Комбинированная судовая телевизионная антенна Российский патент 2018 года по МПК H01Q19/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах в качестве изотропной антенны в горизонтальной плоскости, при работе с горизонтальной поляризацией, в системах транспортной, мобильной и стационарной радиосвязи, телевидении и радионавигации, а именно: для установки в стесненных условиях на маломерных судах, при обеспечении телевизионного приема с одновременным совместным улучшенным устройством размещения, преимущественно, штыревых УКВ-антенн.

В соответствии с международными правилами для судов, находящихся исключительно в районах А1, самых многочисленных по наличию плавсредств, достаточным по требованиям к составу радиооборудования должна быть обеспеченность УКВ радиосвязью. Одновременно с этим именно в этих районах возможен прием эфирного телевидения, размещение для чего антенн, отвечающих условиям электромагнитной совместимости и непредсказуемости положения судна, всегда проблематично. Предлагаемая комбинированная телевизионная антенна «Базис» обеспечивает при монтаже на судах совместную установку штыревой УКВ антенны, одновременно являясь для нее своеобразным механическим фундаментом и электрическим противовесом.

Известен круговой излучатель с двойной рамкой в виде четверки поэтажно расположенных синфазно возбуждаемых полуволновых полноразмерных вибраторов с центральным питанием (Карл Ротхаммель. Антенны. Том 2: Пер. с нем., Данвел. - М.: 2005, стр. 127). Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости каждого из двойных элементов соответствует ширине диаграммы полуволнового вибратора и равна 80°, что в комплексе обеспечивает приблизительно круговое излучение в горизонтальной плоскости при ширине диаграммы в вертикальной плоскости до 60°.

К недостаткам известной антенны, кроме диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, более близкой к скругленному квадрату с углублениями до 3 дБ, следует отнести недостаточную для перекрытия телевизионного диапазона рабочую полосу частот и чрезвычайно низкую величину коэффициента усиления антенны при увеличенных вертикальных размерах, громоздкости и недостаточной надежности конструкции, что неприемлемо для использования в судовых условиях.

Известна телевизионная антенна с увеличенным коэффициентом усиления, рекомендуемая для применения на судах DT-808C ("Fix Easily" Remote-controlled Rotating Outdoor TV Antenna DT-808C [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.hisupplier.com/product-164633-Fix-Easily-Remote-controlled-Rotating-Outdoor-TV-Antenna-DT-808C/ - Загл. с экрана. - Данные соответствуют 2017 г.). Антенна включает использование директорной структуры из элементов с повышенными входными сопротивлениями и встроенного антенного усилителя, с обеспечением ручного углового отслеживания на телецентр за счет дистанционно управляемого электромеханического поворотного устройства.

Недостатком известной протяженной антенны является возможность ее использования применительно к большеразмерным судам и затруднительное использование инфракрасного пульта дистанционного управления в судовых условиях.

Известна для применения на судах телевизионная антенна VHF UHF Pacific Aerials PRO Р8021, 40-890 МГц, 2-22 дБ, 450 мм, с монтажными принадлежностями (Omnipro. Р8021 - VHF/UHF TV ANTENNA AND INSTALLATION KIT [Электронный ресурс] режим доступа: http://www.pacificaerials.co.nz/marine/tv/omnipro/p8021/- Загл. с экрана. - Данные соответствуют 2017 г.). Антенна с центральным питанием и антенным усилителем содержит два полукруговых вибратора с диаметром 450 миллиметров, расположенных в горизонтальной плоскости, симметрично относительно центра.

К недостаткам известной антенны следует отнести относительно большие размеры по горизонтали, отсутствие установочного узла для комбинации с другими антеннами в целях сокращения мест размещения антенных устройств и необходимость отдельно выделенного пространства с учетом электромагнитной совместимости с активными радиосредствами судового оборудования.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой в качестве изобретения антенне является комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы, содержащая несущую трубу, на которой расположены синфазно возбуждаемые вибраторы и GPS антенна (пат. РФ №2556421, опубл. 10.07.2015).

К недостаткам прототипа следует отнести относительно большие размеры по вертикали и узкую полосу рабочих частот, сложную систему питания и отсутствие возможностей работы с горизонтальной поляризацией.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в минимизации размеров, повышении надежности с упрощением конструкции и электрического питания, сжатии диаграммы направленности в вертикальной плоскости, расширении рабочей полосы частот и в комбинировании для совместной работы с антенным устройством УКВ радиосвязи.

