СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ И КОМБИНИРОВАННАЯ МНОГОДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА Российский патент 2004 года по МПК H01Q5/00 H01Q21/30 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к передаче радиотелевизионных сигналов и к устройствам для приема радиотелевизионных сигналов, например комбинированным антеннам, и может быть использовано в радиосвязи, телевидении и других смежных областях, например, при приеме высокочастотных сигналов в метровом и дециметровом диапазонах волн.

Известен способ передачи высокочастотных сигналов (см. Пясецкий В.В. Справочник телезрителя в вопросах и ответах. - Минск: Изд-во "Беларусь", 1975, с.174-177), заключающийся в том, что сигнал от передающей антенны вещательной станции направляют на соединение одночастотных антенн для создания одной синфазной антенны с более высоким коэффициентом усиления. Наведенную в антенне ЭДС передают затем на симметрирующие и согласующие устройства, а затем к приемнику.

Недостатком известного способа является узкий частотный диапазон принимаемого сигнала. При этом расширение частотного диапазона возможно при значительном усложнении конструкции и стоимости устройства, реализующего известный способ, в частности приемной антенны.

Широко известны простейшие приемные телевизионные антенны и антенны для приема УКВ в виде симметричного полуволнового вибратора, например линейного разрезного или петлевого вибратора (см. Капчинский Л.М. Телевизионные антенны. - М.: Энергия, 1979, с.52-54). При этом вибратор представляет собой стержень или полую трубку различных диаметров. Например, для изготовления вибраторов метровых волн используют трубки диаметром от 8 до 30 мм, а дециметровых волн - от 4 до 16 мм. Петлевой вибратор является наиболее удобным в конструктивном отношении слабонаправленной антенной.

Недостатком известных вибраторов является узкая полоса принимаемых частот, в которых может быть использован вибратор, вследствие уменьшения отдаваемой мощности на частотах, отличных от резонансной в силу наличия реактивной составляющей входного сопротивления.

Для расширения рабочей полосы частот линейного полуволнового вибратора его изготавливают из трубки большего диаметра, при этом для исключения недостатков вибраторов из трубок большого диаметра, заключающихся в значительной массе вибратора, сложности его крепления и установки, вместо трубки большого диаметра применяют несколько тонких трубок, расположенных либо по образующим цилиндра большого диаметра (диполь Надененко), либо параллельно друг другу в одной плоскости, получая так называемые плоскостные вибраторы с большим эквивалентным диаметром (см. Капчинский Л.М. Телевизионные антенны. - М.: Энергия, 1979, с.62-63). При этом плоский вибратор для обеспечения высокого коэффициента бегущей волны подключают в кабели через специальное согласующее устройство.

Однако необходимость использования специальных согласующих устройств в месте подключения кабеля, вследствие резкого перехода от кабеля снижения к вибратору большого сечения, приводит к усложнению конструкции приемной антенны. Кроме того, подобные вибраторы работают либо в полосе метровых волн, либо в полосе дециметровых волн.

Известны рамочные антенны, отличающиеся простотой изготовления и высокой избирательностью (см. Пясецкий В.В. Справочник телезрителя в вопросах и ответах. - Минск: Изд-во "Беларусь", 1975, с.227-230). Однако для приема слабых сигналов в дециметровом диапазоне подобные антенны обладают малым коэффициентом усиления. Вследствие этого используют синфазные антенны - антенны, состоящие из нескольких рамочных антенн.

Однако подобные конструкции характеризуются большой массой и габаритами, вследствие чего затруднено их крепление на несущую опору, а также диапазон приема сигналов подобных антенн лежит либо в диапазоне метровых волн, либо дециметровых.

Известна антенна комбинированная всеволновая (см. патент РФ на изобретение №2173011, МПК 7 Н 01 Q 21/30, опубл. 27.08.2001 г.), состоящая из веерного вибратора и сдвоенного петлевого вибратора Пистолькорса, согласованного с общей нагрузкой. При этом сдвоенный петлевой вибратор Пистолькорса снабжен электрическими разрывами и сопрягающими электрическими устройствами, входы которых подключены к парным ветвям веерного вибратора и выходы - в электрические разрывы сдвоенного петлевого вибратора Пистолькорса соответственно. Принцип работы известной антенны состоит в следующем: ветви веерного вибратора, подключенные через входы сопрягающего электрического устройства непосредственно в электрические разрывы сдвоенного петлевого вибратора Пистолькорса и настроенные на метровую часть телевизионного диапазона, принимают и пересылают свою энергию через структуры высокочастотной дециметровой части антенны непосредственно на общую нагрузку. При этом структуры дециметровой части также осуществляют нормальное функционирование.

