоугольных треугольников с вершинами при прямых углах, размещенными в геометрическом центре большого квадрата, образованного основным полотном антенны, причем вершины двух равнобедренных прямоугольных треугольников, являющиеся точками перегиба второго и третьего дополнительных антенных полотен, являются первой и второй точками питания антенны и образующих узел питания антенны; два других (первое и четвертое) дополнительных антенных полотна, являющихся основаниями двух равнобедренных прямоугольных треугольников, соединяют электрически точки сечения основного полотна антенны, смежные попарно относительно первого и второго изоляторов крепления; в диагоналях двух малых квадратов, образованных половинами основного полотна антенны, смежных попарно относительно первой и второй точек нулевого потенциала антенны, и вторым и третьим дополнительными полотнами антенны, являющимися бедрами двух равнобедренных прямоугольных треугольников, размещены два элемента настройки антенны, представляющие из себя два равных отрезка провода и соединенных с точками сечения основного полотна антенны через изоляторы; в плоскости, расположенной вертикально относительно земли и проходящей через диагональ большого квадрата, образованного основным полотном антенны, крайними точками которой являются первый и второй изоляторы крепления, размещен прямоугольный рефлектор, образованный двумя противоположно размещенными металлическими вертикальными опорами, соединенными электрически на высоте h/3 горизонтальным проводом (антенным канатиком); питание антенны осуществляется несимметричным коаксиальным кабелем, центральная жила и оплетка которого электрически соединены с первой и второй точками питания соответственно узла питания антенны, а кабель проложен вдоль отрезка третьего дополнительного полотна антенны, соединяющего его точку перегиба (вторую точку питания антенны) с одной из точек сечения основного полотна антенны, и далее вдоль половины стороны основного полотна антенны до точки нулевого потенциала антенны.

Сопоставительный анализ заявленного решения показывает, что предмет изобретения отличается тем, что стороны большого квадрата, образованного основным полотном антенны, рассечены пополам и в точках сечения соединены механически друг с другом изоляторами; две точки крепления основного полотна антенны, расположенные на одной диагонали большого квадрата, крепятся механически к вершинам двух металлических вертикальных опор (мачт) через первый и второй изоляторы крепления, а две другие точки крепления основного полотна антенны, расположенные на второй диагонали большого квадрата, являются точками нулевого потенциала антенны и крепятся механически к вершинам двух других металлических вертикальных опор непосредственно; точки сечения сторон основного полотна антенны, смежные попарно относительно первого и второго изоляторов крепления, соединены электрически друг с другом четырьмя дополнительными антенными полотнами, второе и третье из которых, содержащие как минимум по два провода, образуют стороны двух равнобедренных прямоугольных треугольников с вершинами при прямых углах, размещенными в геометрическом центре большого квадрата, образованного основным полотном антенны, причем вершины двух прямоугольных треугольников, являющиеся точками перегиба второго и третьего дополнительных антенных полотен, являются первой и второй точками питания антенны и образующих узел питания антенны; два других первое и четвертое дополнительные антенные полотна, являющиеся основаниями двух равнобедренных прямоугольных треугольников, соединяют электрически точки сечения основного полотна антенны, смежные попарно относительно первого и второго изоляторов крепления; в диагоналях двух малых квадратов, образованных половинами основного полотна, смежных попарно относительно первой и второй точек нулевого потенциала антенны, и вторым и третьим дополнительными полотнами, являющимися бедрами двух равнобедренных прямоугольных треугольников, размещены два элемента настройки антенны, представляющие из себя два равных отрезка провода и соединенных с точками сечения основного полотна антенны через изоляторы; в плоскости, расположенной вертикально относительно поверхности земли и проходящей через диагональ большого квадрата, образованного основным полотном антенны, крайними точками которой являются первый и второй изоляторы крепления, размещен прямоугольный рефлектор, образованный двумя противоположно размещенными металлическими вертикальными опорами, соединенными электрически на высоте h/3 горизонтальным проводом (антенным канатиком); питание антенны осуществляется несимметричным коаксиальным кабелем, центральная жила и оплетка которого электрически соединены с первой и второй точками питания соответственно узла питания антенны, а кабель проложен вдоль отрезка третьего дополнительного полотна антенны, соединяющего его точку перегиба (вторую точку питания антенны) с одной из точек сечения основного полотна антенны, и далее вдоль половины стороны основного полотна антенны до точки нулевого потенциала антенны.

