РАСКЛАДНАЯ АНТЕННА Российский патент 2007 года по МПК H01Q1/28 

Изобретение относится к области антенной техники, в частности к бортовым антеннам для подвижных объектов, приводимых в рабочее положение без выхода оператора из объекта.

Известны раскладные антенны, приводимые в рабочее положение без участия операторов.

Известна пневматическая антенна (см. пат. США №5132699 от 21.07.1992 г.). Антенна представляет собой надувной баллон, заполняемый газом при необходимости приведения антенны в рабочее положение. Баллон армирован совокупностью металлических проводников, подключенных к выходу антенны.

Недостатком данного аналога является относительно низкая надежность, обусловленная вероятным нарушением целостности баллона и, следовательно, невозможностью приведения антенны в рабочее положение из-за утечки газа.

Известна раскладная антенна по заявке ФРГ №2437098, опубл. 12.02.1976 г. Антенна выполнена в виде свернутой в рулон пружинящей ленты. В свернутом положении лента удерживается фиксатором. При разблокировании рулона, под действием сил упругости лента саморазворачивается.

Однако данная антенна обладает низкой надежностью из-за ее деформации под действием ветровых и вибрационных нагрузок. Поэтому ее использование возможно только в диапазоне частот, при которых требуемая длина излучателя не превышает нескольких десятков сантиметров.

Наиболее близкой по своей технической сущности является раскладная антенна по пат. США №3409829, 1968 г. Антенна-прототип содержит плоские панели, шарнирно соединенные с основанием и между собой с возможностью складывания гармошкой, и два многозвенных пантографа, закрепленных одними концами на основании и связанных с приводом раздвижения.

Недостатком известной раскладной антенны является невысокая надежность конструкции в развернутом положении и относительно большие ее габариты в сложенном состоянии.

Целью изобретения является разработка раскладной антенны, обеспечивающей повышение надежности конструкции и уменьшение ее размеров в сложенном состоянии.

Поставленная цель достигается тем, что в известной раскладной антенне, содержащей первый и второй идентичные N-звенные пантографы, каждое звено которых выполнено в виде двух прямолинейных элементов, шарнирно соединенных друг с другом в их середине, и одними концами пантографы закреплены на основании, дополнительно введен третий N-звенный пантограф, идентичный первым двум. Третий пантограф, так же как первый и второй, одним концом закреплен на основании. Три пантографа установлены вертикально над основанием так, что их плоскости образуют прямой цилиндр с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника. Вершины соответствующих треугольников образованы примыкающими звеньями пантографов. В каждом i-м, где i=2, 3, ..., N-1, треугольнике примыкающие к его вершинам концы элементов i-го и (i-1)-го звеньев соединены шарнирно. У первой вершины i-го треугольника соединены концы (i-1)-х внешних (т.е. обращенных к внешней поверхности прямого цилиндра) и i-х внутренних (т.е. обращенных к внутренней поверхности прямого цилиндра) элементов, принадлежащих первому и третьему пантографам; у второй вершины i-го треугольника соединены концы i-х внешнего и внутреннего элементов, принадлежащих соответственно третьему и второму пантографам, и концы (i-1)-х внутреннего и внешнего элементов, принадлежащих соответственно третьему и второму пантографам; у третьей вершины i-го треугольника соединены концы i-x внешних и (i-1)-х внутренних элементов, принадлежащих первому и второму пантографам.

У первого треугольника, образованного первыми примыкающими к основанию антенны звеньями пантографов, у его первой вершины шарнирно соединены концы первых внутренних элементов, принадлежащих первому и третьему пантографам; у второй вершины первого треугольника шарнирно соединены концы первых внешнего и внутреннего элементов, принадлежащих соответственно третьему и второму пантографам; у третьей вершины первого треугольника шарнирно соединены концы первых внешних элементов, принадлежащих первому и второму пантографам. У N-го треугольника, образованного N-ми звеньями пантографов, у его первой вершины шарнирно соединены концы N-x внешних элементов, принадлежащих первому и третьему пантографам; у второй вершины N-го треугольника шарнирно соединены концы N-x внутреннего и внешнего элементов, принадлежащих соответственно третьему и второму пантографам, у третьей вершины N-го треугольника шарнирно соединены концы N-x внутренних элементов, принадлежащих перовому и второму пантографам.

