АНТЕННАЯ СИСТЕМА С ПОВЕРХНОСТНЫМИ ВОЛНАМИ Российский патент 2019 года по МПК H01Q1/36 

1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к антенной системе. В частности, изобретение относится к антенной системе с вертикальной и/или эллиптической поляризацией, выполненной с возможностью излучать и/или принимать поверхностные волны в широком частотном диапазоне, включая, в частности, все или часть низких, средних и высоких частот от примерно 30 кГц и до примерно 30 МГц, то есть километровые, гектометровые и декаметровые волны.

2. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время дли передачи большой мощности в гектометровых диапазонах используют мачты-антенны большого размера. Недостатком этих мачт является то, что они являются дорогими, требуют большого безопасного участка для установки и являются неэстетичными и нескрытными. Они не являются оптимизированными для осуществления передачи в основном при помощи поверхностных волн.

Существует очень мало антенн, использующих только поверхностную волну в качестве носителя распространения. В современных системах с поверхностными волнами используют антенны типа гибкой штыревой антенны или биконической антенны, которые плохо приспособлены для применения в радарах.

Мачты-антенны и, в целом, все антенны с вертикальной поляризацией, например, типа гибкой штыревой антенны или биконической антенны, в основном создают поле пространственной волны (называемое также ионосферным излучением) и являются дорогими и практически не скрытными.

Были предложены решения для преодоления этих проблем. Во французской патентной заявке FR2965978, поданной на имя заявителя, предложено решение, позволяющее значительно уменьшить вертикальный габарит антенны, что позволяет сократить расходы на установку и улучшить скрытность антенны. Кроме того, антенна обеспечивает улучшение распространения при помощи поверхностных волн и позволяет уменьшить ионосферное излучение. Тем не менее, ионосферное излучение все же остается большим, в частности, для углов, заключенных между ±[20°; 80°], вокруг нормали к плоскости земли, на которой расположена антенна. В некоторых частотных диапазонах это остающееся ионосферное излучение может порождать явления затухания (fading на английском языке), в частности, когда происходит интерференция поверхностных волн и пространственных волн на уровне поверхности Земли после распространения в разных средах и разными путями.

3. ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения является преодоление по меньшей мере некоторых недостатков известных антенн.

В частности, в по меньшей мере одном варианте выполнения изобретение призвано предложить антенную систему, преимущественным излучением которой является излучение поверхностных волн.

В по меньшей мере одном варианте выполнения изобретение призвано предложить антенную систему с уменьшенным ионосферным излучением.

В по меньшей мере одном варианте выполнения изобретение призвано также предложить антенную систему, которая является простой в изготовлении.

В по меньшей мере одном варианте выполнения изобретение призвано также предложить скрытную антенную систему с небольшим вертикальным габаритом.

В по меньшей мере одном варианте выполнения изобретение призвано также предложить антенную систему, в которой можно легко изменять полосу пропускания.

В по меньшей мере одном варианте выполнения изобретение призвано также предложить антенную систему, для которой можно легко уменьшить поверхностный или горизонтальный габарит.

4. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В связи с этим, объектом изобретения является антенная система с километровыми, гектометровыми или декаметровыми поверхностными волнами, содержащая:

- по меньшей мере одну антенну, электрически короткую в вертикальной плоскости, с вертикальной или эллиптической поляризацией и испускающую излучение, при этом упомянутая антенна связана с проводящей средой, имеющей по существу горизонтальную поверхность,

при этом антенная система отличается тем, что она дополнительно содержит:

- по меньшей мере один проводной паразитный компонент, электрически изолированный от каждой антенны и расположенный вблизи по меньшей мере одной антенны таким образом, чтобы быть способным излучать благодаря току, наведенному упомянутым излучением этой антенны, при этом упомянутый по меньшей мере один проводной паразитный компонент предпочтительно проходит в направлении, образующем угол между -10° и 10° с поверхностью проводящей среды.

Под антенной, электрически короткой в вертикальной плоскости, следует понимать антенну, которая излучает на приоритетной длине волны, называемой рабочей длиной волны, и вертикальный габарит которой меньше четверти рабочей длины волны. Если антенна излучает в частотном диапазоне, рабочая длина волны соответствует длине волны, связанной с центральной частотой частотного диапазона.

Заявленная антенная система позволяет уменьшить ионосферное излучение антенны, благодаря использованию одного или нескольких проводных паразитных компонентов, таким образом, чтобы излучать поверхностные волны. Проводной паразитный компонент или проводные паразитные компоненты являются электрически изолированными от каждой антенны, то есть являются пассивными компонентами, которые электрически не связаны с какой-либо антенной. В частности, когда антенная система работает на излучение, проводной паразитный компонент или проводные паразитные компоненты не связаны с источником питания какой-либо антенны.

