КОЛЬЦЕВАЯ АНТЕННА Российский патент 2015 года по МПК H01Q11/00 

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно - к антеннам метрового и дециметрового диапазонов длин волн и может быть использовано для обеспечения радиосвязи стационарных и подвижных объектов в условиях воздействия радиопомех.

Известны кольцевые антенны, предназначенные для формирования в азимутальной плоскости равномерных круговых диаграмм направленности, провалы в которых не превышают уровня 3 дБ /1, 2/. Однако указанные антенны отличаются работой в узком диапазоне частот - на резонансной частоте и вблизи ее окрестностей.

Существуют также кольцевые антенны, обеспечивающие формирование равномерных круговых диаграмм направленности (ДН) в азимутальной плоскости в широкополосном диапазоне частот /3/.

Кроме того, известны кольцевые антенны, формирующие специально искаженные круговые ДН в сторону приема полезных сигналов для обеспечения необходимого защитного отношения мощности сигнала к мощности помехи в радиолинии /4/.

Прототипом изобретения является кольцевая антенна /4/, включающая в себя фидер питания, делитель мощности по количеству используемых логопериодических вибраторных антенн (ЛПВА), симметричные вибраторы, расположенные по сторонам кольцевого многоугольника, дополнительные кабели питания к входам этих симметричных вибраторов, собирательные линии и симметричные вибраторы различной длины, образующие ЛВПА, расположенных в плоскостях боковых поверхностей 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 вибраторов ЛПВА.

Недостатком прототипа является то, что специально искаженная круговая ДН антенны обеспечивает требуемое защитное отношение Q_п (дБ) мощности сигнала к мощности помехи в выбранном азимутальном направлении только в ограниченном частотном диапазоне.

Поставленной задачей является разработка кольцевой антенны, позволяющей обеспечить высокие эксплуатационно-технические характеристики, увеличить устойчивость применения средств радиосвязи в сложной электромагнитной обстановке.

Кольцевая антенна включает в себя фидер питания, делитель мощности на восемь, выполняемый их двух делителей на четыре и одного делителя на два, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя на восемь, подключаемые дополнительными кабелями питания к входам каждого из симметричных вибраторов, лежащих в основании условной пирамиды, которые служат также входами собирательных линий ЛВПА, а сами симметричные вибраторы с вибраторами ЛПВА образуют активные зоны возбуждения вибраторов и, соответственно, элементов кольцевого тока J в излучателе, при этом вибраторы ЛПВА располагаются в боковых поверхностях условной усеченной пирамиды для того, чтобы расстояние между концами смежных симметричных вибраторов в элементе кольцевого тока оставалось одинаковым в длинах волн, а также антенны типа ЛВПА, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды в выбранном азимутальном направлении на корреспондента φ=φ_а (град), при этом ее наибольший по геометрическим размерам вибратор является одновременно равным ему по длине вибратором ЛПВА, размещенной в боковой грани условной пирамиды.

Кольцевая антенна отличается от прототипа наличием антенны типа ЛВПА, расположенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, в выбранном азимутальном направлении на корреспондента, при этом наибольший вибратор ЛВПА является одновременно равным ему по длине вибратором ЛВПА, размещенной в одной из граней условной пирамиды с четным количеством граней. В приведенном варианте (фиг. 1) количество граней условной пирамиды равно восьми. При необходимости количество антенн типа ЛВПА, расположенных в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, может быть увеличено до максимального числа ее граней. Требование по четному количеству граней условной пирамиды обусловлено конструктивными особенностями делителей напряжения.

Наличие в кольцевой антенне фидера питания, делителя мощности по количеству ЛПВА, симметричных вибраторов, расположенных по сторонам нижнего кольцевого многоугольника условной пирамиды, дополнительных кабелей питания к входам симметричных вибраторов, ЛВПА, расположенных в плоскости боковой поверхности условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней, а также ЛВПА, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды в выбранном азимутальном направлении на корреспондента, при этом наибольший вибратор ЛПВА, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, одновременно является равным ему по геометрической длине вибратором ЛПВА, размещенной в гранях условной пирамиды, позволяет получить технический результат: расширение диапазонных свойств антенны в горизонтальной плоскости и обеспечение необходимого защитного отношения мощности сигнала к мощности помехи в расширенном диапазоне частот.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема кольцевой антенны; на фиг. 2 приведен пример ДН различных вариантов кольцевой антенны в азимутальной плоскости; на фиг. 3 показаны сравнительные частотные характеристики макетов кольцевой антенны и ее прототипа, полученные по итогам испытаний.

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 служат также входами собирательных линий ЛПВА, а сами симметричные вибраторы 4 с наименьшими по длине вибраторами ЛПВА 5 вместе с остальными вибраторами 6 образуют активные зоны возбуждения вибраторов и, соответственно, элементов кольцевого тока J в излучателе 7, при этом вибраторы ЛПВА 5 располагаются в боковых поверхностях условной усеченной пирамиды 8 для того, чтобы расстояние между концами смежных симметричных вибраторов в элементе кольцевого тока оставалось одинаковым в длинах волн, ЛВПА 9, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды в выбранном азимутальном направлении на корреспондента φ=φ_а (град), при этом в ЛПВА 9 ее наибольший по геометрическим размерам вибратор 10 является одновременно равным ему по длине вибратором первой ЛПВА, размещенной в первой боковой грани условной пирамиды.