Новым также является то, что в местах шарнирного соединения середин элементов, образующих звенья пантографов, установлены пружины, обеспечивающие развертывание антенны, причем ориентация векторов сил развертывания пружин третьего пантографа противоположна ориентации векторов сил развертывания пружин первого и второго пантографов. Дополнительно антенна снабжена фиксатором, ограничивающим ее наибольший размер в развернутом положении, и фиксатором, предотвращающим складывания антенны после ее развертывания.

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков обеспечивается формирование распределенного механизма развертывания, каждая отдельная пружина которого за счет указанного порядка шарнирного соединения звеньев пантографов, воздействует на все звенья антенны, чем достигается взаимное резервирование пружин, сложение их сил развертывания и, следовательно, повышение надежности антенны в процессе ее развертывания, при этом обеспечивается жесткость конструкции в развернутом положении и ее малые габариты в сложенном состоянии.

Проведенный анализ патентных и специальных источников информации позволил установить, что в них отсутствуют аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественной всем существенным признакам заявленного решения, что указывает на соответствие заявленной раскладной антенны условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях знаний с целью выявления в них отличительных признаков заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из известных источников информации. Также не выявлена известность влияния отличительных существенных признаков на достижение заявленного результата, что указывает на соответствие заявленного объекта условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявленая антенна поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - вид антенны в плане;

на фиг.2 - вид одного из пантографов в сложенном состоянии;

на фиг.3 - рисунок, поясняющий порядок шарнирного соединения концов элементов пантографов;

на фиг.4 - вариант конструкции основания антенны и размещения в нем антенны в сложенном состоянии;

на фиг.5 - рисунок, поясняющий процесс развертывания антенны;

на фиг.6 - вариант конструкции фиксатора крышки антенны;

на фиг.7, 8 - вариант конструкции фиксатора, предотвращающего складывание антенны после ее развертывания;

на фиг.9 - вариант конструкции фиксатора, ограничивающего максимальную высоту антенны в развернутом положении.

Заявленная раскладная антенна, показанная на фиг.1, 2, состоит из первого 1, второго 2 и третьего 3 идентичных N-звенных пантографов. Каждое звено состоит их двух прямолинейных элементов 4₁, 4₂ длиной d.

В каждом звене элемент, обращенный к внешней поверхности прямолинейного цилиндра, назван внешним и на фиг.1, 2, 3 он обозначен позицией 4₁, аналогично элемент, обращенный к внутренней поверхности, назван внутренним и обозначен 4₂. Пантографы 1, 2, 3 установлены вертикально так, что их плоскости образуют прямой цилиндр, поперечное сечение которого имеет форму равностороннего треугольника (фиг.1). Элементы 4₁, 4₂ каждого звена в их серединах шарнирно соединены друг с другом (точки «п» на фиг.1, 2, 3). Концы элементов 4₁, 4₂, принадлежащие первому 1, второму 2 и третьему 3 пантографам и примыкающие к соответствующим вершинам треугольника ABD (см. фиг 1), соединены шарнирно (точки «б» на фиг.1, 2, 3). Порядок шарнирного соединения соответствующих элементов 4₁ и 4₂ в плоскости i-го треугольника A_iB_iD_i где i=2, 3, ..., N-1, показан на фиг.3. На фиг.3 точки шарнирного соединения средин элементов в каждом звене, принадлежащем соответствующему пантографу, обозначены: п₁ - первого пантографа 1, п₂ - второго пантографа 2, п₃ - третьего пантографа 3. Внешние 4₁ и внутренние 4₂ элементы в каждом пантографе на фиг.3 изображены соответственно сплошными и пунктирными линиями. Точки «б», в которых шарнирно соединены примыкающие друг к другу концы элементов 4₁, 4₂ i-го и (i-1)-го звеньев пантографов, в плане образуют равносторонний треугольник ABD, которые на фиг.1 обозначены дополнительно как первая А, вторая В и третья D вершины.

