АНТЕННАЯ РЕШЕТКА НАКЛОННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ МОДУЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ МОБИЛЬНОГО МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛИТЕЛЬНОГО КАРДИОМОНИТОРИРОВАНИЯ И ЭРГОМЕТРИИ Российский патент 2017 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток для ретрансляторов связи, работающих на наклонной и круговой поляризации электромагнитных волн, многофункциональных аппаратно-программных комплексов, беспилотных летательных информационных комплексов, ретрансляторов связи диспетчерских центров [1-4].

Аналогом заявляемого устройства является антенное ретранслирующее устройство, осуществляющее прием и передачу сигнала при измерении диаграмм вторичного излучения антенн. Устройство представляет приемопередающую антенну, состоящую из пирамидального рупора, соединенного с короткозамкнутым волноводным фактом, в котором установлен амплитудно-фазовый модулятор (авторское свидетельство №315128 от 1970 г., МПК G01R 29/10, Баренова И.В., Варшавчик М.Л., Кобак В.О.).

Недостатком аналога является узкий сектор рабочих углов Δϕ, где ϕ - пространственный угол (например, угол азимута).

Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого устройства является электродинамический антенный отражатель Ван-Атта, состоящий из N-nap волноводных антенн в виде линейных вибраторов или волноводов, соединенных согласованными трактами одинаковой электрической длины (патент США №2908002, кл. 343-776 от 1955 г.).

Прототип имеет узкую ширину диаграммы обратного рассеяния, т.е. меньшую или равную 80° (Δϕ≤80°), где ϕ - угол азимута, совпадающий с плоскостью расположения решетки антенных переизлучателей.

Целью изобретения является создание приемопередающей антенной решетки, имеющей более широкую диаграмму обратного рассеяния. Заявляемое устройство позволяет решать следующие задачи:

- создавать переизлученный сигнал связи в широком секторе углов пространства до значения в два раза шире, чем прототип;

- использовать одно заявляемое устройство вместо двух прототипов;

- уменьшить массогабаритные характеристики ретранслятора связи.

Решение поставленных задач достигается тем, что в заявляемом устройстве все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов с ортогональными плечами, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор с ортогональными плечами, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары, при этом плечи вибраторов первого излучателя N пары соединены друг с другом через трансформатор импедансов и через боковые плечи микрополоскового делителя СВЧ-мощности, среднее плечо которого подключено к СВЧ-тракту в виде коаксиального кабеля, соединено со средним плечом микрополоскового делителя СВЧ-мощности второго излучателя N пары, который дополнительно содержит второй V-образный вибратор с ортогональными плечами, соединенными противофазно с первым V-образным вибратором второго излучателя N пары, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары, а второе правое плечо первого вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго V-образного вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары, при этом плечи вибраторов второго излучателя N пары соединены друг с другом через трансформатор импедансов и через боковые плечи микрополоскового делителя СВЧ-мощности, все V-образные дипольные антенны всех излучателей расположены на одной оси в пространстве так, что плечи первых вибраторов первого и второго излучателей N пары составляют угол α, равный от ±30 до ±60° (±α = от ±30 до ±60°) с продольной осью решетки устройства, первые левые плечи первых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом -α, вторые правые плечи первых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом +α, плечи вторых вибраторов первого и второго излучателей N пары составляют угол α, равный от ±30 до ±60° (±α = от ±30 до ±60°) с продольной осью решетки устройства, первые левые плечи вторых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом +α, вторые правые плечи вторых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом -α, первые вибраторы первого и второго излучателей N пары расположены под углом γ, равным от -10до -89° (γ= от -10 до -89°) с поперечной осью, расположенной ортогонально апертуре, вторые вибраторы первого и второго излучателей N пары расположены под углом γ, равным от 10 до 89° (γ = от 10 до 89°) с поперечной осью, расположенной ортогонально апертуре, центры вибраторов первого излучателя первой-пары находятся в плоскости центров вибраторов первого излучателя N пары на прямой между ними, вместе вибраторы первых излучателей образуют левую половину апертуры, центры вибраторов второго излучателя первой-пары находятся в плоскости центров вибраторов второго излучателя N пары на прямой между ними, вместе вибраторы вторых излучателей образуют правую половину апертуры, левая половина апертуры и правая половина апертуры образуют раскрыв антенной решетки в виде клина с углом при вершине , равным от 10 до 180° градусов (β=от 10 до 180°), кроме того, дополнительно содержит полупроводниковые СВЧ-усилители-модуляторы, встроенные в согласованные СВЧ-тракты и подключенные к модулятору пульта управления и соединенному с источником питания, кроме того, дополнительно содержит металлизированный рефлектор, находящийся над диполями на расстоянии L, равном одной четвертой средней длины рабочего диапазона волн, кроме того, основание антенной решетки представляет аэродинамический обтекаемый корпус, имеющий форму в виде планера «единое крыло» с вертикальным аэродинамическим хвостовым стабилизатором и радиопрозрачным обтекателем вибраторных антенн решетки.

