ШАРОВАЯ АНТЕННА Российский патент 2007 года по МПК H01Q1/28 

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для телевизионного приема, мобильной и радиосвязи в зонах неуверенного приема.

Часто рельеф местности или высокие строения в черте города перекрывают направление прямой видимости на корреспондента. Радиосвязь или телевизионный прием в таких условиях пытаются обеспечить путем размещения направленных антенн на мачтах или крышах высотных зданий. Однако использование мачт для развертывания антенн сопряжено с рядом неудобств, а именно сложностью монтажа, трудностью при настройке и развертыванием антенны, снижением мобильности и т.д.

Одним из возможных путей решения является использование оболочек, наполненных легким газом, для подъема антенной конструкции над поверхностью земли. Примерами таких решений являются конструкции антенн, представленных на www.gsl.net rf.at nn.ru.

К недостаткам указанных конструкций следует отнести зависимость уровня сигнала от ориентации антенны в пространстве, которая задается направлениями воздушных потоков. Кроме того, при значительном весе антенны потребуется применение шаровых оболочек большего диаметра, что вызывает определенные трудности.

Исключить зависимость уровня сигнала от положения шара, а соответственно и направления антенны в пространстве, можно применением ненаправленной в горизонтальной плоскости антенны, обеспечивающей прием волн горизонтальной поляризации. Примером является турникетная антенна, состоящая из двух ортогональных вибраторов (Гавеля Н.П. и др. Антенны, ч.II, Л.: 1963 г., стр.65-73).

Общими недостатками рассмотренных антенн являются ограниченная полоса рабочих частот и недостаточно равномерная характеристика направленности в горизонтальной плоскости, а также значительный вес подвешиваемой к шару антенны. Проблему можно решить, если в качестве антенны использовать поверхность шара, нанеся на нее методом пленочной технологии проводники в виде рамочных излучателей различного диаметра.

В качестве прототипа рассмотрим шаровую антенну (патент FR №1552126 кл. H01Q 1/08 от 03.01.1969 г.), представляющую собой проводники антенны, нанесенные методом пленочной технологии на поверхность шара, заполненного легким газом, и соединенные с усилительным блоком, расположенным в нижней части шара, выход которого подключен к тросс-кабелю.

Недостатком данной антенны является ограниченный диапазон частот и неравномерная характеристика направленности в горизонтальной плоскости, приводящая к замиранию сигнала при изменении положения шаровой антенны под действием ветра.

Более равномерной характеристикой направленности обладают кольцевые рамки, периметр которых меньше длины волны (А.З.Фрадин. Антенно-фидерные устройства - М.: Связь, 177, с.126). Однако малые рамки имеют низкий коэффициент полезного действия. Увеличение размера кольцевой рамки приводит к повышению коэффициента полезного действия, но при этом нарушается равномерность характеристики направленности в горизонтальной плоскости в результате появления противофазных токов по ее периметру. Устранить противофазные токи можно путем включения в провод рамки реактивных сопротивлений или короткозамкнутых шлейфов.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание облегченной конструкции антенны заданной поляризации, обеспечивающей в зонах неуверенного приема необходимый уровень сигналов для устойчивой работы сопряженных с антенной радиосредств.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой конструкции шаровой антенны. Антенна выполнена в форме шара, заполненного легким газом. На поверхность шара методом пленочной технологии нанесены ленточные проводники, выполненные в форме кольцевых рамок с геометрическими параметрами, соответствующими основному и дополнительному диапазонам, в которые через полуволновые промежутки включены короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы, объединяющие соседние рамки. Причем для волн горизонтальной поляризации рамки располагаются по параллелям шара, а для волн вертикальной поляризации - по его меридианам. Выходы рамок в перекрестном порядке подключены к усилительному блоку, размещенному в нижней части шара, выход которого подключен к трос-кабелю. Трос-кабель обеспечивает удержание шара на определенной высоте над поверхностью земли и одновременно передачу сигнала к приемнику. Шлейфы обеспечивают равномерное распределение тока вдоль рамок, которые формируют равномерную в горизонтальной плоскости характеристику направленности.

Предложенная конструкция шаровой антенны иллюстрируется чертежом, где:

1 - шар, заполненный гелием;

2 - ленточные проводники кольцевых рамок основного и дополнительного диапазонов частот;

3 - короткозамкнутые шлейфы;

4 - усилительный блок;

5 - трос-кабель.

Шаровая антенна состоит из оболочки 1 в форме шара, заполненного легким газом, например гелием или водородом. На поверхность шара методом пленочной технологии нанесены проводники кольцевых рамок 2 основного и дополнительного диапазонов из проводящего материала, например алюминиевой фольги. Причем для волн горизонтальной поляризации рамки располагаются по параллелям шара, а для волн вертикальной поляризации - по его меридианам. Излучатели, выполненные в форме кольца, через полуволновые промежутки объединены между собой короткозамкнутыми четвертьволновыми шлейфами 3. Рамки подключены в перекрестном порядке к двухпроводной питающей линии, которая соединена с усилительным блоком 4, сигнал с которого подается на приемное устройство с помощью трос-кабеля 5. Короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы, объединяющие рамки, обеспечивают равномерное распределение тока вдоль них, формируя тем самым круговую характеристику направленности в горизонтальной плоскости. В зависимости от ориентации рамок на поверхности шара и схемы их подключения к усилительному блоку антенна может принимать волны горизонтальной или вертикальной поляризации поля.

Предложенная конструкция антенны обеспечивает прием волн горизонтальной и вертикальной поляризации, приходящих с различных в горизонтальной плоскости направлений как в основном, так и в дополнительном частотных диапазонах.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для телевизионного приема, мобильной и УКВ радиосвязи в зонах неуверенного приема. Технический результат заключается в обеспечении возможности приема волн горизонтальной и вертикальной поляризации, что значительно расширяет возможности использования в зонах неуверенного приема. Сущность изобретения состоит в том, что антенна, нанесенная на поверхность шара, заполненного легким газом, выполнена в форме кольцевых рамок с геометрическими параметрами, соответствующими основному и дополнительным диапазонам частот. В рамки через полуволновые промежутки включены короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы, объединяющие соседние рамки. Рамки могут быть нанесены по параллелям или меридианам шара в зависимости от поляризации волн. 1 ил.

Шаровая антенна, представляющая собой проводники, нанесенные методом пленочной технологии на поверхность шара, заполненного легким газом, соединенные с усилительным блоком, расположенным в нижней части шара, выход которого подключен к трос-кабелю, отличающийся тем, что проводники выполнены в виде кольцевых рамок с геометрическими параметрами, соответствующими основному и дополнительному диапазонам частот, в которые через полуволновые промежутки включены короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы, объединяющие соседние рамки, причем для волн горизонтальной поляризации рамки располагаются по параллелям шара, а для волн вертикальной поляризации - по его меридианам.