Паразитный компонент или паразитные компоненты излучают только по причине своего присутствия вблизи по меньшей мере одной излучающей антенны за счет электромагнитной связи, и это излучение паразитных компонентов позволяет одновременно уменьшить ионосферное излучение антенной системы и увеличить коэффициент направленного действия антенной системы в направлении, по существу параллельном плоскости земли и по существу перпендикулярном паразитному компоненту. Паразитный компонент или паразитные компоненты проходят в невертикальном направлении, то есть паразитные компоненты не являются перпендикулярными поверхности проводящей среды. Характеристики антенной системы, относящиеся к коэффициенту направленного действия и к уменьшению ионосферного излучения, зависят от резонанса паразитного компонента или паразитных компонентов по причине излучения антенны или антенн, причем этот резонанс зависит от длины паразитного компонента или паразитных компонентов. Таким образом, можно регулировать диаграмму направленности антенной системы через выбор электрической длины паразитного компонента или паразитных компонентов: размерные параметры паразитного компонента или паразитных компонентов определяют таким образом, чтобы излучение антенны или антенн и излучение паразитного компонента или паразитных компонентов были противоположными по фазе и имели почти одинаковую амплитуду, чтобы значительно уменьшить излучение в требуемом направлении. Предпочтительно, электрическая длина паразитного компонента или паразитных компонентов равна рабочей длине волны ±20%.

Можно использовать антенны разных типов, например, укороченную гибкую штыревую антенну или так называемую антенну DAR, описанную в вышеупомянутой французской патентной заявке FR2965978. Проводной паразитный компонент или проводные паразитные компоненты улучшают характеристики этих антенн. Кроме того, с учетом небольшого вертикального габарита антенной системы она является скрытной, стойкой к любым ветрам, порывам ветра, молнии, землетрясению или взрыву и имеет небольшую площадь радарного отражения.

Антенную систему можно, например, встроить в систему излучения высокой мощности, в частности, для передачи сигналов радио- или телевизионных программ, или в систему приема.

Предпочтительно, проводной паразитный компонент проходит в направлении, по существу параллельном поверхности проводящей среды. Под выражением «по существу параллельное» следует понимать угол между направлением каждого паразитного компонента и поверхностью проводящей среды, составляющий между -5° и 5°. Проводной паразитный компонент может быть также строго параллельным относительно поверхности проводящей среды.

Этот признак изобретения позволяет уменьшить ионосферное излучение и улучшить коэффициент направленного действия антенны.

Угол между паразитным компонентом и поверхностью проводящей среды адаптируют в зависимости от длины паразитного компонента таким образом, чтобы уменьшить отклонение между частью паразитного компонента, наиболее удаленной от поверхности проводящей среды, и частью паразитного компонента, ближайшей к поверхности проводящей среды.

Предпочтительно, заявленная антенная система содержит по меньшей мере два паразитных компонента, расположенных в отличных друг от друга главных направлениях.

Благодаря этому признаку изобретения, проводные паразитные компоненты позволяют уменьшить ионосферное излучение в нескольких направлениях распространения излучения.

Предпочтительно, согласно изобретению, по меньшей мере два паразитных компонента электрически соединены.

Предпочтительно, заявленная антенная система содержит по меньшей мере один вертикальный паразитный элемент, проходящий в по существу перпендикулярном поверхности проводящей среды направлении, связанный с проводящей средой и находящийся вблизи по меньшей мере одной антенны, чтобы быть способным излучать благодаря току, наведенному упомянутым излучением этой антенны.

Благодаря этой признаку изобретения, вертикальный паразитный элемент позволяет изменять излучение антенны, в частности, ее направленность, и увеличивать полосу пропускания антенной системы. Как и проводной паразитный компонент, вертикальный паразитный элемент излучает только по причине своего присутствия вблизи по меньшей мере одной излучающей антенны за счет электромагнитной связи.

Предпочтительно, согласно изобретению, по меньшей мере один вертикальный паразитный элемент содержит по меньшей мере один локальный элемент, выполненный с возможностью изменять электрическую длину паразитного компонента.

Благодаря этому признаку изобретения, локальные элементы, которые могут быть резистивными, емкостными или индуктивными элементами, позволяют воспроизводить резонанс RLC паразитного компонента с уменьшенной физической длиной паразитного компонента, но с эквивалентной электрической длиной.

Таким образом, локальные элементы позволяют формировать на вертикальном паразитном элементе или вертикальных паразитных элементах открытые (или высокоимпедансные) цепи или закрытые цепи в зависимости от рабочих частот, образуя, таким образом, ловушки тока. Таким образом, локальные элементы могут создавать множественный резонанс при помощи ловушек тока.