Для достижения указанного технического результата в комбинированной судовой телевизионной антенне, содержащей несущую трубу с фидерными проводниками, на которой расположены синфазно возбуждаемые вибраторы, выполненные в виде двойной треугольной зигзагообразной структуры и разнесенные друг от друга на расстояние, равное λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот, несущая труба выполнена с топовым переходником-креплением дополнительного антенного устройства. С разносом от трубы, равным λ/4, расположены вибраторы горизонтальной поляризации с основаниями треугольных структур, симметрично расположенных вокруг нее. Причем их основаниями являются жесткие дуги окружностей с диаметром, равным λ/2, и длиной, соизмеримой с λ/3, середины которых жестко присоединены радиальными проводящими элементами к несущей трубе. Стороны треугольных структур вибраторов, с длинами проводников, равными λ/4, расположены в вертикальных плоскостях, проходящих через точки окончаний дуг оснований. Синфазное подключение узлов питания вибраторов к фидеру питания антенны, расположенному внутри несущей трубы, в которой размещен коаксиальный кабель питания для дополнительного антенного устройства на топовом переходнике-креплении, осуществлено симметричными двухпроводными соединительными линиями равной длины.

В техническом решении повышена надежность и упрощена конструкция антенны за счет комбинированной реализации треугольных зигзагообразных проводниковых структур вибраторов из жестких дуг, середины которых жестко присоединены радиальными проводящими элементами к несущей трубе, и проводниковых сторон треугольных структур вибраторов, расположенных в вертикальных плоскостях, проходящих через точки окончаний дуг оснований. Синфазное, здесь параллельное, подключение узлов питания с высоким сопротивлением вибраторов симметричными двухпроводными соединительными линиями равной длины к фидеру питания антенны, расположенному внутри проводящей несущей трубы, обеспечивает согласование при непосредственном подключении к телевизионному коаксиальному кабелю, упрощая схему питания. Разнесенные по вертикали, повышенной длины, за счет дугового исполнения, основания двойной треугольной зигзагообразной структуры сжимают диаграмму направленности в вертикальной плоскости и сглаживают, нивелируют до круговой диаграммы, в горизонтальной плоскости.

Отличительными признаками предлагаемой комбинированной судовой телевизионной антенны от вышеуказанной известной, наиболее близкой к ней, являются следующие:

- вибраторы выполнены комбинированными дугами, в виде двойной треугольной направленной зигзагообразной структуры горизонтальной поляризации;

- основаниями двойной треугольной структуры вибраторов являются жесткие дуги окружностей с диаметром, равным λ/2, и длиной, соизмеримой с λ/3;

- середины жестких дуг оснований двойной треугольной структуры вибраторов жестко присоединены радиальными проводящими элементами к несущей трубе;

- подключение узлов питания с высоким сопротивлением вибраторов осуществлено симметричными двухпроводными соединительными линиями равной длины к узлу питания фидера питания антенны, расположенному внутри проводящей несущей трубы;

- несущая труба выполнена в виде экранирующего канала для размещения узла питания антенны и прокладки фидера питания антенны и коаксиального кабеля питания для дополнительного антенного устройства на топовом переходнике-креплении;

- несущая труба с топовым переходником-креплением является универсальным основанием для размещения дополнительного антенного устройства;

- несущая труба может быть выполнена в виде экранирующего канала для размещения антенного усилителя.

Благодаря наличию этих признаков предлагаемая комбинированная судовая телевизионная антенна имеет повышенную механическую надежность и упрощенную конструкцию, упрощенное электрическое питание и комбинирование с дополнительными антенными устройствами судовых радиосистем, а также, как и прототип, имеет круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и сжатую диаграмму направленности в вертикальной плоскости.

Предлагаемая комбинированная судовая телевизионная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 представлена схематично представлен общий вид антенны, на фиг. 2 - диаграмма направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, на фиг. 3 - график изменения КСВ.

Антенна (фиг. 1) содержит несущую трубу 1 с фидерными проводниками, на которой расположены синфазно возбуждаемые вибраторы 2, выполненные в виде двойной треугольной зигзагообразной структуры и разнесенные друг от друга на расстояние λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот. Несущая труба 1 выполнена с топовым переходником-креплением 3 дополнительного антенного устройства 4, комбинированные вибраторы 2 горизонтальной поляризации с разносом оснований треугольных структур от трубы, равным λ/4, симметрично расположены вокруг нее, причем их основаниями являются жесткие дуги 5 окружностей с диаметром, равным λ/2, и длиной, соизмеримой с λ/3, средины которых жестко присоединены радиальными проводящими элементами 6 к несущей трубе 1, а проводниковые стороны 7 треугольных структур с длинами, равными λ/4, расположены в вертикальных плоскостях 8, проходящих через точки окончаний 9, 10 дуг 5 оснований, с синфазным подключением узлов 11 питания вибраторов 2 симметричными двухпроводными соединительными линиями 12 равной длины к фидеру питания антенны, расположенному внутри несущей трубы 1, в которой размещен коаксиальный кабель питания для дополнительного антенного устройства на топовом переходнике - креплении 3.

Работает комбинированная судовая телевизионная антенна следующим образом.