На фиг.1 представлена схема коротковолновой диапазонной антенны (КВДА) зенитного излучения, на фиг.2 - устройство узла питания и схема прокладки кабеля питания антенны, на фиг.3 - вариант выполнения рефлектора антенны.

КВДА содержит четыре металлические вертикальные опоры - мачты 1 высотой h; основное полотно антенны, каждая из четырех сторон которого 2, 5, 8, 11 рассечены пополам, изоляторы 14, механически соединяющие половины сторон основного полотна антенны 3-4, 6-7, 9-10 и 12-13 сторон 2, 5, 8 и 11 соответственно основного полотна антенны в точках сечения; первый и второй изоляторы 15 крепления, соединяющие две точки крепления половин 4-6 сторон 2 и 5, а также половин 10-12 сторон 8 и 11 соответственно основного полотна антенны с вершинами двух металлических вертикальных опор 1, другие две точки крепления половин 3-13 сторон 2 и 11, а также половин 7-9 сторон 5 и 8 соответственно основного полотна антенны соединены с вершинами двух других металлических вертикальных опор 1 непосредственно; второе дополнительное полотно 16 и третье дополнительное полотно 17 антенны, соединяющее половины сторон 3-7 сторон 2 и 5, а также половины 9-13 сторон 8 и 11 соответственно основного полотна антенны в точках сечения, образующие стороны двух равнобедренных прямоугольных треугольников, основаниями которых являются первое дополнительное полотно 18 антенны и четвертое дополнительное полотно 19 антенны, напрямую соединяющие половины стороны 3-7 и 9-13 основного полотна антенны в точках сечения, при этом второе дополнительное полотно 16 антенны и третье дополнительное полотно 17 антенны в точках перегиба проходят через геометрический центр большого квадрата, образуя первую и вторую точки питания узла питания 20 антенны; элементы настройки 21 и 22, соединяющие точки сечения сторон 2-11 и 5-8 основного полотна антенны через изоляторы 23, рефлектор антенны 24.

Узел питания антенны 20 (фиг.2) состоит из изолирующей площадки 25, выполненной из армированного фторопласта или углепласта, к которой узлами 26 крепятся второе 16 и третье 17 дополнительные полотна антенны, к контактной площадке 27 узла питания 20, соединенной со вторым дополнительным полотном 16 антенны и образующей первую точку питания антенны, припаян центральный провод коаксиального кабеля 29, оплетка которого припаяна к контактной площадке 28 узла питания 20, являющейся второй точкой питания антенны; первая и вторая точки питания антенны соединяются со вторым дополнительным полотном 16 антенны и третьим дополнительным полотном 17 антенны гибкими перемычками 31 в узлах 26 крепления; крышка 32 защищает места пайки кабеля 29 к контактным площадкам 27 и 28.

Рефлектор 24 в простейшем случае представляет собой прямоугольную рамку, состоящую из металлических вертикальных опор 1 высотой h, соединенных электрически на высоте h/3 антенным канатиком, расположенным горизонтально земле.

Однако характеристики КВДА зенитного излучения в рассмотренном выше виде очень сильно зависят от электрофизических параметров грунта под антенной: диэлектрической проницаемости ε и проводимости σ.

На фиг.3 изображен рефлектор, в значительной степени ослабляющий влияние электрофизических параметров ε и σ грунта под антенной на параметры КВДА зенитного излучения. Полотна антенны (основное и дополнительные) на фиг.3 не показаны. Рефлектор 24 содержит расположенный горизонтально провод 33, замыкающий металлические вертикальные опоры - мачту 1 на высоте h/3 и расположенный на земле контур 34 ABCD) EF, выполненный, например, из оплетки, по конфигурации и размерам повторяющий проекцию на землю полотна антенны, состоящего из половин полотен 3, 7, 9 и 13 основного полотна антенны, а также первого 18 и четвертого 19 дополнительных полотен антенны, стороны ВС и EF контура 34 в точках G и Н соединены электрически проводниками 35 с заземленными концами двух металлических вертикальных опор 1.

Настройка КВДА зенитного излучения осуществляется изменением точек крепления вторых проводов второго дополнительного полотна 16 антенны и третьего дополнительного полотна 17 антенны к половинам полотен 3-7 и 9-13 основного полотна антенны соответственно и изменением длины элементов 21 и 22 настройки.

Максимальные габариты антенны определяются длиной диагонали большого квадрата, образованного основным полотном 2, 5, 8, 11 антенны и составляют (0,6-0,7)λ макс; высота подвеса h=(0,132-0,15)λ макс, где λмах - максимальная длина волны принимаемого/излучаемого сигнала.