Предпочтительно, согласно изобретению, проводящая среда содержит заземляющую плоскость, с которой соединена каждая антенна.

Благодаря этому признаку изобретения, заземляющая плоскость позволяет улучшить проводимость проводящей среды, если эта проводимость является слишком низкой.

Предпочтительно, согласно изобретению, по меньшей мере один проводной паразитный компонент соединен с проводящей средой, или, если проводящая среда содержит заземляющую плоскость, по меньшей мере один проводной паразитный компонент соединен с заземляющей плоскостью.

Предпочтительно, согласно изобретению, по меньшей мере один паразитный компонент содержит по меньшей мере один сложенный участок.

Благодаря этому признаку изобретения, сложенный участок позволяет уменьшить габарит паразитного компонента и, следовательно, антенной системы при одинаковой электрической длине паразитного компонента.

В некоторых конфигурациях сложенный участок позволяет также увеличить полосу пропускания паразитного компонента, чтобы получать оптимизированные диаграммы направленности в более широком частотном диапазоне.

Предпочтительно, согласно изобретению, по меньшей мере один паразитный компонент содержит по меньшей мере один локальный элемент.

Благодаря этому признаку изобретения, локальные элементы, которые могут быть резистивными, емкостными или индуктивными элементами, позволяют воспроизводить резонанс RLC паразитного компонента с уменьшенной физической длиной паразитного компонента, но с эквивалентной электрической длиной. Таким образом, локальные элементы позволяют изменять электрическую длину паразитного компонента.

Локальные элементы позволяют формировать на паразитном компоненте или паразитных компонентах открытые (или высокоимпедансные) цепи или закрытые цепи в зависимости от рабочих частот, образуя, таким образом, ловушки тока. Таким образом, локальные элементы могут создавать множественный резонанс при помощи ловушек тока.

Предпочтительно, заявленная антенная система содержит множество проводных паразитных компонентов, соединенных таким образом, чтобы образовать поверхностный паразитный компонент или объемный паразитный компонент.

Согласно этому признаку изобретения, использование нескольких проводных паразитных компонентов для формирования поверхностного или объемного паразитного компонента позволяет увеличить ширину полосы пропускания антенной системы.

Объектом изобретения является также антенная система, характеризующаяся комбинацией всех или части вышеупомянутых или описанных ниже признаков.

5. СПИСОК ФИГУР

Другие задачи, признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид в плоскости xOz антенной системы согласно первому варианту выполнения.

Фиг. 2 - диаграмма направленности в плоскости xOz антенной системы согласно первому варианту выполнения.

Фиг. 3 - схематичный вид в плоскости xOz антенной системы согласно второму варианту выполнения.

Фиг. 4 - схематичный вид в плоскости xOz антенной системы согласно третьему варианту выполнения.

Фиг. 5 - схематичный вид в перспективе антенной системы согласно третьему варианту выполнения.

Фиг. 6 - схематичный вид в плоскости xOz антенной системы согласно четвертому варианту выполнения.

Фиг. 7 - схематичный вид в плоскости xOz антенной системы согласно пятому варианту выполнения.

Фиг. 8 - диаграмма направленности в плоскости xOz антенной системы согласно пятому варианту выполнения.

Фиг. 9 - схематичный вид в плоскости xOz антенной системы согласно шестому варианту выполнения.

Фиг. 10 - схематичный вид в плоскости xOz антенной системы согласно седьмому варианту выполнения.

Фиг. 11 - схематичный вид в плоскости xOz антенной системы согласно восьмому варианту выполнения.

Фиг. 12 - схематичный вид в перспективе антенной системы согласно девятому варианту выполнения.

Фиг. 13 - диаграмма направленности в плоскости xOz антенной системы согласно девятому варианту выполнения.

Фиг. 14 - диаграмма направленности в плоскости xOz антенной системы согласно девятому варианту выполнения.

Фиг. 15а, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 15g, 15h - схематичные виды в плоскости xOz проводных паразитных компонентов согласно различным вариантам выполнения изобретения.

Фиг. 16а, 16b, 16c, 16d - схематичные виды в плоскости xOz поверхностных паразитных компонентов согласно различным вариантам выполнения изобретения.

Фиг. 17а, 17b и 17c - схематичные виды в плоскости xOz объемных паразитных компонентов согласно различным вариантам выполнения изобретения.

Фиг. 18а и 18b - схематичные виды в плоскости xOz проводных или поверхностных паразитных компонентов, содержащих локальные элементы, согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 19а, 19b, 19c, 19d - схематичные виды в перспективе антенных систем, содержащих антенну DAR и проводной паразитный компонент согласно различным вариантам выполнения изобретения.