Наводимая в вибраторах 2 ЭДС, выполненных в виде двойной треугольной зигзагообразной структуры, принцип работы которых общеизвестен, от узлов питания 11 вибраторов 2 двухпроводными симметричными линиями равной длины 12 передается к фидеру питания антенны и суммируется при синфазном подключении. Конструктивное выполнение вибраторов 2 в виде зигзагообразной структуры обеспечивает от каждого вытянутую восьмерочную диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Симметрично расположенные вокруг несущей трубы 1 вибраторы 2, оказываются сдвинутыми относительно друг друга вокруг оси на угол π/2 и суммарно обеспечивают близкую к скругленному квадрату с углублениями круговую диаграмму направленности, как это отмечено в описании первого аналога. Являющиеся основаниями двойной треугольной зигзагообразной структуры дуги 5 окружностей, с диаметром, равным λ/2, и длиной, соизмеримой с λ/3, из-за выгнутой апертуры и увеличенных размеров относительно общеизвестных двойных треугольных зигзагообразных антенн сжимают диаграмму направленности в вертикальной плоскости и расширяют у каждого из вибраторов, а в сумме сглаживают, нивелируют до круговой диаграмму антенны в горизонтальной плоскости. Проводниковые стороны 7 треугольных структур, с длинами, равными λ/4, расположенные в вертикальных плоскостях 8, проходящих через точки окончаний 9, 10 дуг 5 оснований, сокращают разнос треугольных структур от несущей трубы 1, расширяя рабочий диапазон частот в высокочастотную часть, делая антенну более широкополосной. Средины оснований двойной треугольной зигзагообразной структуры вибраторов 2, дуг 5, являющиеся точками нулевого потенциала, присоединены радиальными проводящими элементами 6 к несущей трубе 1, обеспечивая механическую прочность и электрическую симметрию каждого из вибраторов 2. Несущая труба 1, выполненная в виде экранирующего канала для размещения узла питания антенны и прокладки фидера питания антенны и коаксиального кабеля питания, а также может и для размещения антенного усилителя, предназначается и для установки дополнительного антенного устройства на топовом переходнике-креплении 3. Пространственная диаграмма направленности комбинированной судовой телевизионной антенны горизонтальной поляризации в виде тора по электромагнитной совместимости обеспечивает размещение на топовом переходнике-креплении 3 штыревых антенн 4 вертикальной поляризации речного и морского диапазонов УКВ радиочастот при глубокой поляризационной и индуктивной развязке. Дополнительным положительным эффектом является улучшение работы УКВ штыревых антенн с уменьшением коэффициента стоячей волны и увеличением коэффициента усиления за счет влияния ниже расположенной скелетной структуры, имитирующей электрический противовес.

Результаты электронного моделирования полностью подтверждают анализ работы комбинированной судовой телевизионной антенны, что видно из диаграмм направленности в горизонтальной плоскости и вертикальной плоскости (фиг. 2), при невысоком коэффициенте стоячей волны в рабочем диапазоне частот (фиг. 3). График, представленный на фиг. 3, свидетельствует об отличном качестве согласования, что, в свою очередь, говорит об эффективном использовании энергии.

Создан действующий макет заявляемой в качестве изобретения антенны, который при практических испытаниях полностью подтвердил результаты электронного моделирования.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах в качестве изотропной в горизонтальной плоскости антенны, при работе с горизонтальной поляризацией, в системах транспортной, мобильной и стационарной радиосвязи, телевидении и радионавигации. Техническое решение телеантенны адаптировано для установки в стесненных условиях на маломерных судах, при обеспечении телевизионного приема с одновременным совместным улучшенным устройством размещения, преимущественно, штыревых УКВ антенн. Предлагаемая комбинированная судовая телевизионная антенна может быть также использована в качестве крепежного устройства для установки других антенн. Она имеет повышенную механическую надежность и упрощенную конструкцию, упрощенное электрическое питание и возможность комбинирования с дополнительными антенными устройствами судовых радиосистем речного и морского диапазонов радиочастот при глубокой поляризационной и индуктивной развязке. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Комбинированная судовая телевизионная антенна, содержащая несущую трубу с фидерными проводниками, на которой расположены синфазно возбуждаемые вибраторы, выполненные в виде двойной треугольной зигзагообразной структуры и разнесенные друг от друга на расстояние, равное λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот, отличающаяся тем, что несущая труба выполнена с топовым переходником-креплением дополнительного антенного устройства, комбинированные вибраторы горизонтальной поляризации, с разносом оснований треугольных структур от трубы, равным λ/4, симметрично расположены вокруг нее, причем их основаниями являются жесткие дуги окружностей с диаметром, равным λ/2, и длиной, соизмеримой с λ/3, средины которых жестко присоединены радиальными проводящими элементами к несущей трубе, а проводниковые стороны треугольных структур, с длинами, равными λ/4, расположены в вертикальных плоскостях, проходящих через точки окончаний дуг оснований, с синфазным подключением узлов питания вибраторов симметричными двухпроводными соединительными линиями равной длины к фидеру питания антенны, расположенному внутри несущей трубы, в которой размещен коаксиальный кабель питания для дополнительного антенного устройства на топовом переходнике-креплении.

2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что синфазное подключение узлов питания вибраторов симметричными двухпроводными соединительными линиями равной длины производится к фидеру питания антенны через антенный усилитель, размещенный внутри несущей трубы.