Источники информации

1. Захаров В.П. и др. Характеристики антенн для радиосвязи. - Л.: Изд. ВКАС, 1968.

2. Мейнке X.и др. Радиотехнический справочник. - М-Л.: Госэнергоиздат, 1961.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в мобильных радиоцентрах коротковолновых систем связи. Технический результат заключается в повышении коэффициента направленного действия антенны в зенитном направлении. Сущность изобретения заключается в том, что полотно антенны крепится горизонтально за вершины четырех металлических мачт на высоте h, при этом провода антенны, образующие стороны квадрата, рассечены пополам и соединены механически друг с другом в местах сечения через изоляторы. Эти половины проводов попарно соединены друг с другом двумя дополнительными полотнами, содержащими как минимум два провода и проходящими через геометрический центр квадрата, в котором размещены точки питания антенны. В диагоналях двух малых квадратов, образованных половинами проводов и дополнительными полотнами, размещены два элемента настройки. В вертикальной плоскости, проходящей через точки нулевого потенциала, расположен прямоугольный рефлектор, вертикальные стороны которого высотой h/3 образуют мачты, а горизонтальные выполнены из антенного канатика. Этот рефлектор дополнен контуром, лежащим непосредственно на земле. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Коротковолновая диапазонная антенна зенитного излучения, содержащая четыре металлические вертикальные опоры высотой h, размещенные в углах квадрата, к вершинам которых горизонтально относительно поверхности земли крепится механически основное полотно антенны, образующее большой квадрат, отличающаяся тем, что каждый из четырех проводов основного полотна антенны, образующих большой квадрат, рассечены пополам и соединены механически в точках сечения друг с другом через изоляторы, две точки крепления основного полотна антенны, расположенные на одной диагонали большого квадрата, крепятся механически к вершинам двух металлических вертикальных опор через первый и второй изоляторы крепления, расположенные на одной диагонали большого квадрата, а две другие точки крепления основного полотна антенны, расположенные на другой диагонали большого квадрата, являются первой и второй точками нулевого потенциала антенны и крепятся механически к вершинам двух других металлических вертикальных опор непосредственно, точки сечения проводов основного полотна антенны, смежные попарно относительно первого и второго изоляторов крепления, соединены электрически друг с другом четырьмя дополнительными антенными полотнами, второе и третье из которых, содержащие как минимум по два провода, образуют стороны двух равнобедренных прямоугольных треугольников с вершинами при прямых углах, размещенными в геометрическом центре большого квадрата основного полотна антенны, причем вершины двух равнобедренных прямоугольных треугольников, являющиеся точками перегиба второго и третьего дополнительных антенных полотен, являются первой и второй точками питания антенны, образующими узел питания антенны, два других - первое и четвертое дополнительные антенные полотна, являющиеся основаниями двух равнобедренных прямоугольных треугольников, соединяют электрически точки сечения проводов основного полотна антенны непосредственно, два элемента настройки антенны соединены с точками сечения проводов основного полотна антенны через изоляторы и размещены в диагоналях двух малых квадратов, образованных половинами проводов основного полотна антенны, смежных попарно относительно первой и второй точек нулевого потенциала антенны, и вторым и третьим дополнительными антенными полотнами, являющимися сторонами двух равнобедренных прямоугольных треугольников, прямоугольный рефлектор антенны образован двумя противоположными металлическими вертикальными опорами и соединяющим их электрически на высоте h/3 горизонтальным относительно поверхности земли антенным канатиком, причем рефлектор размещается в плоскости, перпендикулярной поверхности земли и проходящей через первый и второй изоляторы крепления основного полотна антенны.2. Коротковолновая диапазонная антенна зенитного излучения по п.1, отличающаяся тем, что прямоугольный рефлектор антенны дополнен лежащим на поверхности земли контуром ABCDEF, указанным на фиг.3, выполненным из проводника, совпадающим с проекцией на поверхность земли внешнего контура полотна антенны, образованного половинами проводов основного полотна антенны, попарно расходящимися из точек нулевого потенциала и соединяющими их первым и четвертым дополнительными антенными полотнами, являющимися основаниями двух равнобедренных прямоугольных треугольников, причем середины сторон ВС и EF контура соединены электрически в точках G и Н проводниками с основаниями металлических вертикальных опор, соединенных на высоте h/3 антенным канатиком прямоугольного рефлектора.