Фиг. 20 - диаграмма направленности в плоскости xOz антенной системы согласно варианту выполнения, показанному на фиг. 19а.

6. ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Представленные ниже варианты выполнения являются примерами. Хотя описание ссылается на один или несколько вариантов выполнения, это не обязательно значит, что каждая ссылка относится к одному и тому же варианту выполнения или что признаки применимы только для одного варианта выполнения. Отдельные признаки различных вариантов выполнения можно также комбинировать для получения других вариантов выполнения. В целях иллюстративности и ясности масштабы и пропорции на фигурах не соблюдены.

На каждой фигуре, показывающей антенные системы согласно различным вариантам выполнения изобретения, используется ортогональная система координат Oxyz.

На фиг. 1 представлен схематичный вид в плоскости xOz антенной системы согласно первому варианту выполнения изобретения.

Антенная система 22 содержит антенну 24, электрически короткую в вертикальной плоскости, то есть антенну, высота h которой меньше четверти рабочей волны λ₀ антенны 24. Предпочтительно высота h антенны 24 составляет от λ₀/200 до λ₀/5. Например, антенна 24 может быть гибкой штыревой антенной или антенной, описанной во французской патентной заявке FR2965978, поданной на имя заявителя, и называемой в дальнейшем антенной DAR. Антенна получает питание от генератора 26 и испускает излучение с вертикальной или эллиптической поляризацией, на километровых, гектометровых или декаметровых волнах, то есть на рабочей частоте от 30 кГц до 30 МГц. Антенна 24 связана с проводящей средой 28, имеющей по существу горизонтальную поверхность, то есть поверхность, по существу параллельную плоскости хОу ортогональной системы координат Oxyz. Проводящая среда 28 является неидеальной проводящей средой, например, сушей (в виде земляного грунта, песка и т.д.) или водой (море, солончак, озеро и т.д.).

Кроме того, антенная система 22 содержит проводной паразитный компонент 30, проходящий в направлении, по существу параллельном поверхности проводящей среды 28, в данном случае параллельном оси Ох, и на высоте Н над проводящей средой 28. Как правило, высота Н составляет от λ₀/200 до λ₀/2. Однако, чем меньше высота Н, тем больше антенная система 22 будет скрытной и интегрированной в проход, в котором она находится. В данном случае проводной паразитный компонент 30 является линейным и имеет, например, форму провода (одножильного или многожильного) или проводящей трубки с цилиндрическим или квадратным сечением. Паразитный компонент 30 поддерживается по меньшей мере одной изолирующей вертикальной стойкой (не показана), предпочтительно множеством изолирующих вертикальных стоек (не показаны), равномерно распределенных вдоль паразитного компонента 30 и закрепленных в проводящей среде 28, если это позволяют ее состав и глубина, или плавающих на проводящей среде 28, если она представляет собой воду.

Паразитный компонент 30 электрически изолирован от антенны и расположен вблизи антенны 24 таким образом, чтобы быть способным излучать, благодаря току, наведенному излучением антенны 24. Паразитный компонент 30 имеет длину L и параметры, определяемые таким образом, чтобы излучение антенны 24 и излучение паразитного компонента 30 были противоположными по фазе и имели почти одинаковую амплитуду, чтобы значительно уменьшать излучение в требуемом направлении. Предпочтительно, как показано на фигуре, паразитный компонент 30 центрован по антенне 24, и антенна 24 находится, таким образом, на уровне середины паразитного компонента 30.

Согласно другим вариантам выполнения, паразитный компонент 30 можно расположить в любом месте вблизи антенны 24, если только он может излучать, благодаря току, наведенному излучением антенны 24. Следовательно, длину L паразитного компонента 30 адаптируют в зависимости от его расположения относительно антенны 24, и она может меняться, как правило, между 0,9 λ₀ и несколькими λ₀. Например, в варианте выполнения, в котором антенна 24 является антенной DAR, в которой h=0,03λ₀, паразитный компонент 30 имеет длину L=λ₀ и расположен на высоте 0,033λ₀.

Полученная антенная система 22 адаптирована для излучения на километровых, гектометровых или декаметровых волнах. Отсутствие непрерывности между воздухом и неидеальной проводящей средой 28 способствует всенаправленному или однонаправленному распространению вдоль земли волны, называемой поверхностной волной. Антенна 24 антенной системы 22 может представлять собой антенну, предназначенную для излучения поверхностных волн, и в этом случае добавление паразитного компонента 30 позволяет улучшить характеристики антенны. Антенна 24 системы может быть не предназначенной для излучения поверхностных волн, и в этом случае добавление паразитного компонента 30 позволяет использовать для излучения поверхностных волн антенну, которая изначально не была предназначена для этой функции. Антенная система может также работать на прием сигнала.

