АНТЕННА ТЕЛЕВИЗИОННАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ШИРОКОПОЛОСНАЯ Российский патент 2010 года по МПК H01Q21/30 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано, например, в качестве многопрограммной антенны эфирного цифрового телевидения.

Известны комбинированные широкополосные антенны, содержащие протяженные несущие, на которых по оси закреплены директорные антенны дециметрового и метрового диапазонов волн, электрически соединенные между собой (US 3683391, опубл. 19.10.1970 и GB 1343498, опубл. 09.01.1974) или веерные вибраторы метрового диапазона (АТИНВ1-60М).

Основными недостатками вышеупомянутых антенн являются низкие эксплуатационные характеристики из-за громоздкости и линейной протяженности конструкции и снижение электрических параметров при соединении антенны метрового и дециметрового диапазонов волн при ухудшении КСВ (коэффициента стоячих волн) до 5,0.

Известна антенна телевизионная всеволновая (пат. РФ №2169419, опубл. 27.01.2001), содержащая рефлектор, выполненный в виде решетки, перед которым размещены по высоте и механически закреплены на несущей через изоляторы четыре директорных антенны дециметрового диапазона волн и вынесенный по высоте за пределы рефлектора с поворотно-фиксирующим устройством активный вибратор метрового диапазона волн.

Основным недостатком данной антенны является сложность, как конструкционная с дополнительным устройством поворотно-фиксирующего устройства и гибкой двухпроводной линией, так и схемотехническая с дополнительным введением собственного согласующего трансформатора метрового диапазона волн и общего суммирующего устройства.

Наиболее распространенной при массовом производстве и наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой антенне является телевизионная индивидуальная наружная антенна L330.09 «Экстра», которая содержит рефлектор, выполненный в виде решетки с боковыми створками, расположенными под тупым углом к плоскости рефлектора, перед рефлектором размещены по высоте и механически прикреплены к несущей стойке через изоляторы четыре директорных антенны, причем в верхней директорной антенне установлен комбинированный метрово-дециметровый активный V-образный вибратор, а в трех нижних директорных антеннах установлены активные V-образные вибраторы дециметрового диапазона волн. Активные V-образные вибраторы электрически подсоединены к двухпроводной линии, в центр которой включается как плата согласования, так и широкополосный антенный усилитель, тип которого подбирается в зависимости от конкретных условий приема (Копия инструкции по сборке антенны-прототипа прилагается).

Основными недостатками прототипа являются наличие платы согласования, большой разброс величин КСВ по рабочему диапазону и необходимость для устранения большого разброса величин КСВ использовать широкополосные антенные усилители, а также отсутствие конструкционной грозозащиты. Кроме того, к рассмотренным недостаткам следует отнести также более лучший прием с обратного направления в низкочастотной части рабочего диапазона, так как более узкий, относительно плеч активных вибраторов метрового и дециметрового диапазонов, пассивный рефлектор выполняет функции директора.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в улучшении согласования работы антенны во всем рабочем диапазоне волн при снижении разбросов КСВ, обеспечении работы антенны без согласующих устройств, более выраженной направленности во всем диапазоне радиоволн и конструкционной грозозащиты.

Технический результат достигается тем, что в антенне телевизионной комбинированной широкополосной, содержащей выполненный в виде плоского прямоугольного решетчатого экрана с боковыми створками, расположенными под тупым углом к плоскости последнего, и расположенный в вертикальной плоскости рефлектор, перед которым по высоте на одинаковом расстоянии друг от друга размещены и механически закреплены к несущей стойке через изоляторы директорные антенны, в которых установлены активные V-образные вибраторы дециметрового диапазона волн, причем рефлектор также механически закреплен на заданном расстоянии к несущей стойке, двухпроводную вертикальную линию, в центре которой расположены точки питания антенны и к которой электрически подсоединены активные V-образные вибраторы, дополнительно снабжена расположенным в плоскости, параллельной плоскости рефлектора, зигзагообразным полотном дециметрового диапазона волн, содержащим две незамкнутые ромбообразные секции, лежащие в одной плоскости и повернутые друг к другу незамкнутыми концами, соединенными друг с другом и с точками питания антенны с помощью дополнительно введенных перемычек из проводников, при этом расположенные напротив друг друга и напротив соединенных друг с другом незамкнутых концов ромбообразных секций верхняя и нижняя точки последних являются точками нулевого потенциала и точками максимумов токов и гальванически и механически соединены с рефлектором, двухпроводной горизонтальной линией, расположенной в плоскости, перпендикулярной плоскости рефлектора и не имеющей электрического контакта с последним, за рефлектором на заданном расстоянии установлен активный вибратор метрового диапазона волн, выполненный разрезным по центру с образованием в местах разреза точек его питания, последние с помощью горизонтальной двухпроводной линии соединены с точками питания антенны, директорные антенны с активными V-образными вибраторами и зигзагообразное полотно расположены от рефлектора по удаленности в трех параллельных вертикальных плоскостях, в первой наиболее близкой к рефлектору плоскости расположены верхняя и нижняя директорные антенны, во второй плоскости расположено зигзагообразное полотно, в третьей наиболее удаленной плоскости расположена средняя директорная антенна. Расстояние от активного вибратора метрового диапазона волн до рефлектора составляет (0,10-0,12)λ_макс., где λ_макс. - максимальная длина волны. Причем первая плоскость, в которой расположены верхняя и нижняя директорные антенны, удалена от рефлектора на расстоянии (0,10-0,15)λ_ср., где λ_ср. - средняя длина волны, вторая плоскость, в которой расположено зигзагообразное полотно, удалена от рефлектора на расстоянии (0,15-0,25)λ_ср.,

