КОЛЬЦЕВАЯ АНТЕННА Российский патент 2009 года по МПК H01Q11/10 

Изобретение относится к антеннам метрового и дециметрового диапазонов частот и используется для обеспечения радио- и радиорелейных линий связи стационарных и подвижных (наземных и воздушных) объектов, в условиях воздействия стационарных источников непреднамеренных радиопомех.

Известны кольцевые антенны, предназначенные для формирования равномерной диаграммы направленности в азимутальной плоскости, провалы в диаграммах направленности которых не превышают 3 дБ [1, 2, 3]. Указанные аналоги отличаются работой в узком диапазоне частот, то есть на резонансной частоте и вблизи ее окрестностей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа сверхширокополосная по частоте и диаграмме направленности кольцевая антенна [4], содержащая фидер питания, делитель мощности на число логопериодических вибраторных антенн, диапазон частот которого равен диапазону частот работы антенны, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя, подключаемые дополнительными кабелями питания к входам каждого из симметричных вибраторов, расположенных по сторонам кольцевого многоугольника, к которым в точках их питания присоединяется собирательная линия с симметричными вибраторами логопериодической вибраторной антенны, расположенная в плоскости боковой поверхности условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней, причем нижнее многоугольное основание этой пирамиды совпадает с кольцевым многоугольником, а верхнее основание пирамиды, имеющее форму кольцевого многоугольника, имеет сторону, незначительно превышающую длину самого короткого из симметричных вибраторов логопериодической вибраторной антенны.

Недостатком известного устройства является следующее: сверхширокополосная по частоте и диаграммам направленности, обеспечивающая всенаправленность в азимутальной плоскости, кольцевая антенна может принимать с различных азимутальных направлений как радиоизлучения полезных радиостанций, так и радиосредств, создающих помехи этому радиоприему, и стационарно расположенных по известным азимутам.

Решение задачи повышения отношения «сигнал-помеха» в полезных радиолиниях, то есть, повышение энергетических потенциалов радиолиний, требует искажения круговой диаграммы направленности в сторону получения отдельных максимумов в ней в направлении полезных радиолиний.

Для устранения отмеченного недостатка в известной кольцевой антенне симметричные вибраторы логопериодических вибраторных антенн, расположенных в плоскостях условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней (от 8 и более), по условиям электромагнитной совместимости радиосредств используются в качестве активных вибраторов, дополнительно вводимых в кольцевую систему антенн типа волновой канал («Уда-Яги»), причем пассивные вибраторы - рефлектор и директоры находятся в горизонтальной плоскости, проходящей через активный вибратор, при этом рефлектор остается внутри условной пирамиды, а директоры вне этой условной пирамиды.

Кроме того, количество директоров в антеннах типа волновой канал («Уда-Яги») определяется требуемой направленностью диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в азимутальном направлении на полезную радиостанцию и снижением энергетического потенциала радиолинии, мешающей приему на основной радиочастоте, либо на ее гармониках.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: антенн типа волновой канал («Уда-Яги»), состоящих из директоров, расположенных вне условной усеченной пирамиды, и рефлекторов, находящихся внутри условной усеченной пирамиды, в которых активными вибраторами служат вибраторы логопериодических вибраторных антенн (ЛПВА), входящих в кольцевую антенну, при числе граней от 8 и более.

При этом количество элементов антенн типа волновой канал определяется исходя из требуемой энергетики радиолинии на корреспондента.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что антенны типа волновой канал, как и логопериодические антенны, известны.

Однако их применение в указанной связи с остальными элементами кольцевой антенны для решения задачи обеспечения электромагнитной совместимости различных работающих радиосредств путем повышения помехоустойчивости работающих корреспондентов на средствах радио- и радиорелейной связи повышением потенциала нужных радиолиний за счет сознательного искажения диаграмм направленности под нужными азимутами позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».

На фиг.1 изображен общий вид кольцевой антенны, а на фиг.2 приведена диаграмма направленности заявляемого устройства в азимутальной плоскости.

Кольцевая антенна (фиг.1) содержит фидер питания 1, делитель мощности на восемь 2, выполняемый из двух делителей на четыре и одного делителя на два, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя на восемь, подключаемые дополнительными кабелями питания 3 к входам каждого из симметричных вибраторов 4, которые в заявляемой антенне служат также входами собирательных линий ЛПВА, а сами симметричные вибраторы 4 с наименьшими по длине вибраторами ЛПВА 5 вместе с остальными вводимыми вибраторами 6 образуют активные зоны возбуждения вибраторов и, соответственно, элементов кольцевого тока 7 в излучателе 8.

При этом вибраторы ЛПВА 5 располагаются в боковых поверхностях условной усеченной пирамиды 9 для того, чтобы расстояние между концами смежных симметричных вибраторов в элементе кольцевого тока оставалось одинаковым в длинах волн.

Вибратор ЛПВА 10 используется одновременно в качестве активного вибратора антенны типа волновой канал («Уда-Яги»), включающей в себя также директор 12 и рефлектор 13.