Этот первый вариант выполнения является наиболее простым из вариантов выполнения изобретения. Варианты выполнения, представленные ниже, являются усовершенствованиями первого варианта выполнения, и признаки, уже описанные для одного варианта выполнения, не будут повторно описаны для варианта выполнения, имеющего такие же признаки.

На фиг. 2 показана диаграмма направленности в плоскости xOz антенной системы согласно первому варианту выполнения изобретения.

Диаграмма содержит три кривых: первая кривая 32 показывает излучение классической антенны DAR, вторая кривая 34 показывает шаблон, ограничивающий зону ионосферного излучения, в которой следует избегать излучения антенной системы, и третья кривая 36 показывает излучение антенной системы согласно первому варианту выполнения изобретения.

Зона, определяемая шаблоном, показывает, что между -45° и 45° излучение антенной системы не должно превышать -10 дБ. Отмечается, что антенна DAR излучает в зоне, ограниченной шаблоном, и, следовательно, не отвечает требованиям ограничения ионосферного излучения. Антенная система, в частности, за счет добавления паразитных компонентов позволяет получить излучение поверхностных волн, близких к горизонтальной плоскости хОу, показанной осью (-90°; 90°) диаграммы. Кроме того, ионосферное излучение антенны уменьшилось, и ни одно излучение не превышает значений -10 дБ в пределах угла от -45° до 45°, соблюдая, таким образом, требования шаблона. Эти излучения, амплитуда которых меньше 10 дБ относительно максимума излучения, называются нулями излучения.

На фиг. 3 в плоскости xOz схематично показана антенная система согласно второму варианту выполнения изобретения.

Проводящая среда 28 имеет электропроводимость, которая меняется в зависимости от ее состава. Например, море, солончаки или соленые озера обладают сильной электропроводимостью, а земля и песок обладают низкой электропроводимостью. Если электропроводимость является слишком низкой, то есть менее 1См/м, антенную систему 22 дополняют, как в этом втором варианте выполнения, заземляющей плоскостью 38, связанной с антенной 24 и расположенной под поверхностью или на поверхности проводящей среды 28. Заземляющая плоскость 38 может быть выполнена в виде пластины или образующего сетку набора проводов и т.д. Заземляющая плоскость 38 может иметь разные формы, например, форму круга, многоугольника (правильного или неправильного) и т.д. Заземляющая плоскость 38 расположена под всей антенной системой 22, то есть проекция антенной системы 38 на проводящую среду 28 вдоль оси Oz заключена в площадь, занимаемую заземляющей плоскостью 38. На практике, в представленном варианте выполнения заземляющая плоскость 38 имеет длину, как минимум строго превышающую длину L паразитного компонента 30, и ширину как минимум превышающую на несколько десятков сантиметров ширину паразитного компонента 30. Определенные выше высоты h и Н тоже выражены относительно проводящей среды 28.

На фиг. 4 в плоскости xOz схематично показана антенная система согласно третьему варианту выполнения изобретения. На фиг. 5 схематично представлен вид в перспективе этой антенной системы 22 согласно третьему варианту выполнения изобретения.

В этом третьем варианте выполнения изобретения антенная система 22 содержит первый проводной паразитный компонент 30а длиной L1, идентичный проводному паразитному компоненту из первого варианта выполнения, а также второй проводной паразитный компонент 30b длиной L2, ортогональный к первому проводному паразитному компоненту 30а и находящийся над этим паразитным компонентом. Второй проводной паразитный компонент 30b позволяет уменьшить ионосферные излучения антенны 24 в другой плоскости, отличной от плоскости первого паразитного компонента 30а. В частности, второй проводной паразитный компонент 30b проходит параллельно оси Оу и уменьшает, таким образом, ионосферные излучения в плоскости xOz. Паразитные компоненты 30а, 30b предпочтительно имеют идентичные длины L1 и L2, но в других вариантах выполнения могут иметь разные длины L1 и L2. Высоты Н1 и Н2 паразитных компонентов 30а, 30b могут быть разными или идентичными (в этом случае паразитные компоненты 30а, 30b соединены электрически). Оба паразитных компонента 30а, 30b центрованы по антенне. Кроме того, второй паразитный компонент 30b позволяет улучшить коэффициент усиления на уровне земли над проводящей средой 28 и получить всенаправленное излучение в плоскости XoY, называемой азимутальной плоскостью.

Согласно другим вариантам выполнения антенной системы, два паразитных компонента могут образовать любой угол, отличный от 90°, или могут быть смещены относительно антенны. Согласно другим вариантам выполнения изобретения, оба паразитных компонента могут быть соединены электрически. Согласно другим вариантам выполнения, антенная система может содержать более двух паразитных компонентов.