третья плоскость, в которой расположена средняя директорная антенна, удалена на расстоянии (0,25-0,40)λ_ср..

Отличительными признаками предлагаемой антенны от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются:

- дополнительная установка перед рефлектором зигзагообразного полотна,

- зигзагообразное полотно расположено параллельно плоскости рефлектора,

- зигзагообразное полотно содержит две незамкнутые ромбообразные секции, лежащие в одной плоскости и повернутые друг к другу незамкнутыми концами, соединенными друг с другом и с точками питания антенны с помощью дополнительно введенных перемычек из проводников,

- верхняя и нижняя точки ромбообразных секций, расположенные напротив друг друга и напротив соединенных друг с другом незамкнутых концов ромбообразных секций, являются точками нулевого потенциала и точками максимумов токов и гальванически и механически соединены с рефлектором,

- установка двухпроводной горизонтальной линией,

- двухпроводная горизонтальная линия расположена в плоскости, перпендикулярной плоскости рефлектора, и не имеет электрического контакта с рефлектором,

- за рефлектором на расстоянии, равном (0,10-0,12) λ_макс., где λ_макс. - максимальная длина волны, установлен активный вибратор метрового диапазона волн,

- активный вибратор метрового диапазона волн выполнен разрезным по центру с образованием в местах разреза точек его питания,

- точки питания активного вибратора метрового диапазона волн соединены с помощью горизонтальной двухпроводной линии с точками питания антенны,

- директорные антенны с активными V-образными вибраторами и зигзагообразное полотно расположены от рефлектора по удаленности в трех вертикальных плоскостях,

- в первой наиболее близкой к рефлектору плоскости расположены верхняя и нижняя директорные антенны,

- во второй плоскости расположено зигзагообразное полотно,

- в третьей наиболее удаленной плоскости расположена средняя директорная антенна,

- причем первая плоскость удалена от рефлектора на расстоянии (0,10-0,15)λ_ср., где

λ_ср. - средняя длина волны, вторая плоскость удалена от рефлектора на расстоянии (0,15-0,25)λ_ср.,

третья плоскость удалена на расстоянии (0,25-0,40)λ_ср.

Благодаря наличию этих признаков работа антенны осуществляется без специального симметрирующего устройства при питании коаксиальным кабелем при его прокладке через точку нулевого потенциала по проводникам зигзагообразного полотна к точкам питания антенны с подключением оплетки кабеля к одной из них, а центрального проводника к другой, т.к. в верхней и нижней точках ромбообразных секций обеспечивается нулевое напряжение и максимумы токов независимо от длин волн. Кроме того, применение в предлагаемом техническом решении меньшего количества активных элементов и разнотипных антенн дециметрового диапазона радиоволн с различными резонансными характеристиками снижает эффект шунтирования двухпроводной линии в полосе рабочего диапазона длин волн и выравнивает в нем КСВ. Гальваническое соединение точек нулевого потенциала с рефлектором, а также через проводники зигзагообразного полотна, перемычки и вертикальную двухпроводную линию с активными V-образными вибраторами обеспечивает надежную грозозащиту.

При расположении активного вибратора метрового диапазона длин радиоволн за рефлектором дециметрового диапазона радиоволн рефлектор и зигзагообразное полотно служат в качестве директоров метрового диапазона длин радиоволн для активного вибратора метрового диапазона, и тем самым обеспечивается выраженная направленность во всем рабочем диапазоне длин радиоволн.

Дополнительным техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение механической прочности конструкции антенны за счет устройства дополнительного диэлектрического крепежа и электрической прочности электронных схем, при использовании широкополосных антенных усилителей от статического электричества за счет конструкционной грозозащиты.

