ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК H01Q9/34 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и предназначено преимущественно для мобильных (передвижных) приемопередающих радиоузлов декаметрового диапазона частот.

Известны антенны для мобильных приемопередающих радиоузлов, обеспечивающие достаточно высокие технологические (быстрое развертывание-свертывание антенны) и прочностные (ветроустойчивость, количество циклов развертывания/свертывания до списания и т.д.) характеристики: "штырь 10 м" ([1], с.79), "Z-образная" ([1], с.86, 87), "наклонный луч" ([1], с.85).

Однако эти антенны с точки зрения электрических параметров характеризуются:

- очень узким диапазоном частот Δf, в котором антенна сохраняет свои параметры постоянными: Δf=(0,005÷0,01)f_р, где f_р - рабочая частота;

- низким значением коэффициента усиления (КУ) в диапазоне рабочих частот (вдоль земли, в том числе), КУ=(0,03÷0,05) [1];

- значительным диапазоном изменения активной и реактивной составляющих входного сопротивления:

- для антенны "штырь 10 м" R_a=(2,0-1000) Ом, X_а=(минус 2000 ÷ плюс 200) Ом;

- для "Z-образных" антенн R_а=(10-90) Ом, Х_a=(минус 1200 ÷ минус 50) Ом;

- для антенны "наклонный луч" R_а=(30-3000) Ом, Х_a=(плюс 1400 ÷ минус 2400) Ом,

что приводит к необходимости применять дорогие и сложные антенно-согласующие устройства, в которых точное измерение характеристик и согласование антенны обеспечивается при значительном увеличении времени настройки [2].

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является стационарная антенна штыревая [3], содержащая бетонированное основание, соединенное механически с цельнометаллической (стальной или дюралюминиевой) решетчатой мачтой высотой h через изолятор опорный, мачта удерживается в вертикальном положении системой оттяжек, выполненных из секционированного изоляторами стального троса, на высоте h/3 от поверхности земли на мачте закреплены N радиально расходящихся от мачты изолирующих штанг, к концам которых, являющихся точками перегиба, прикреплены N рабочих полотен антенны, выполненных из антенного канатика диаметром (4-6) мм и размещенных вдоль образующих двух сопряженных своими основаниями разновысотных прямых конусов, верхние и нижние концы N рабочих полотен механически соединены через изоляторы с вершиной и основанием цельнометаллической мачты антенны соответственно, при этом верхние и нижние концы N рабочих полотен антенны электрически объединены верхним и нижним собирательными кольцами соответственно, нижнее собирательное кольцо является первой точкой питания антенны, а второй точкой питания антенны являются противовесы, радиально расходящиеся от антенны ([4], с.306, рис.9-56).

Однако и эта антенна, наряду с тем, что она не мобильна, характеризуется наличием внутри рабочей зоны, образованной N рабочими полотнами антенны, массивной цельнометаллической мачты высотой h, переизлучающей возбуждаемое антенной электромагнитное поле и, таким образом, искажающей его, а также имеющей ограниченный диапазон рабочих частот, так как для рабочих частот с длиной волны λ_р≥4h/3 коэффициент усиления этой антенны вдоль земли резко уменьшается [5]. Этот эффект объясняется тем, что при увеличении рабочей частоты в нижней части антенны появляется участок длиной l₁λh/3 с противоположным направлением тока относительно основного направления тока в верхнем участке антенны длиной 2≤2h/3.

При дальнейшем увеличении рабочей частоты f_р и уравнивании участков l₁ и l₂ (l₁=l₂, т.е. λ_р=h) излучение вдоль земли отсутствует полностью ([5], с.31, 32, рис.2.3 г, 2.3 д).

Известны также вертикальные коаксиальные антенны, имеющие расширенную полосу частот и меньшую физическую длину за счет коэффициента укорочения длины волны в кабеле V_K. Для полиэтиленового кабеля V_K=0,66, что позволяет примерно на такую же величину уменьшить физическую длину излучателя ([6], стр.378, 379).

Задачами, на решение которых направлено изобретение, являются уменьшение габаритов, облегчение веса при сохранении электрических параметров и надежности.

Решение поставленных задач достигается тем, что в известной антенне, содержащей основание антенны, механически соединенное с мачтой антенны, систему противовесов, верхние и нижние собирательные кольца, причем нижнее собирательное кольцо является первой точкой питания антенны, а второй точкой питания антенны является электрически объединенные концы противовесов, равномерно размещенных вокруг антенны, а также N излучателей, размещенных вдоль образующих линий двух сопряженных своими основаниями разновысотных прямых конусов, верхние и нижние концы N излучателей механически соединены с вершиной и основанием мачты, причем точки перегиба N излучателей геометрически размещены на окружности оснований двух разновысотных прямых конусов, мачта в вертикальном положении удерживается оттяжками, отличающаяся тем, что мачта выполнена разъемной и телескопической, состоящей из М колен, каждое из которых выполнено из диэлектрических труб и снабжено фиксирующим замком, излучатели выполнены из отрезков коаксиального кабеля с высокочастотными коаксиальными разъемами на концах, при этом у каждого разъема на верхнем конце внутренний проводник и экран электрически соединены с верхним собирательным кольцом, на котором установлены приборные части коаксиальных разъемов, на нижнем конце экран электрически соединен с основным нижним собирательным кольцом, на котором также установлены приборные части коаксиальных разъемов, внутренние проводники разъемов соединены с дополнительным нижним собирательным кольцом, причем между дополнительным нижним собирательным кольцом и основанием включена катушка индуктивности, все оттяжки выполнены из высокопрочного малорастяжимого полимерного шнура, к основанию антенны подключена система радиальных противовесов из K>N проводников, расположенных равномерно по кругу радиусом, равным высоте антенны, необходимая геометрическая форма антенны обеспечивается с помощью диэлектрических распорок, количество которых равно числу излучателей N.