На фиг. 6 в плоскости xOz схематично показана антенная система согласно четвертому варианту выполнения изобретения.

В этом четвертом варианте выполнения антенная система 22 содержит две антенны, соединенные с проводящей средой 28: первую антенну 24а высотой h1 и вторую антенну 24b высотой h2, разделенные расстоянием d. Кроме того, антенная система содержит единственный паразитный компонент 30, расположенный таким образом, чтобы излучать, благодаря излучению двух антенн 24а, 24b.

Антенная система 22 согласно этому четвертому варианту выполнения позволяет изменять излучение антенн 24а, 24b, благодаря паразитному компоненту 30 и теории решеток, применяемой к двум антеннам 24а, 24b.

На фиг. 7 в плоскости xOz схематично показана антенная система согласно пятому варианту выполнения изобретения.

В этом пятом варианте выполнения антенная система 22 содержит паразитный компонент 30, антенну 24 и вертикальный паразитный элемент 40 высотой h', расположенный на расстоянии d' от антенны 24 таким образом, чтобы излучать, благодаря току, наведенному упомянутым излучением антенны 24. Кроме того, паразитный элемент 40 соединен с проводящей средой 28 или с заземляющей плоскостью в вариантах выполнения, в которых присутствует заземляющая плоскость.

Так же, как и паразитный компонент 30, вертикальный паразитный элемент 40 излучает по причине своего присутствия близи антенны 24 за счет электромагнитной связи и позволяет увеличить направленность и/или полосу пропускания антенной системы 22. Кроме того, вертикальный паразитный элемент 40 может иметь форму, подобную антенне 24, но не получать при этом питания.

На фиг. 8 схематично показана диаграмма направленности в плоскости xOz антенной системы согласно этому пятому варианту выполнения изобретения.

Диаграмма содержит три кривых: первая кривая 42 показывает излучение классической антенны DAR, вторая кривая 44 показывает шаблон, ограничивающий зону ионосферного излучения, в которой следует избегать излучения антенной системы, и третья кривая 46 показывает излучение антенной системы согласно пятому варианту выполнения изобретения.

Шаблон показывает, что амплитуда поля излучения не должна превышать -10 дБ между углами 0° и 90° (со стороны вертикального паразитного элемента) и -8 дБ между -45° и 0°. Антенная система согласно пятому варианту выполнения позволяет соблюдать этот шаблон.

На фиг. 9 в плоскости xOz схематично показана антенная система согласно шестому варианту выполнения изобретения.

Этот шестой вариант выполнения представляет собой комбинацию третьего и четвертого вариантов выполнения, при этом антенная система 22 содержит два паразитных компонента 30а, 30b и две антенны 24а, 24b.

На фиг. 10 в плоскости xOz схематично показана антенная система согласно седьмому варианту выполнения изобретения.

Этот седьмой вариант выполнения представляет собой комбинацию третьего и пятого вариантов выполнения, при этом антенная система 22 содержит два паразитных компонента 30а, 30b, антенну 24 и вертикальный паразитный элемент 40.

На фиг. 11 в плоскости xOz схематично показана антенная система согласно восьмому варианту выполнения изобретения.

В этом восьмом варианте выполнения антенная система 22 содержит антенну 24 и паразитный компонент 30, при этом паразитный компонент 30 электрически связан со сплошной средой 28 при помощи вертикальных соединителей, в данном случае двух вертикальных соединителей 48а и 48b, симметрично расположенных с двух сторон от антенны. Соединители 48а, 48b соединены на уровне паразитного компонента 30 в положениях, в которых распределение тока является максимальным на паразитном компоненте 30. Например, для паразитного компонента длиной λ₀ соединители 48а, 48b соединены в положениях, соответствующих расстоянию λ₀/4 и 3λ₀/4 от концов паразитного компонента.

На фиг. 12 в перспективе схематично показана антенная система 22 согласно девятому варианту выполнения изобретения.

В этом девятом варианте выполнения изобретения антенная система 22 представляет собой соединенные в виде решетки несколько антенных систем согласно описанным выше вариантам выполнения, например, согласно первому варианту выполнения. Так, антенная система 22 содержит n антенн 24-24n, соединенных с проводящей средой 28, и n паразитных компонентов 30-30n, при этом каждый паразитный компонент расположен вблизи антенны. Антенны отделены друг от друга расстоянием d.