У вершин i-го треугольника А_iВ_iD_i (на фиг.3 заштрихован) концы элементов 4₁, 4₂ шарнирно соединены следующим образом:

у первой вершины А_i - концы (i-1) внешних 4₁ и i-х внутренних 4₂ элементов, принадлежащих первому 1 и третьему 3 пантографам;

у второй вершины В_i - концы i-x внешнего 4₁ и внутреннего 4₂ элементов, принадлежащих соответственно третьему 3 и второму 2 пантографам, а также концы (i-1)-х внутреннего 4₂ и внешнего 4₁ элементов, принадлежащих соответственно третьему 3 и второму 2 пантографам;

у третьей вершины D_i - концы i-х внешних 4₁ и (i-1)-х внутренних 4₂ элементов, принадлежащих первому 1 и второму 2 пантографам.

У вершин первого треугольника A₁B₁D₁ (фиг.3) концы элементов 4₁, 4₂ шарнирно соединены следующим образом:

у первой вершины A₁ - концы первых внутренних элементов 4₂, принадлежащих первому 1 и третьему 3 пантографам;

у второй вершины B₁ - концы первых внешнего 4₁ и внутреннего 4₂ элементов, принадлежащих соответственно третьему 3 и второму 2 пантографам;

у третьей вершины D₁ - концы первых внешних элементов 4₁, принадлежащих первому 1 и второму 2 пантографам.

У вершин N-го треугольника A_NB_ND_N (фиг.3) концы элементов 4₁, 4₂ шарнирно соединены следующим образом:

у первой вершины А_N - концы N-x внешних элементов 4₁, принадлежащих первому 1 и третьему 3 пантографам;

у второй вершины B_N - концы N-x внутреннего 4₂ и внешнего 4₁ элементов, принадлежащих соответственно третьему 3 и второму 2 пантографам;

у третьей вершины D_N - концы N-x внутренних элементов, принадлежащих первому и второму пантографам.

В местах шарнирного соединения середин (точки «п») элементов 4₁, 4₂, образующих соответствующие звенья пантографов 1, 2, 3, между элементами 4₁, 4₂ на оси 5 (см. фиг.1) установлены пружины 6, обеспечивающие развертывание антенны. Причем ориентация векторов сил развертывания пружин в третьем пантографе 3 (на фиг.1 отмечены знаками ⊕, т.е. от наблюдателя) противоположна (на фиг.1 отмечены знаками т.е. к наблюдателю) ориентации векторов сил развертывания пружин, установленных в первом 1 и втором 2 пантографах (см. также фиг.3). Пружины 6 могут быть установлены в каждом звене пантографов 1, 2, 3. Однако экспериментальные исследования показали, что устойчивое и надежное развертывание антенны обеспечивается, если пружины 6 установлены через одно (см. фиг.2) или через два звена пантографов.

Длину d элементов 4₁, 4₂ и общее количество звеньев N выбирают исходя из требуемой высоты Н антенны в развернутом положении и требований, предъявляемых к эксплуатационным характеристикам: массе, габаритам в сложенном состоянии и т.п.

Основание 7 антенны может быть выполнено различным образом в зависимости от условий ее размещения на объекте и требований по приведению антенны в рабочее состоянии. В частности, при необходимости установки антенны на вездеходе (фиг.4а) и выполнения требований по ее развертыванию непосредственно из салона транспортного средства, основание целесообразно выполнить в виде стакана 7, показанного на фиг.4б. Высоту h стакана 7 выбирают из расчета размещения в нем антенны в свернутом положении. Высота h стакана 7 зависит от числа N элементов 4₁, 4₂, а также диаметра 2r их поперечного сечения и может составлять h=(0,05÷0,2) Н. Внутренний диаметр D_вн стакана 7 (фиг.4) зависит от длины d элементов и D_вн выбирают в пределах 1,05÷1,1 от диаметра окружности, описывающей треугольник ABD (фиг.1).

В дне стакана 7 выполнены отверстия 8 для крепления антенны на борту объекта.