Предлагаемая телевизионная комбинированная широкополосная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-7.

На фиг.1 схематично изображена заявляемая антенна, на фиг.2 - характеристики параметров антенны-прототипа, на фиг.3 - характеристики параметров предложенной антенны, на фиг.4 - диаграмма направленности антенны-прототипа в горизонтальной плоскости на частотах рабочего диапазона, на фиг.5 - диаграмма направленности антенны-прототипа в вертикальной плоскости на частотах рабочего диапазона, на фиг.6 - диаграмма направленности заявляемой антенны в горизонтальной плоскости на частотах рабочего диапазона волн, на фиг.7 - диаграмма направленности заявляемой антенны в вертикальной плоскости на частотах рабочего диапазона.

Антенна телевизионная комбинированная широкополосная содержит решетчатый рефлектор 1 с боковыми створками 1' (фиг.1). Боковые створки 1' расположены к плоскости рефлектора под углом α>90°. Рефлектор 1 механически прикреплен к несущей стойке (на фиг.1 не показана). Перед рефлектором 1 размещены по высоте на одинаковом расстоянии друг от друга и механически прикреплены к несущей стойке через изоляторы 2 три директорные антенны 3₁, 3₂, 3₃ с активными V-образными вибраторами соответственно 4₁, 4₂, 4₃. На вертикальной двухпроводной линии 5 по центру расположены точки 6 питания антенны. Параллельно рефлектору 1 расположено зигзагообразное полотно 7. Зигзагообразное полотно 7 содержит две незамкнутые ромбообразные секции 8₁ и 8₂. Ромбообразные секции 8₁ и 8₂ незамкнутыми концами соединены между собой в точках 9. Точки 9 соединены с точками 6 питания антенны перемычками 10 из проводников. Верхняя точка 11 секции 8₁, нижняя точка 12 секции 8₂ электрически и механически соединены с рефлектором 1 с помощью проводящего крепежа 13. Точки 11 и 12 являются точками нулевого потенциала и максимумов токов. Сзади рефлектора 1 размещен активный вибратор 14 метрового диапазона радиоволн. Активный вибратор 14 выполнен разрезным по центру с образованием в местах разреза точек 15 его питания. Точки 15 питания активного вибратора 14 соединены горизонтальной двухпроводной линией 16 с точками 6 питания антенны. Горизонтальная двухпроводная линия 16 расположена в плоскости, которая перпендикулярна плоскости рефлектора 1. Двухпроводная линия 16 не имеет электрического контакта с рефлектором 1. Между рефлектором 1 и точками 6 питания антенны может быть включен запорный для высокочастотных составляющих дроссель в виде кольцевых витков (на фиг.1 не показан) каждого из проводников соединительной линии 16.

Директорные антенны 3₁, 3₂, 3₃ с активными V-образными вибраторами соответственно 4₁, 4₂, 4₃ и зигзагообразное полотно 7 расположены от рефлектора 1 по мере удаления от него в трех вертикальных параллельных плоскостях (на фиг.1 не показаны). В первой наиболее близкой к рефлектору 1 плоскости размещены верхняя

3₁ и нижняя 3₃ директорные антенны. Во второй плоскости находится зигзагообразное полотно 7. В третьей наиболее удаленной от рефлектора 1 плоскости расположена средняя директорная антенна 3₂. Верхняя 3₁ и нижняя 3₃ директорные антенны установлены от рефлектора 1 на расстоянии (0,10-0,15)λ_ср., где λ_ср. - средняя длина волны. Зигзагообразное полотно 7 установлено от рефлектора 1 на расстоянии (0,15-0,25)λ_ср.. Средняя директорная антенна 3₂ установлена от рефлектора 1 на расстоянии (0,25-0,40)λ_ср..

Антенна телевизионная комбинированная работает следующим образом.