Антенна работает следующим образом.

При подведении высокочастотной энергии от передатчика с помощью фидера питания 1 и составного делителя мощности на восемь 2 подводимая мощность делится равномерно и синфазно между его выходами.

Дополнительными кабелями питания 3 поделенная на восемь мощность подводится к входам восьми образованных ЛПВА и возбуждает их. По мере изменения частоты от нижних частот к верхним частотам рабочего диапазона синфазно в каждой ЛПВА 5 происходит последовательное возбуждение активных зон.

Возбуждение вибраторов приводит к последовательному возбуждению элементов кольцевого тока по законам ЛПВА, в результате чего антенны кольцевого тока становятся уже не узконаправленными, а широкополосными по диаграммам направленности и по входному сопротивлению (по КБВ).

Вместе с тем, преимущества этой антенны в ряде случаев являются ее недостатками. Так, например, когда мешающий сигнал стороннего радиосредства (помехи) работает на той же частоте (либо на совпадающей гармонике), что и полезный, но с другого азимутального направления, и существенно понижает соотношение «сигнал - помеха» на приеме полезного сигнала.

Поэтому круговую диаграмму направленности исходя из задачи обеспечения электромагнитной совместимости следует исказить и получить максимум диаграммы направленности в азимутальном направлении на требуемого корреспондента.

Для этого нужный вибратор ЛПВА 10, работающий в заданной частотной активной зоне ЛПА, используется в качестве активного вибратора 10 антенны типа волновой канал 11, с директором 12 и рефлектором 13, направленной в сторону нужного корреспондента (ϕ=ϕ_А). За счет появляющегося максимума диаграммы направленности увеличивается энергетический потенциал полезной радиолинии, повышается соотношение «сигнал-помеха» на приеме.

Экспериментальные исследования модели антенны подтвердили заявленную возможность обеспечения ЭМС различных радиосредств в диапазоне антенны.

Источники информации

1. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенны. М.: Советское радио, 1961, с.219, 313, рис.Х.15, Х.16.

2. Мейнке X., Гудлах Ф.В. Радиотехнический справочник. T.1, пер. с немец. М.: Госэнергоиздат, 1961, рис.9-109б, 9-109в.

3. Мейнке X., Гудлах Ф.В. Радиотехнический справочник. T.1, пер. с немец. М.: Госэнергоиздат, 1961, рис.9-109а.

4. Патент РФ №2191451 «Кольцевая антенна». Описание изобретения к патенту РФ.

Кольцевая антенна предназначена для использования в области антенно-фидерных устройств для обеспечения устойчивой радиосвязи с объектами (корреспондентами) в любом азимутальном направлении. Симметричные вибраторы логопериодических вибраторных антенн, расположенных в плоскостях условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней (от 8 и более), по условиям электромагнитной совместимости радиосредств используются в качестве активных вибраторов, дополнительно вводимых в кольцевую систему антенн типа волновой канал («Уда-Яги»), причем пассивные вибраторы: рефлектор и директоры находятся в горизонтальной плоскости, проходящей через активный вибратор, рефлектор остается внутри условной пирамиды, а директоры - вне этой пирамиды. Количество директоров в антеннах типа волновой канал («Уда-Яги») определяется требуемой направленностью в горизонтальной плоскости в заданном азимутальном направлении. Технический результат-повышение электромагнитной совместимости различных радиосредств в диапазоне частот антенны за счет формирования ее адаптивной диаграммы направленности, а также существенное снижение влияния источников радиопомех приему полезной информации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Кольцевая антенна, содержащая фидер питания, делитель мощности на число логопериодических вибраторных антенн, диапазон частот которого равен диапазону частот работы антенны, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя, подключаемые дополнительными кабелями питания к входам каждого из симметричных вибраторов логопериодической вибраторной антенны, расположенных по сторонам кольцевого многоугольника, к которым в точках их питания присоединяется собирательная линия с симметричными вибраторами логопериодической вибраторной антенны, расположенная в плоскости боковой поверхности условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней, причем нижнее многоугольное основание этой пирамиды совпадает с кольцевым многоугольником, а верхнее основание пирамиды, имеющее форму кольцевого многоугольника, имеет сторону, превышающую длину самого короткого из симметричных вибраторов логопериодической вибраторной антенны, отличающаяся тем, что симметричные вибраторы логопериодических вибраторных антенн, расположенных в плоскостях условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней (от 8 и более), по условиям электромагнитной совместимости радиосредств используются в качестве активных вибраторов, дополнительно вводимых в кольцевую систему антенну антенн типа волновой канал («Уда-Яги») с пассивными вибраторами, включающими рефлектор и директоры, которые находятся в горизонтальной плоскости, проходящей через активный вибратор, при этом рефлектор остается внутри условной пирамиды, а директоры - вне этой пирамиды.2. Кольцевая антенна по п.1, отличающаяся тем, что количество директоров в кольцевой системе антенн типа волновой канал («Уда-Яги») определяется требуемой направленностью в горизонтальной плоскости в заданном азимутальном направлении.