Однако известная антенна также обладает малым коэффициентом усиления сигналов дециметрового диапазона, что, вследствие малой мощности таких сигналов, приводит к их неуверенному приему и, возможно, к затуханию.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является известный способ передачи высокочастотных сигналов (см. Капчинский Л.М. Телевизионные антенны. - М.: Энергия, 1979, с.98-99), заключающийся в том, что сигнал от передающей антенны вещательной станции направляют одновременно на вибратор низкочастотной антенны в границах заданного частотного диапазона и на вибратор высокочастотной антенны, в пределах этого же частотного диапазона, передают наведенную в вибраторе низкочастотной антенны ЭДС на вход фильтра нижних частот, а наведенную в вибраторе высокочастотной антенны ЭДС направляют на вход фильтра сложения верхних частот и далее к приемнику.

Однако при соединении более двух разночастотных антенн усложняется фильтр сложения и увеличиваются потери мощности сигнала при прохождении его через фильтр сложения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению по совокупности признаков также является известная многодиапазонная петлевая зигзагообразная антенна (см. патент РФ на изобретение №2170478, МПК 7 Н 01 Q 05/00, опубл. 10.07.2001 г.), содержащая петлевой зигзагообразный излучатель, линии связи и фазировки, фидер запитки и рефлектор, один или несколько геометрически меньших петлевых зигзагообразных излучателей более высокочастотных диапазонов, геометрические размеры которых соотносятся между собой пропорционально длинам волн диапазонов, причем электрически излучатели различных диапазонов соединены между собой последовательно через линии связи и фазировки, или параллельно через частотно-селектирующие фильтры или параллельно-последовательно и запитаны от фидера запитки, а плоскости расположения петлевых зигзагообразных излучателей отдельных диапазонов длин волн отстоят от полотна рефлектора на расстоянии 0,1...0,15 максимальной длины волны соответствующего диапазона длин волн.

Недостатком известной антенны является сложность конструкции, заключающаяся в необходимости применения нескольких петлевых вибраторов (излучателей) высокочастотного диапазона для усиления сигналов дециметровых волн в силу того, что коэффициент усиления подобных антенн может быть недостаточным для уверенного приема сигналов малой мощности. Таким образом, при обеспечении определенной широкополосности антенны значительно затруднена возможность увеличения ее коэффициента усиления, что может не обеспечить уверенный прием сигнала.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая группа изобретений, является упрощение известного способа передачи высокочастотных сигналов от передающей станции до конечного потребителя в границах заданного частотного диапазона и обеспечение достаточной выходной мощности принимаемого сигнала, а также упрощение конструкции устройства для его реализации.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является снижение потерь мощности принимаемого высокочастотного сигнала при прохождении его от передающей станции до конечного потребителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе передачи высокочастотных сигналов, заключающемся в том, что сигнал от передающей антенны вещательной станции направляют одновременно на вибратор низкочастотной антенны в границах заданного частотного диапазона и на вибратор, по крайней мере, одной высокочастотной антенны в пределах этого же частотного диапазона, согласно изобретению передают наведенную в вибраторе низкочастотной антенны ЭДС к приемнику, а наведенную в вибраторе высокочастотной антенны ЭДС направляют на, по крайней мере, один связанный с ней и электрически изолированный от низкочастотной антенны излучатель, возбуждающийся в частотном спектре высокочастотной антенны, размещая излучатель относительно низкочастотной антенны таким образом, что электромагнитное излучение, возбужденное излучателем под воздействием тока высокой частоты, возникшего в вибраторе высокочастотной антенны, полностью поглощается вибратором низкочастотной антенны с образованием на его поверхности тока высокой частоты, который совместно с наведенной в вибраторе низкочастотной антенны ЭДС, направляют к приемнику.