На фиг.1 представлено схематическое изображение широкополосного вертикального излучателя (ШВИ); на фиг.2 приведена упрощенная электрическая схема ШВИ (коаксиальные разъемы излучателей не обозначены).

ШВИ содержит мачту 1, верхнее собирательное кольцо 2, излучатели 3, фиксирующий замок 4, диэлектрические распорки 5, нижнее собирательное кольцо 6, дополнительное нижнее собирательное кольцо 6д, основание 7 антенны, оттяжки 8, радиальные противовесы 9.

На фиг.3, 4 приведены измеренные значения коэффициента стоячей волны для реальной антенны высотой 15 м, излучатели которой выполнены из антенного канатика 1 и из коаксиального кабеля 2 с катушкой индуктивности, включенной по схеме, изображенной на фиг.2.

Как видно из чертежей на фиг.3, 4, за счет применения в качестве излучателей коаксиальных кабелей и включения катушки индуктивности по схеме, изображенной на фиг.2, получен значительный выигрыш по КСВ в нижней части диапазона частот, что позволяет при сохранении нижней рабочей частоты (по заданному КСВ) уменьшить высоту антенны примерно в 1,3 раза, либо, при сохранении высоты антенны, уменьшить нижнюю рабочую частоту на эту величину. Меньшие значения КСВ во всей нижней части диапазона снижают потери в антенно-согласующих устройствах (АнСУ) и уменьшают время его настройки.

Применение в конструкции антенны композитных диэлектрических материалов позволяет снизить ее массу относительно известных конструкций в несколько раз, при улучшении электрических параметров.

Источники информации

1. Захаров В.П., Левчук П.Ф., Муравьев Ю.К. и др. Характеристики антенн для радиосвязи /Под ред. Ю.К.Муравьева. Л.: Изд. ВКАС, 1968, c.130.

2. Лузан Ю.С., Маренко В.Ф., Богданов А.В. и др. Согласование передающих антенн декаметрового диапазона. Сборник докладов технологического конгресса "Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения". - Омск: Изд. ОмГТУ, 2001, с.280-283.

3. Айзенберг Г.З. и др. Коротковолновые антенны. М.: Радио и Связь, 1985, с.536.

4. Мейнке X., Гундлах Ф. Радиотехнический справочник. Пер. с нем. т.1. - М.-Л.: ГЭИ, 1961, с.416.

5. Белоцерковский Г.Б. Антенны. М.: Сов. Радио, 1969, с.328.

6. Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 1.: Пер. с нем. Мн.: ОМО "Наш город", 2001, с.416.

Изобретение предназначено преимущественно для мобильных приемопередающих радиоузлов декаметрового диапазона частот. Техническим результатом являются уменьшение габаритов и облегчение веса при сохранении электрических параметров и надежности. Сущность изобретения состоит в том, что мачта выполнена разъемной и телескопической, состоящей из М колен, каждое из которых выполнено из диэлектрических труб и снабжено фиксирующим замком. Излучатели выполнены из отрезков коаксиального кабеля с высокочастотными коаксиальными разъемами на концах, при этом у каждого разъема на верхнем конце внутренний проводник и экран электрически соединены с верхним собирательным кольцом, на котором установлены приборные части коаксиальных разъемов, а на нижнем конце экран электрически соединен с основным нижним собирательным кольцом, на котором также установлены приборные части коаксиальных разъемов, внутренние проводники разъемов соединены с дополнительным нижним собирательным кольцом. Между дополнительным нижним собирательным кольцом и основанием включена катушка индуктивности. Все оттяжки выполнены из высокопрочного малорастяжимого полимерного шнура. К основанию антенны подключена система радиальных противовесов из К>N проводников, расположенных равномерно по кругу радиусом, равным высоте антенны. Необходимая геометрическая форма антенны обеспечивается с помощью диэлектрических распорок, количество которых равно числу излучателей N. 4 ил.

Широкополосный вертикальный излучатель, содержащий основание антенны, механически соединенное с мачтой антенны, систему противовесов, верхние и нижние собирательные кольца, причем нижнее собирательное кольцо является первой точкой питания антенны, а второй точкой питания антенны является электрически объединенные концы противовесов, равномерно размещенных вокруг антенны, а также N излучателей, размещенных вдоль образующих линий двух сопряженных своими основаниями разновысотных прямых конусов, верхние и нижние концы N излучателей механически соединены с вершиной и основанием мачты, причем точки перегиба N излучателей геометрически размещены на окружности оснований двух разновысотных прямых конусов, мачта в вертикальном положении удерживается оттяжками, отличающийся тем, что мачта выполнена разъемной и телескопической, состоящей из М колен, каждое из которых выполнено из диэлектрических труб и снабжено фиксирующим замком, излучатели выполнены из отрезков коаксиального кабеля с высокочастотными коаксиальными разъемами на концах, при этом у каждого разъема на верхнем конце внутренний проводник и экран электрически соединены с верхним собирательным кольцом, на котором установлены приборные части коаксиальных разъемов, на нижнем конце экран электрически соединен с основным нижним собирательным кольцом, на котором также установлены приборные части коаксиальных разъемов, внутренние проводники разъемов соединены с дополнительным нижним собирательным кольцом, причем между дополнительным нижним собирательным кольцом и основанием включена катушка индуктивности, все оттяжки выполнены из высокопрочного малорастяжимого полимерного шнура, к основанию антенны подключена система радиальных противовесов из К>N проводников, расположенных равномерно по кругу радиусом, равным высоте антенны, необходимая геометрическая форма антенны обеспечивается с помощью диэлектрических распорок, количество которых равно числу излучателей N.