Крышка 9 стакана 7 снабжена двумя фиксаторами 10, установленными в диаметрально противоположных местах стакана (фиг.5). На фиг.4б фиксаторы 10 не показаны. Вариант выполнения фиксатора 10 показан на фиг.6, и он состоит из подпружиненной задвижки 10.1, закрепленной на внешней поверхности стакана 7, и подпружиненного стопора 10.2, закрепленного на внутренней поверхности стакана. После установки крышки 9 на стакан 7 задвижку 10.1 вставляют в соосные отверстия, выполненные в стакане 7 и крышке 9, и фиксируют задвижку с помощью стопора 10.2. Для этой цели задвижка 10.1 снабжена пазом 10.3, входящим в зацепление с наконечником стопора 10.2.

Хвостовая часть стопора 10.2 скреплена с тросом 11 механизма сброса крышки 9, который через технологические отверстия 12 в дне стакана 7 (см. фиг.4) соединен с размещенным в салоне транспортного средства исполнительным механизмом (не показан).

Фиксатор 13, предотвращающий складывание антенны после ее развертывания, может быть реализован различным образом, в частности, как показано на фиг.4, 5, 7, 8. Фиксатор 13 состоит из опоры 13.1, установленной с зазором Δk над дном стакана 7 (фиг.4, 5). В опоре 13.1 вдоль медиан треугольника, образованного проекцией звеньев пантографов 1, 2, 3 антенны в сложенном состоянии, от вершин к центру тяжести треугольника (точка «о» на фиг.5), вырезаны прямоугольные отверстия 13.2 (фиг.4, 5, 7, 8). Длина «р» каждого отверстия 13.2 равна величине смещения вершин треугольника при переходе пантографов 1, 2, 3 из свернутого состояния в развернутое состояние (см. фиг.5). В прямоугольные отверстия 13.2 установлены штыри 13.3 с возможностью их свободного перемещения вдоль отверстий 13.2. Вершины штырей 13.1 шарнирно скреплены с соответствующими концами шарнирно соединенных элементов 4₁ 4₂ (фиг.7) первых звеньев пантографов 1, 2, 3 (точки А₁, B₁, D₁ на фиг.3). К выступающей над опорой 13.1 части каждого штыря 13.3 (точка «а») шарнирно соединена стопорная пластина 13.4 (фиг.7, 8), на фиг.4 не показана. Стопорная пластина 13.4 ориентирована вдоль прямой, являющейся продолжением соответствующей медианы треугольника ABD (фиг.5) в направлении, противоположном относительно центра тяжести треугольника «о». Длина «m» стопорной пластины составляет (0,8÷0,9) от длины отверстия р, т.е. m=(0,8÷0,9)р. В сложенном состоянии антенны внешний конец стопорной пластины 13.4 опирается на плоскость опоры 13.1 (фиг.7). После развертывания пантографов 1, 2, 3 штыри 13.3 перемещаются вдоль отверстий 13.2 в новое положение (к вершинам треугольника A'B'D' (см. фиг.5). При этом стопорная пластина 13.4 «проваливается» в отверстие 13.2, что исключает перемещение штырей 13.3 в исходное положение, т.е. предотвращает. складывание антенны после ее развертывания. Глубину «проваливания» стопорной пластины 13.4 ограничивают выбором высоты верхнего фланца 13.5 штыря 13.3 (фиг.8). Кроме того, упор штырей 13.3 во внутренние стенки отверстий 13.2 дополнительно фиксирует предельную высоту Н антенны в развернутом положении.

Вариант исполнения фиксатора 14, ограничивающего высоту Н антенны при ее развертывании, показан на фиг.9. Фиксатор 14 состоит из троса 14.1 длиной, равной предельной высоте Н антенны в развернутом положении. Верхний конец троса 14.1 закреплен на верхних звеньях пантографов 1, 2, 3 с помощью дополнительных трех отрезков 14.2 троса, концы которых в свою очередь шарнирно (например, с помощью шайб 14.3) соединены с концами верхних элементов 14₁, 14₂ звеньев пантографов 1, 2, 3 (точки «б» на фиг.1). Нижний конец троса 14.1 зафиксирован на свободно вращающейся катушке 14.4, установленной в центре опоры 13.1 (см. на фиг.5, 9). В сложенном состоянии антенны трос 14.1 намотан на катушку 14.4. Кроме того, зафиксированный на катушке 14.4 конец троса 14.1 с помощью отрезка проводника 14.5 через отверстия в опоре 13.1 и дне стакана 7 может быть подключен к коаксиальному кабелю 14.6 тракта питания антенны.