На фиг. 13 и 14 показаны диаграммы направленности антенной системы согласно девятому варианту выполнения изобретения, содержащей три антенны типа гибкой штыревой антенны высотой h=0,06λ₀ м, связанные с тремя паразитными компонентами длиной L=1,6λ₀ м и расположенные на высоте Н=0,066λ₀ м. Антенны разделены расстоянием d=0,35λ₀. Чтобы получить двунаправленную диаграмму, как показано на фиг. 14, где представлено излучение в плоскости хОу, амплитуда антенны, находящейся между двумя другими антеннами, равна 0,6 амплитуды этих антенн. Излучения в плоскости xOz, показанные на фиг. 14, аналогичны излучению, описанному со ссылками на фиг. 2.

Фиг. 15 объединяет фиг. 15a, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f, 15g и 15h, где в плоскости xOz показаны различные варианты выполнения проводных паразитных компонентов, которые можно использовать в заявленной антенной системе. На каждом из своих концов эти паразитные компоненты содержат сложенный участок, позволяющий, в частности, уменьшить габарит паразитного компонента в его главном направлении по сравнению с прямолинейным проводным паразитным компонентом, сохраняя при этом электрическую длину, эквивалентную с этим прямолинейным проводным паразитным компонентом. Электрическая длина паразитного компонента является длиной наиболее длинного пути тока на паразитном компоненте.

Паразитные компоненты может содержать сложенные участки разных видов, таких как меандры, катушки, и разных геометрических форм. Результирующий габарит может достигать 65% габарита эквивалентного прямолинейного паразитного компонента, сохраняя при этом эквивалентную электрическую длину.

Фиг. 16 объединяет фиг. 16a, 16b, 16c и 16d, где в плоскости xOz показаны различные варианты выполнения проводных паразитных компонентов, образующих паразитный компонент, называемый поверхностным паразитным компонентом 50. Поверхностные паразитные компоненты позволяют увеличить ширину полосы антенны. Точно так же, как показано в перспективе на фиг.17, объединяющей в себе фиг. 17а, 17b и 17с, можно соединить множество проводных паразитных компонентов таким образом, чтобы получить так называемый объемный паразитный компонент 52 для увеличения ширины полосы антенны. Формы поверхностных или объемных паразитных компонентов могут меняться, чтобы уменьшить соотношение ширина/длина этих паразитных компонентов и еще больше увеличить полосу пропускания.

Фиг. 18 объединяет фиг. 18a и 18b, где в плоскости xOz показаны два варианта выполнения проводного паразитного компонента 30 или поверхностного паразитного компонента 50, содержащего по меньшей мере один локальный элемент, в данном случае два локальных элемента 54а и 54b, которые могут быть резистивными, емкостными (конденсатор) или индуктивными (катушка). Эти локальные элементы часто называют по-английски ʺloadʺ. Локальные элементы 54а, 54b позволяют воспроизводить резонанс RLC паразитного компонента 30 с уменьшенной физической длиной (или габаритом) паразитного компонента 30, но с эквивалентной электрической длиной.

Локальные элементы 54а, 54b позволяют создавать на паразитных компонентах 30, 50 открытые (или высокоимпедансные) цепи на некоторых рабочих частотах и закрытые цепи на других рабочих частотах, что позволяет изменять резонанс паразитных компонентов в зависимости от рабочей частоты. Эти локальные элементы 54а, 54b создают множественные резонансы при помощи ловушек тока.

Согласно вариантам выполнения, локальные элементы можно также использовать на вертикальных паразитных элементах и/или на соединителях паразитных компонентов.

Фиг. 19 объединяет фиг. 19a, 19b, 19c и 19d, где в перспективе показаны различные варианты выполнения антенной системы 22, содержащей антенну 24 типа антенны DAR, связанной с проводящей средой 28 (или с заземляющей плоскостью при ее наличии). Антенна DAR образована контуром, расположенным в плоскости xOz. Паразитный компонент 30 расположен вдоль оси Оу, то есть ортогонально к антенне DAR, и вблизи от этой антенны DAR. В различных вариантах выполнения показаны разные положения, в которых может находиться паразитный компонент.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 19а, паразитный компонент 30 находится над антенной DAR.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 19b, паразитный компонент 30 находится ниже максимальной высоты антенны DAR, то есть в середине контура (не будучи с ним соединенным).

В варианте выполнения, показанном на фиг. 19с, паразитный компонент 30 смещен от антенны DAR вдоль оси Ох на расстояние d_х. Расстояние d_х не превышает λ₀/2.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 19d, паразитный компонент 30 смещен от антенны DAR вдоль оси Оу на расстояние d_у. Расстояние d_у не превышает λ₀/2.

Согласно другим вариантам выполнения, паразитный компонент может быть комбинированно смещен в плоскости xOz за счет комбинации расстояний d_x и d_y.

На фиг. 20 показана диаграмма направленности в плоскости xOz антенной системы согласно варианту выполнения изобретения, показанному на фиг. 19а, для двух длин проводного паразитного компонента.