Указанный технический результат достигается также тем, что в известную антенну комбинированную многодиапазонную, содержащую вибратор низкой частоты, по крайней мере, один геометрически меньший вибратор высокочастотного диапазона, геометрические размеры которого соотносятся пропорционально длине волны диапазона, согласно изобретению дополнительно введен, по крайней мере, один излучатель электромагнитной энергии, выполненный в виде линейного полуволнового вибратора, соединенный с вибратором высокочастотного диапазона, электрически изолированный от вибратора низкой частоты и размещенный в полости, выполненной в вибраторе низкой частоты таким образом, что электромагнитное излучение, возбужденное излучателем под воздействием тока высокой частоты, возникшего в вибраторе высокочастотного диапазона, полностью поглощается вибратором низкой частоты с образованием на его поверхности ЭДС с частотой, соответствующей частоте вибратора высокочастотного диапазона. При этом вибратор низкой частоты выполнен из трубчатого материала.

Передача сигнала от высокочастотной антенны через связанный с ней излучатель и размещение последнего в полости низкочастотного вибратора, согласно предложенному способу, позволяют снизить потери мощности принимаемого сигнала. В случае изначально недостаточной мощности высокочастотного сигнала возможно применение нескольких пар, соединенных между собой элементов: высокочастотная антенна - излучатель. При этом электромагнитное излучение от каждого излучателя поглощается вибратором низкочастотной антенны и суммируется, позволяя достичь необходимой мощности сигнала на входе приемников конечных потребителей без использования фильтров сложения.

Устройство, реализующее данный способ, может представлять собой комбинированную многодиапазонную антенну, состоящую из одной или нескольких пар высокочастотный вибратор - излучатель и коллекторного низкочастотного вибратора конструкции, позволяющей разместить в его полости указанные излучатели.

Введение в конструкцию антенны излучателей, электрически изолированных от вибратора низкой частоты и соединенных с соответствующими вибраторами антенн высокочастотного диапазона, приводит к следующему эффекту. Каждый излучатель в результате воздействия ЭДС, приложенной к нему от вибратора антенны высокочастотного диапазона, возбуждает в окружающем себя пространстве электромагнитное поле с частотой, соответствующей частоте приложенной к нему ЭДС, которое поглотится стенками полости, выполненной в вибраторе низкой частоты, с последующим выделением на его поверхности тока аналогичной высокой частоты без потери мощности. При этом в конструкции антенны не используются различные дорогостоящие фильтры сложения, что позволяет упростить ее конструкцию и снизить стоимость.

В настоящей заявке на выдачу патента на изобретение соблюдено требование единства изобретения, поскольку способ и устройство (комбинированная многодиапазонная антенна) предназначены для передачи высокочастотных сигналов. При этом заявленные изобретения решают одну и ту же задачу за счет достижения одного и того же технического результата при осуществлении изобретений.

Предлагаемые способ передачи высокочастотных сигналов и комбинированная многодиапазонная антенна иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 показан пример выполнения устройства, реализующего предложенный способ передачи высокочастотных сигналов - комбинированной многодиапазонной антенны с одним линейным полуволновым вибратором, размещенным в полости вибратора низкой частоты, общий вид с частичным разрезом; на фиг.2 показан пример выполнения комбинированной многодиапазонной антенны с двумя линейными полуволновыми вибраторами, размещенными в трубчатом вибраторе низкой частоты, общий вид с частичным разрезом; на фиг.3 показан пример выполнения комбинированной многодиапазонной антенны с вибратором низкой частоты, выполненным в виде пластины, и одним линейным полуволновым вибратором, общий вид; на фиг.4 показано сечение А-А на фиг.3, в увеличенном масштабе.

Позиции на чертежах обозначают следующее: 1 - активный вибратор низкой частоты; 2 - активные вибраторы высокочастотного диапазона; 3 - линейные полуволновые вибраторы - излучатели электромагнитной энергии; 4 - изоляция линейного полуволнового вибратора 3; 5 - металлические пластины для крепления линейного полуволнового вибратора 3.

Комбинированная многодиапазонная антенна, реализующая предложенный способ передачи высокочастотных сигналов, содержит активный вибратор 1 низкой частоты, например рамочный вибратор, и, по крайней мере, один геометрически меньший активный вибратор 2 высокочастотного диапазона, например рамочный вибратор. При этом геометрические размеры вибратора 2 высокочастотного диапазона соотносятся пропорционально длине волны принимаемого сигнала (фиг.1-3).