На фиг. 1 представлена конструкция заявляемого устройства, где обозначено:

1 - основание,

2, 4 - левое и правое плечи первого V-образного вибратора первого излучателя N пары,

3, 5 - правое и левое плечи второго V-образного вибратора первого излучателя N пары,

6 - два трансформатора импедансов первого излучателя, каждый в виде полоскового трехшлейфового трансформатора с короткозамкнутыми на концах шлейфами [2],

7 - делитель СВЧ-мощности первого излучателя в виде полоскового «двукратного» делителя мощности пополам [2],

8 - СВЧ-тракт в виде коаксиального кабеля,

9 - два трансформатора импедансов второго излучателя, каждый в виде полоскового трехшлейфового трансформатора с короткозамкнутыми на концах шлейфами [2],

10 - делитель СВЧ-мощности второго излучателя в виде полоскового «двукратного» делителя мощности пополам [2],

11, 13 - первое левое и второе правое плечи первого V-образного вибратора второго излучателя N пары,

12, 14 - второе правое и первое левое плечи второго V-образного вибратора второго излучателя N пары,

15 - полупроводниковые СВЧ-усилители-модуляторы, встроенные в согласованные СВЧ-тракты,

16 - модулятор пульта управления,

17 - источник питания,

18 - металлизированный рефлектор, находящийся над диполями на расстоянии L, равном одной четвертой средней длины рабочего диапазона волн.

На фиг. 2 представлен вид сбоку с частичным вырезом конструкции заявляемого устройства, где показан угол γ, равный от 10 до 89° (γ= от 10 до 89°) с поперечной осью решетки устройства, расположенной ортогонально раскрыву, апертуре решетки. Показан угол β, причем левая половина апертуры и правая половина апертуры образуют раскрыв антенной решетки устройства в виде клина с углом при вершине β°, равным от 10 до 180° градусов (β=от 10 до 180°).

Конструкция заявляемого устройства представляет и содержит следующее.