Для формирования диаграммы направленности антенны, в частности, необходимо, чтобы излучатели были сфазированы и разнесены относительно друг друга. Благодаря конструкции зигзагообразного полотна 7 его проводники возбуждаются так, что образуется своеобразная синфазная решетка, которая работает в дециметровом диапазоне длин волн. Для увеличения сигнала на выходе антенны в дециметровом диапазоне дополнительно к зигзагообразному полотну 7 используют верхнюю 3₁ и нижнюю 3₃ директорные антенны, соединенные двухпроводной линией 5 в синфазную решетку. В метровом диапазоне длин волн используется активный вибратор 14 метрового диапазона радиоволн. Рефлектор 1, сзади которого размещен активный вибратор 14 метрового диапазона радиоволн, работает как директор и обеспечивает выраженную направленность в метровом диапазоне радиоволн, совпадающую с дециметровым диапазоном. Для обеспечения развязки работы антенны в дециметровом диапазоне радиоволн от влияния противофазных составляющих, находящихся на активном вибраторе 14 метрового диапазона радиоволн, в соединительную линию между точками 15 питания активного вибратора 14 метрового диапазона и точками 6 питания антенны может быть включен запирающий фильтр в виде индуктивности за счет кольцевых витков проводников соединительной линии. При работе в метровом диапазоне этот фильтр влияния не оказывает. При работе в дециметровом диапазоне зигзагообразное полотно 7 работает как директор. Расфазированные элементы дециметрового диапазона радиоволн в метровом диапазоне радиоволн большого влияния на работу антенны в метровом диапазоне радиоволн также не оказывают, а работают как еще один директор. Искусственное симметрирование за счет использования режима работы зигзагообразного полотна 7 в дециметровом диапазоне длин волн обеспечивает работу и в метровом диапазоне длин волн, хотя не исключается и использование широкополосного высокочастотного трансформатора для этих целей.

Результаты электронного моделирования полностью подтверждают работу предлагаемой антенны, о чем свидетельствуют диаграммы направленности в горизонтальной плоскости (фиг.6) и в вертикальной плоскости (фиг.7). На фиг.3 представлены электрические параметры предлагаемой антенны, которые свидетельствуют об улучшении согласования работы антенны во всем рабочем диапазоне волн при снижении разбросов КСВ, о выраженной направленности во всем рабочем диапазоне волн.

Создан опытный образец предлагаемой антенны, успешно проведены его испытания, которые полностью подтвердили результаты электронного моделирования.

Изобретение относится к антенной технике. Техническим результатом является улучшение согласования работы антенны во всем рабочем диапазоне волн при снижении разбросов КСВ, обеспечение работы антенны без согласующих устройств, более выраженной направленности в метровом диапазоне радиоволн и конструкционной грозозащиты. Антенна телевизионная комбинированная широкополосная содержит рефлектор с боковыми створками, три директорные антенны с активными V-образными вибраторами дециметрового диапазона, зигзагообразное полотно дециметрового диапазона, активный вибратор метрового диапазона и две двухпроводные линии. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Антенна телевизионная комбинированная широкополосная, содержащая выполненный в виде плоского прямоугольного решетчатого экрана с боковыми створками, расположенными под тупым углом к плоскости последнего, и расположенный в вертикальной плоскости рефлектор, перед которым по высоте на одинаковом расстоянии друг от друга размещены и механически закреплены к несущей стойке через изоляторы директорные антенны, в которых установлены активные V-образные вибраторы дециметрового диапазона волн, причем рефлектор также механически закреплен на заданном расстоянии к несущей стойке, двухпроводную вертикальную линию, в центре которой расположены точки питания антенны и к которой электрически подсоединены активные V-образные вибраторы, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена расположенным в плоскости, параллельной плоскости рефлектора, зигзагообразным полотном, содержащим две незамкнутые ромбообразные секции, лежащие в одной плоскости и повернутые друг к другу незамкнутыми концами, соединенными друг с другом и с точками питания антенны с помощью дополнительно введенных перемычек из проводников, при этом расположенные напротив друг друга и напротив соединенных друг с другом незамкнутых концов ромбообразных секций верхняя и нижняя точки этих секций являются точками нулевого потенциала и точками максимумов токов и гальванически и механически соединены с рефлектором, двухпроводной горизонтальной линией, расположенной в плоскости, перпендикулярной плоскости рефлектора и не имеющей электрического контакта с последним, за рефлектором на заданном расстоянии установлен активный вибратор метрового диапазона волн, выполненный разрезным по центру с образованием в местах разреза точек его питания, последние с помощью горизонтальной двухпроводной линии соединены с точками питания антенны, директорные антенны с активными V-образными вибраторами и зигзагообразное полотно расположены от рефлектора по удаленности в трех вертикальных плоскостях, в первой наиболее близкой к рефлектору плоскости расположены верхняя и нижняя директорные антенны, во второй плоскости расположено зигзагообразное полотно, в третьей наиболее удаленной плоскости расположена средняя директорная антенна.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что расстояние от активного вибратора метрового диапазона волн до рефлектора составляет (0,10÷0,12) λ_макс., где λ_макс. - максимальная длина волны.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что первая плоскость удалена от рефлектора на расстоянии (0,10÷0,15)λ_ср., где λ_cp. - средняя длина волны, вторая плоскость удалена от рефлектора на расстоянии (0,15÷0,25)λ_ср.; третья плоскость удалена на расстоянии (0,25÷0,40)λ_ср.