Первая кривая 56 показывает излучение антенной системы с паразитным компонентом длиной L=λ₀. При этой длине паразитного компонента ионосферное излучение (между -45° и 45°) является слабым.

Вторая кривая 58 показывает излучение антенной системы с паразитным компонентом длиной L=2λ₀. При этой длине паразитного компонента ионосферное излучение (углы между -45° и 45°) является сильным, но направленность является более значительной на уровне поверхностных волн (углы, близкие к -90° или к 90°).

Таким образом, регулирование длины паразитного компонента между этими двумя длинами позволяет получить промежуточные результаты в зависимости от предусматриваемого применения антенной системы, отдавая предпочтение либо уменьшению ионосферных излучений, либо направленности на уровне поверхностных волн.

Изобретение не ограничивается только описанными вариантами выполнения. В частности, признаки описанных вариантов выполнения можно комбинировать, чтобы получить другие варианты выполнения: число и расположение антенн, паразитные компоненты и паразитные элементы можно менять, чтобы получить антенную систему, наиболее адаптированную для необходимой работы.

Объектом изобретения является антенная система с километровыми, гектометровыми или декаметровыми поверхностными волнами, содержащая по меньшей мере одну антенну (24), электрически короткую в вертикальной плоскости, с вертикальной или эллиптической поляризацией и испускающую излучение, при этом упомянутая антенна (24) связана с проводящей средой (28), имеющей по существу горизонтальную поверхность. Антенная система (22) также содержит по меньшей мере один проводной паразитный компонент (30), проходящий в направлении, по существу параллельном поверхности проводящей среды (28), электрически изолированный от каждой антенны (24) и расположенный вблизи по меньшей мере одной антенны (24) таким образом, чтобы быть способным излучать благодаря току, наведенному упомянутым излучением этой антенны (24). Изобретение позволяет комбинировать результирующие каждого излучающего элемента, чтобы контролировать диаграмму направленности в вертикальной плоскости. Данное изобретение позволяет уменьшить ионосферное излучение, уменьшить габариты антенны в вертикальном направлении и легко изменять полосу пропускания. 9 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. Антенная система c километровыми, гектометровыми или декаметровыми поверхностными волнами, содержащая:

- по меньшей мере одну антенну (24, 24a, 24b, 24n), электрически короткую в вертикальной плоскости, с вертикальной или эллиптической поляризацией и испускающую излучение, причем упомянутая антенна (24, 24a, 24b, 24n) связана с проводящей средой (28), имеющей по существу горизонтальную поверхность,

- по меньшей мере один проводной паразитный компонент (30, 30a, 30b, 30n), электрически изолированный от каждой антенны (24, 24a, 24b, 24n) и расположенный вблизи по меньшей мере одной антенны (24, 24a, 24b, 24n) таким образом, чтобы быть способным излучать благодаря току, наведенному упомянутым излучением этой антенны (24, 24a, 24b, 24n), при этом упомянутый по меньшей мере один проводной паразитный компонент проходит в направлении, образующем угол между -10° и 10° с поверхностью проводящей среды,

при этом упомянутая система отличается тем, что упомянутый по меньшей мере один паразитный компонент (30, 30a, 30b, 30n) содержит по меньшей мере один локальный элемент (54а, 54b).

2. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере два проводных паразитных компонента (30а, 30b), проходящих в отличных друг от друга главных направлениях.

3. Антенная система по п. 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере два проводных паразитных компонента (30а, 30b) электрически соединены.

4. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один вертикальный паразитный элемент (40), проходящий в по существу перпендикулярном поверхности проводящей среды (28) направлении, связанный с проводящей средой (28) и находящийся вблизи по меньшей мере одной антенны (24, 24a, 24b, 24n) с тем, чтобы быть способным излучать, благодаря току, наведенному упомянутым излучением этой антенны (24, 24a, 24b, 24n).

5. Антенная система по п. 4, отличающаяся тем, что по меньшей мере один вертикальный паразитный элемент (40) содержит по меньшей мере один локальный элемент (54а, 54b).

6. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что проводящая среда (28) содержит заземляющую плоскость (38), с которой соединена каждая антенна (24, 24a, 24b, 24n).

7. Антенная система по п. 6, отличающаяся тем, что по меньшей мере один проводной паразитный компонент (30, 30a, 30b, 30n) соединен с заземляющей плоскостью (38).

8. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один паразитный компонент (30, 30a, 30b, 30n) соединен с проводящей средой (28).

9. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере один паразитный компонент (30, 30a, 30b, 30n) содержит по меньшей мере один сложенный участок.

10. Антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит множество проводных паразитных компонентов, соединенных таким образом, чтобы образовать поверхностный паразитный компонент (50) или объемный паразитный компонент (52).