Антенная решетка наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии жестко закреплена на основании 1 фиг. 1, и состоит из N пар антенных излучателей в виде V-образных вибраторов с плечами 2 и 4, соединенных с помощью согласованных СВЧ-трактов 8 одинаковой электрической длины, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор с плечами 3 и 5, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары, при этом плечи вибраторов первого излучателя N пары соединены друг с другом через трансформаторы импедансов 6 и через боковые плечи микрополоскового делителя СВЧ-мощности 7 первого излучателя N пары, среднее входное плечо которого подключено к СВЧ-тракту в виде коаксиального кабеля 8, соединено со средним входным плечом микрополоскового делителя СВЧ-мощности 10 второго излучателя N пары, который дополнительно содержит второй V-образный вибратор с плечами 12 и 14, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором с плечами 11 и 13, второго излучателя N пары, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго V-образного вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары, при этом плечи вибраторов второго излучателя N пары соединены друг с другом через два трансформатора импедансов 9 и через боковые плечи микрополоскового делителя СВЧ-мощности 10, все V-образные вибраторные антенны всех излучателей расположены на одной оси в пространстве так, что плечи первых вибраторов первого и второго излучателей N пары составляют угол α, равный от ±30 до ±60° (±α = от ±30 до ±60°) с продольной осью решетки устройства, первые левые плечи первых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом -α, вторые правые плечи первых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом +α, плечи вторых вибраторов первого и второго излучателей N пары составляют угол α, равный от ±30 до ±60° (±α = от ±30 до ±60°) с продольной осью решетки устройства, первые левые плечи вторых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом +α, вторые правые плечи вторых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом -α, первые вибраторы первого и второго излучателей N пары расположены под углом γ, равным от -10 до -89° (γ= от -10 до -89°) с поперечной осью, расположенной ортогонально апертуре, вторые вибраторы первого и второго излучателей N пары расположены под углом γ, равным от 10 до 89° (γ= от 10 до 89°) с поперечной осью, расположенной ортогонально апертуре, центры вибраторов первого излучателя первой пары находятся в плоскости центров вибраторов первого излучателя N пары на прямой между ними, вместе вибраторы первых излучателей образуют левую половину апертуры, центры вибраторов второго излучателя первой пары находятся в плоскости центров вибраторов второго излучателя N пары на прямой между ними, вместе вибраторы вторых излучателей образуют правую половину апертуры, левая половина апертуры и правая половина апертуры образуют раскрыв антенной решетки в виде клина с углом при вершине β, равным от 10 до 180° градусов (β = от 10 до 180°), за положительное направление угла альфа +α принято направление против часовой стрелки, кроме того, дополнительно содержит полупроводниковые СВЧ-усилители-модуляторы 15, встроенные в согласованные СВЧ-тракты и подключенные к модулятору 16 пульта управления и соединенному с источником питания 17, кроме того, дополнительно содержит металлизированный рефлектор 18, находящийся над диполями на расстоянии L, равном одной четвертой средней длины рабочего диапазона волн, кроме того, основание антенной решетки представляет аэродинамический обтекаемый корпус с радиопрозрачными диэлектрическими окнами для вибраторов антенн, имеющий форму в виде планера «единое крыло» с вертикальным аэродинамическим хвостовым стабилизатором.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Заявляемое устройство имеет V-образные вибраторные антенны, каждое плечо которых работает на ортогональных поляризациях, следовательно, заявляемое устройство в целом работает на наклонной поляризации.

Предложенное устройство имеет антенные излучатели N пары в виде двух V-образных вибраторов, плечи которых возбуждаются противофазно в пространстве.

Диаграммы направленности этих антенных излучателей заявляемого устройства имеют ширину 135°, диаграммы обратного рассеяния заявляемого устройства имеют ширину более 160° на наклонной поляризации электромагнитных волн за счет наклоненных к поперечной оси вибраторов излучателей.

Диаграммы направленности антенных излучателей прототипа имеют ширину 45°, и диаграммы обратного рассеяния тоже имеют ширину 45°, и прототип не работает наклонной поляризации электромагнитных волн.

Заявляемое устройство работает на наклонной поляризации электромагнитных волн и обеспечивает приемопередачу сигнала в заданном направлении (например, на диспетчерский центр многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии) сигнала строго в обратном направлении, который усиливается и модулируется с помощью СВЧ-диодов переключательного типа или генераторных и усиливающих СВЧ-диодов, подключенных к НЧ модулятору информационного сигнала и установленных в волноводных трактах, т.е. обеспечивается ретрансляция, модуляция и усиление сигнала.

Заявляемое устройство создает на наклонной поляризации электромагнитных волн усредненную диаграмму обратного рассеяния шириной Δϕ_ЗУ, которая более чем в три раза шире, чем диаграмма обратного рассеяния устройства прототипа Δϕ_прот, т.е.

Δϕ_ЗУ≥3ϕ_прот.

Заявляемое устройство используется в Научно-образовательном центре защиты и поддержки интеллектуальной собственности Южного федерального университета (НОЦ ЗИС КТ ЮФУ), Научно-техническом центре «Техноцентр» Южного федерального университета, АНПОО «Кропоткинский железнодорожный техникум», Южном центре инжиниринга и трансфера технологий, открытом акционерном обществе «Научно-производственное предприятие космического приборостроения «Квант», кафедре дискретной математики и методов оптимизации (ДМиМО) ИКТИБ ЮФУ), кафедре САПР ИКТИБ ЮФУ - в качестве ретранслятора связи модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии при работе комплекса в труднодоступных горных районах (и в районах со слабым сигналом GSM сети) для повышения качества связи с диспетчерским центром комплекса, а также в качестве ретранслятора связи беспилотных летательных информационных комплексов и систем мониторинга.