Антенна может содержать активный вибратор 1 низкой частоты, например, рамочный вибратор, выполненный, либо из металлического стержня (фиг.1), либо из трубчатого материала (фиг.2), например алюминиевой трубки, либо из металлической пластины (фиг.3) и один (фиг.1 и 3) или несколько, например два (фиг.2), вибратора 2 высокой частоты, один из которых является приемником высокочастотного сигнала одной частоты, а другой принимает высокочастотный сигнал иной частоты.

В конструкцию антенны введен, по крайней мере, один излучатель электромагнитной энергии, например, линейный полуволновый вибратор 3, соединенный с вибратором 2 высокочастотного диапазона, электрически изолированный при помощи изоляции 4, выполненной, например, в виде полихлорвиниловой трубки, от вибратора 1 низкой частоты и размещенный относительно последнего таким образом, что электромагнитное излучение, возбужденное излучателем - линейным полуволновым вибратором 3 под воздействием тока высокой частоты, возникшего в вибраторе 2 высокочастотного диапазона, полностью поглощается вибратором 1 низкой частоты с образованием на его поверхности ЭДС с частотой вибратора высокочастотного диапазона (фиг.1-3).

В конструкцию антенны может быть введен один линейный полуволновый вибратор 3 (фиг.1 и 3), который либо размещен в специально выполненной полости в вибраторе 1 низкой частоты (фиг.1), либо прикреплен при помощи скоб 5 снаружи вибратора 1 низкой частоты, выполненного в виде металлической пластины (фиг.3). В конструкцию антенны могут быть введены несколько, например два (фиг.2), линейных полуволновых вибратора 3, которые размещены внутри трубчатого вибратора 1 низкой частоты и изолированы друг от друга при помощи изоляции 4, выполненной, например, в виде полихлорвиниловой трубки. При этом каждый линейный полуволновый вибратор 3 соединен с соответствующим активным вибратором 2 высокочастотного диапазона.

Способ передачи высокочастотных сигналов осуществляют следующим образом.

С передающей станции сигналы улавливаются вибратором 1 низкочастотной антенны и одним или несколькими высокочастотными антеннами, а именно вибраторами 2. После приема с вибратора 2 высокочастотного диапазона сигнал передается на, по крайней мере, один связанный с ним излучатель, например, линейный полуволновый вибратор 3, который выделяет полученную энергию путем создания электромагнитного излучения с частотным спектром, соответствующим спектру сигнала, принимаемого вибратором 2 высокочастотного диапазона. При этом излучатель электрически изолирован от низкочастотной антенны. В замкнутом пространстве, образованном либо полостью вибратора 1 низкочастотной антенны, либо ограниченном плоским вибратором 1 низкой частоты и элементом крепления линейного полуволнового вибратора 3, например металлической накладкой 5, образуется электромагнитное поле, поглощаемое внутренней поверхностью элемента низкочастотной антенны, ограничивающим эту полость, с возникновением тока высокой частоты и выделением его на поверхности вибратора 1 низкочастотной антенны. При этом мощности сигналов излучателей (одночастотных линейных полуволновых вибраторов 3) математически суммируются, а сигналы, принятые от разночастотных вибраторов высокочастотного диапазона, расширяя общий частотный диапазон, не оказывают влияния на собственную работу вибратора 1 низкочастотной антенны. После чего сигналы низкой и высокой частоты передаются на общий фидер, подключенный к низкочастотному вибратору, т.е. к самой комбинированной антенне.

Целесообразно применение нескольких вибраторов 2 высокочастотного диапазона, настроенных на прием высокочастотных сигналов различной частоты. В этом случае, например, в полости вибратора 1 низкочастотной антенны размещаются различные по длине излучатели, например линейные полуволновые вибраторы 3 соответственных размеров, соединенных с вибраторами 2 высокочастотного диапазона. В этом случае каждый из линейных полуволновых вибраторов 3 будет излучать сигнал лишь одной частоты, соответствующей частоте сигнала связанного с ними вибратора 2 высокочастотного диапазона. Все сигналы, исходящие от вибраторов 2 высокочастотного диапазона, в конечном итоге выделятся на поверхности коллекторного вибратора 1 низкой частоты, не смешиваясь с сигналами других вибраторов 2 высокочастотного диапазона и вибратора 1 низкой частоты. При этом изменением количества одночастотных и разночастотных вибраторов 2 высокочастотного диапазона, вместе с количеством соответствующих им внутриполостных линейных полуволновых вибраторов-излучателей, можно получить как требуемую ширину диапазона, так и необходимую мощность сигнала на отдельных его участках.