Заявленная антенна работает следующим образом.

В исходном состоянии (свернутом положении) пантографы 1, 2, 3, образующие антенну, уложены в полости стакана 7 (фиг.4б). При этом пружины 6 находятся в напряженном состоянии. Стакан 7 закрывают крышкой 9 и фиксируют ее с помощью фиксаторов 10. Для приведения антенны в рабочее состояние с помощью троса 11 исполнительного механизма выводят стопор 10.2 из паза 10.3 задвижки 10.1. При этом подпружиненная задвижка выходит из отверстия крышки 9, которая отбрасывается под действием сил упругости пружин 6, обеспечивающих развертывание антенны. Пантографы 1, 2, 3 разворачиваются до высоты Н, ограничиваемой фиксаторами 13 и 14. Трос 14.1 вытягивается на длину Н под действием силы упругости пружин 6. Штыри 13.3 перемещаются к внутренним торцам отверстий 13.2 в опоре 13, чем дополнительно фиксируют высоту Н. Предотвращение самопроизвольного складывания антенны после ее развертывания обеспечивается «проваливанием» стопорных планок 13.4 в отверстия 13.2.

Благодаря тому, что точки приложения сил развертывания пружин 6 распределены по всей высоте пантографов 1, 2, 3 и описанному порядку шарнирного соединения концов их элементов 14₁, 14₂, обеспечивается надежное развертывание антенны даже при выходе из строя большей части пружин 6. Это обусловлено тем, что развертывающая сила каждой пружины 6 через шарнирные соединения концов элементов 14₁, 14₂ действует на все звенья пантографов 1, 2, 3. Например, при числе звеньев N=9 в каждом пантографе и установке в каждом из них по три пружины 6 обеспечиваются сложение их сил развертывания и 9-кратное взаимное резервирование. При установке по четыре пружины 6 18-кратное, а при установке по 9 пружин - 6-27-кратное резервирование.

Дополнительно надежность антенны достигается тем, что каждая пружина 6 рассчитывается на относительно небольшие усилия развертывания, что значительно увеличивает время их работы.

Возможность достижения формулированного технического результата проверена на опытном образце со следующими характеристиками: N=10; d=250 мм, 2r=10 мм, h=150 мм, Н=2000 мм.