Источники информации

1. В.О. Кобак. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. радио, 1975 г.

2. Огурцов Е.С., Огурцов С.Ф. «Устройство для измерения и калибровки диаграмм направленности светоизлучающих устройств в плоскости». Патент №2361183 от 10.07.09. М: ФГУ ФИПС, 2009.

3. Огурцов Е.С.Комплекс для измерения и калибровки диаграмм направленности излучающих устройств. Сборник трудов Международной конференции ИРЭМВ-2009.

4. Огурцов Е.С.«Конструктивный синтез автономных пассивных и полуактивных ретрансляторов, работающих от динамогенераторов на энергии поля постоянных магнитов», Сборник трудов 7 Межвуз. науч. - практич. конфер., МГОУ, 2008 г.

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной антенной решетки наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии является то, что все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары. Техническим результатом является расширение рабочего сектора углов в плоскости антенной решетки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Антенная решетка наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии, жестко закрепленная на основании, состоящая из N пар антенных излучателей, соединенных с помощью согласованных СВЧ-трактов одинаковой электрической длины, отличающаяся тем, что все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары, при этом плечи вибраторов первого излучателя N пары соединены друг с другом через трансформатор импедансов и через боковые плечи делителя СВЧ-мощности, среднее плечо которого подключено к СВЧ-тракту в виде коаксиального кабеля, соединено со средним плечом делителя СВЧ-мощности второго излучателя N пары, который дополнительно содержит второй V-образный вибратор с ортогональными плечами, соединенными противофазно с первым V-образным вибратором второго излучателя N пары, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары, а второе правое плечо первого вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго V-образного вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары, при этом плечи вибраторов второго излучателя N пары соединены друг с другом через трансформатор импедансов и через боковые плечи делителя СВЧ-мощности, все V-образные вибраторные антенны всех излучателей расположены на одной оси в пространстве так, что плечи первых вибраторов первого и второго излучателей N пары составляют угол α, равный от ±30 до ±60° (±α = от ±30 до ±60°) с продольной осью решетки устройства, первые левые плечи первых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом -α, вторые правые плечи первых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом +α, плечи вторых вибраторов первого и второго излучателей N пары составляют угол α, равный от ±30 до ±60° (±α = от ±30 до ±60°) с продольной осью решетки устройства, первые левые плечи вторых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом +α, вторые правые плечи вторых вибраторов первого и второго излучателей расположены под углом -α, первые вибраторы первого и второго излучателей N пары расположены под углом γ, равным от -10 до -89° (γ = от -10 до -89°) с поперечной осью, расположенной ортогонально апертуре, вторые вибраторы первого и второго излучателей N пары расположены под углом γ, равным от 10 до 89° (γ = от 10 до 89°) с поперечной осью, расположенной ортогонально апертуре, центры вибраторов первого излучателя первой пары находятся в плоскости центров вибраторов первого излучателя N пары на прямой между ними, вместе вибраторы первых излучателей образуют левую половину апертуры, центры вибраторов второго излучателя первой пары находятся в плоскости центров вибраторов второго излучателя N пары на прямой между ними, вместе вибраторы вторых излучателей образуют правую половину апертуры, левая половина апертуры и правая половина апертуры образуют раскрыв антенной решетки в виде клина с углом при вершине β°, равным от 10 до 180° градусов (β = от 10 до 180°).

2. Антенная решетка наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит полупроводниковые СВЧ-усилители-модуляторы, встроенные в согласованные СВЧ-тракты и подключенные к модулятору пульта управления, соединенному с источником питания.

3. Антенная решетка наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит металлизированный рефлектор, находящийся над диполями.

4. Антенная решетка наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии по п. 1, отличающаяся тем, что основание антенной решетки представляет аэродинамический обтекаемый корпус, имеющий форму в виде планера «единое крыло» с вертикальным аэродинамическим хвостовым стабилизатором и радиопрозрачным обтекателем V-образных вибраторных антенн решетки.