Таким образом, в предлагаемых способе передачи высокочастотных сигналов и устройстве для его реализации - комбинированной многодиапазонной антенне, при приеме и передаче на общий фидер сигналов низкой и высокой частот не используются фильтры сложения. Это значительно упрощает известный способ и конструкцию известной комбинированной антенны. При этом возможно принятие высокочастотных сигналов без снижения их мощности, что обеспечивает их уверенный прием конечными приемниками потребителя.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к передаче радиотелевизионных сигналов и к устройствам для приема радиотелевизионных сигналов, например комбинированным антеннам, и может быть использовано в радиосвязи, телевидении и других смежных областях, например, при приеме высокочастотных сигналов в метровом и дециметровом диапазонах волн. Техническим результатом является упрощение способа передачи высокочастотных сигналов от передающей станции до конечного потребителя в границах заданного частотного диапазона и обеспечение достаточной выходной мощности принимаемого сигнала, упрощение конструкции устройства для его реализации, снижение потерь мощности принимаемого высокочастотного сигнала при прохождении его от передающей станции до конечного потребителя. Способ передачи высокочастотных сигналов заключается в том, что сигнал от передающей антенны вещательной станции направляют одновременно на вибратор низкочастотной антенны и на вибратор, по крайней мере, одной высокочастотной антенны, при этом передают наведенную в вибраторе низкочастотной антенны ЭДС к приемнику, а наведенную в вибраторе высокочастотной антенны ЭДС направляют на, по крайней мере, один излучатель, размещая излучатель относительно низкочастотной антенны таким образом, что электромагнитное излучение, возбужденное излучателем под воздействием тока высокой частоты, возникшего в вибраторе высокочастотной антенны, полностью поглощается вибратором низкочастотной антенны с образованием на его поверхности тока высокой частоты, который совместно с наведенной в вибраторе низкочастотной антенны ЭДС направляют к приемнику. Антенна комбинированная многодиапазонная содержит вибратор низкой частоты, по крайней мере, один геометрически меньший вибратор высокочастотного диапазона, а также, по крайней мере, один излучатель электромагнитной энергии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ передачи высокочастотных сигналов, заключающийся в том, что сигнал от передающей антенны вещательной станции направляют одновременно на вибратор низкочастотной антенны в границах заданного частотного диапазона, и на вибратор, по крайней мере, одной высокочастотной антенны в пределах этого же частотного диапазона отличающийся тем, что передают наведенную в вибраторе низкочастотной антенны ЭДС к приемнику, а наведенную в вибраторе высокочастотной антенны ЭДС направляют на, по крайней мере, один связанный с ней и электрически изолированный от низкочастотной антенны излучатель, возбуждающийся в частотном спектре высокочастотной антенны, размещая излучатель относительно низкочастотной антенны таким образом, что электромагнитное излучение, возбужденное излучателем под воздействием тока высокой частоты, возникшего в вибраторе высокочастотной антенны, полностью поглощается вибратором низкочастотной антенны с образованием на его поверхности тока высокой частоты, который совместно с наведенной в вибраторе низкочастотной антенны ЭДС, направляют к приемнику.2. Антенна комбинированная многодиапазонная, содержащая вибратор низкой частоты, по крайней мере, один геометрически меньший вибратор высокочастотного диапазона, геометрические размеры которого соотносятся пропорционально длине волны диапазона, отличающаяся тем, что дополнительно введен, по крайней мере, один излучатель электромагнитной энергии, выполненный в виде линейного полуволнового вибратора, соединенный с вибратором высокочастотного диапазона, электрически изолированный от вибратора низкой частоты и размещенный в полости, выполненной в вибраторе низкой частоты таким образом, что электромагнитное излучение, возбужденное излучателем под воздействием тока высокой частоты, возникшего в вибраторе высокочастотного диапазона, полностью поглощается вибратором низкой частоты с образованием на его поверхности ЭДС с частотой, соответствующей частоте вибратора высокочастотного диапазона.3. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что вибратор низкой частоты выполнен из трубчатого материала.