Пружины были установлены в каждом четном звене каждого пантографа. Многократное (до 100 раз) развертывания антенны подтвердило ее надежность, достижение малых габаритов в свернутом положении, h=0,075 Н. Испытания подтвердили работоспособность антенны при одновременном повышении ее надежности и снижении габаритов ее конструкции, в свернутом положении.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к бортовым антеннам для подвижных объектов, приводимых в рабочее положение автоматически. Техническим результатом является разработка раскладной антенны, обеспечивающей повышение надежности конструкции и уменьшение ее размеров в сложенном состоянии. Антенна состоит из трех идентичных N-звенных пантографов 1, 2, 3, установленных вертикально так, что они образуют прямой цилиндр с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника, примыкающие друг к другу концы элементов 4₁, 4₂, образующих звенья пантографов, соединены друг с другом шарнирно, одни концы пантографов закреплены с основанием в виде стакана, снабженного крышкой, в котором размещены пантографы в сложенном состоянии, элементы 4₁, 4₂ звеньев пантографов соединены шарнирно в их серединах, в местах шарнирного соединения элементов установлены пружины 6, антенна снабжена фиксатором, ограничивающим максимальный размер антенны в развернутом состоянии, и фиксатором, предотвращающим «складывание» антенны после ее развертывания. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Раскладная антенна, содержащая первый и второй идентичные N-звенные пантографы, каждое звено которых выполнено в виде двух прямолинейных элементов, шарнирно соединенных друг с другом в их серединах, пантографы закреплены одними концами на основании, отличающаяся тем, что дополнительно введен идентичный первым двум третий N-звенный пантограф, закрепленный одним концом на основании, плоскости пантографов установлены вертикально и образуют прямой цилиндр с поперечным сечением в форме равностороннего треугольника, у вершин i-го, где i=2, 3,..., N-1, треугольника, образованного примыкающими i-ми и (i-1)-ми звеньями пантографов, концы их элементов соединены шарнирно, причем у первой вершины треугольника соединены концы (i-1)-x внешних и i-x внутренних элементов, принадлежащих первому и третьему пантографам, у второй вершины треугольника соединены концы i-x внешнего и внутреннего элементов, принадлежащих соответственно третьему и второму пантографам, и концы (i-1)-x внутреннего и внешнего элементов, принадлежащих соответственно третьему и второму пантографам, и у третьей вершины треугольника соединены концы i-x внешних и (i-1)-x внутренних элементов, принадлежащих первому и второму пантографам, у первого треугольника шарнирно соединены у его первой вершины концы первых внутренних элементов, принадлежащих первому и третьему пантографам, у его второй вершины шарнирно соединены концы первых внешнего и внутреннего элементов, принадлежащих соответственно третьему и второму пантографам, у его третьей вершины шарнирно соединены концы первых внешних элементов, принадлежащих первому и второму пантографам, а у N-го треугольника шарнирно соединены у его первой вершины концы N-x внешних элементов, принадлежащих первому и третьему пантографам, у его второй вершины шарнирно соединены концы N-x внутреннего и внешнего элементов, принадлежащих соответственно третьему и второму пантографам, и у его третьей вершины шарнирно соединены концы N-x внутренних элементов, принадлежащих первому и второму пантографам, а в местах шарнирного соединения середин элементов, образующих звенья пантографов, установлены пружины, обеспечивающие развертывание антенны, причем векторы сил развертывания пружин третьего пантографа противоположны векторам сил развертывания пружин первого и второго пантографов, и дополнительно антенна снабжена фиксаторами, один из которых ограничивает ее высоту при развертывании, а другой предотвращает складывание антенны после ее развертывания.2. Раскладная антенна по п.1, отличающаяся тем, что основание выполнено в виде стакана, высота которого равна высоте антенны в сложенном состоянии, и крышки стакана, снабженной фиксатором, предотвращающим ее самопроизвольное открытие.3. Раскладная антенна по п.1, отличающаяся тем, что фиксатор, предотвращающий складывание антенны после ее развертывания, состоит из установленной с зазором над дном основания антенны опоры, в которой вдоль медиан треугольника, образованного проекцией звеньев пантографов антенны в сложенном состоянии на плоскость опоры, от вершин к центру тяжести треугольника вырезаны прямоугольные отверстия, длина каждого из которых составляет величину смещения вершин треугольника при развертывании антенны на предельную высоту, в прямоугольные отверстия установлены штыри с возможностью их свободного перемещения вдоль отверстий, вершины штырей шарнирно скреплены с соответствующими концами шарнирно соединенных элементов первых звеньев пантографов, причем к выступающей над опорой части каждого штыря шарнирно соединена пластина, ориентированная от соответствующей вершины треугольника вдоль прямой, являющейся продолжением его медианы, а длина каждой пластины выбрана в пределах 0,8÷0,9 от длины отверстия.4. Раскладная антенна по п.1, отличающаяся тем, что фиксатор, ограничивающий высоту антенны при ее развертывании, выполнен в виде троса, длина которого равна предельной высоте развертывания антенны, верхний конец троса закреплен на верхних звеньях пантографов, а нижний на свободно вращающейся катушке, размещенной в центре основания антенны, причем в сложенном состоянии антенны, трос намотан на катушку.5. Раскладная антенна по п.1, отличающаяся тем, что пружины, обеспечивающие развертывание антенны, установлены в каждом звене или в каждом втором, или в каждом третьем звеньях пантографов.