Устройство работает следующим образом. При подведении высокочастотной энергии от передатчика к кольцевой антенне с помощью фидера питания 1 и составного делителя мощности на восемь 2 подводимая мощность сигнала делится равномерно и синфазно между его выходами. Дополнительными кабелями питания 3 деленная на восемь мощность сигнала 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 кольцевая антенна становится более широкополосной по диаграмме направленности, увеличивается ее согласование с питающим радиочастотным фидером. Для расширения диапазонных свойств кольцевой антенны в выбранном азимутальном направлении и обеспечения требуемого защитного отношения Q_п (дБ) используется антенна типа ЛПВА 9, наибольший по геометрическим размерам вибратор 10 которой одновременно является равным ему по длине вибратором ЛПВА 5, размещенной в одной из плоскостей условной усеченной пирамиды. При этом за счет появляющегося максимума диаграммы направленности в выбранном азимутальном направлении обеспечивается требуемое защитное отношение мощности сигнала к мощности радиопомехи на приеме, увеличивается энергетический потенциал радиолинии.

Изменяя размеры наибольших вибраторов антенны типа ЛПВА 9, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, и, соответственно, места их подключения к вибраторам аналогичных размеров ЛПВА, размещенной в одной из граней условной пирамиды, можно регулировать диапазонные свойства кольцевой антенны в выбранном азимутальном направлении на корреспондента.

На фиг. 2 приведен пример ДН кольцевой антенны в азимутальной плоскости (представлена непрерывной линией). При этом количество введенных в горизонтальной плоскости и выбранных азимутальных направлениях φ₁ и φ₂ антенн типа ЛВПА равно двум. Поскольку число граней условной пирамиды равно восьми, то возможно введение еще до шести антенн типа ЛВПА в горизонтальной плоскости в выделенных азимутальных направлениях, не совпадающих с направлением источника радиопомехи φ_п. Дополнительные изменения в ДН кольцевой антенны в этом случае отмечены прерывистыми линиями.

На фиг. 3 приведены экспериментально полученные частотные характеристики изготовленных макетов кольцевой антенны и ее прототипа. Так, например, при защитном отношении мощности сигнала к мощности помехи в выделенном азимутальном направлении Q_{п тр (вн)}=33 дБ и рабочем диапазоне частот 100-1450 МГц установлено, что диапазонные свойства кольцевой антенны в выделенном направлении ΔF_{устр(вн)} увеличились в нижней части рабочего диапазона частот на 130-150 МГц, а в верхней части рабочего диапазона частот на 180-200 МГц по сравнению с прототипом.

Таким образом, решена задача по разработке кольцевой антенны, обеспечивающей расширение диапазонных свойств в горизонтальной плоскости и обеспечение необходимого защитного отношения мощности сигнала к мощности помехи в расширенном диапазоне частот.

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, т. 1, М.: Госэнергоиздат, 1961, рис. 9 - 109а, 9 - 109б, 9 - 109в.

3. Патент РФ №2191451 «Кольцевая антенна». Описание изобретения к патенту РФ, 2002.

4. Патент РФ №2346364 «Кольцевая антенна». Описание изобретения к патенту РФ, 2009 (прототип).

Изобретение относится к области антенно-фидерных устройств и может быть использовано для обеспечения устойчивой радиосвязи стационарных и подвижных объектов в любом азимутальном направлении. Технический результат - расширение диапазонных свойств антенны в горизонтальной плоскости и обеспечение необходимого защитного отношения мощности сигнала к мощности помехи в расширенном диапазоне частот. Кольцевая антенна содержит фидер питания, делитель мощности на число логопериодических вибраторных антенн, диапазон частот каждой из которых совпадает с диапазоном частот работы антенны, соединенный с фидером питания с одной стороны и с другой стороны дополнительными кабелями с входами логопериодических вибраторных антенн, размещенных в боковых поверхностях-гранях условной многоугольной усеченной пирамиды с четным количеством граней, и дополнительно примененных логопериодических вибраторных антенн, расположенных в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, за исключением самых длинных вибраторов, одновременно являющихся равными им по длине и используемыми вибраторами логопериодических вибраторных антенн, размещенных в гранях условной пирамиды. 3 ил.

Кольцевая антенна, содержащая фидер питания, делитель мощности на число логопериодических вибраторных антенн, диапазон частот каждой из которых совпадает с диапазоном частот работы антенны, соединенный с фидером питания с одной стороны и с другой стороны дополнительными кабелями с входами логопериодических вибраторных антенн, размещенных в боковых поверхностях-гранях условной многоугольной усеченной пирамиды с четным количеством граней, отличающаяся тем, что в составе кольцевой антенны применяются логопериодические вибраторные антенны, расположенные в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, за исключением самых длинных вибраторов, одновременно являющихся равными им по длине и используемыми вибраторами логопериодических вибраторных антенн, размещенных в гранях условной пирамиды.