ПРИЗЕМНАЯ АНТЕННА КРУГОВОГО ОБЗОРА И СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАГРЕВНОГО СТЕНДА Российский патент 2022 года по МПК H01Q21/06 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенным решеткам с механическим позиционированием в пространстве, и может быть использовано в качестве наземного излучающего элемента в стендах геофизических исследований ионосферы при наклонном воздействии, а также в военно-прикладных целях.

Известны приземные вертикально развитые двухсторонние антенные решетки с рефлектором, получившие название синфазные горизонтальные диапазонные антенны - СГД, состоящие из пассивных и активных излучающих элементов в виде линейных, плоских, турникетных вибраторов различной конструкции - проволочных и жестких, а также рефлектора. (Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны - М.: Связьиздат, 1962. — 815 с.). Конструктивные модификации таких антенн широко используются на ионосферных трассах коротковолновой связи различной протяженности, что обеспечивается формированием главного лепестка диаграммы направленности под нужным углом к горизонту. Для обеспечения работы передатчика в широком секторе азимутальных углов, вплоть до 360°, приходилось иметь на радиоцентре на каждый передатчик в лучшем случае 5-7 таких антенн.

Известна приземная двухсторонняя поворотная синфазная антенна жесткой конструкции, позволяющей поворотом всей башенной конструкции, на которой смонтированы вибраторы антенны, вращать диаграмму направленности в секторе 360°. Нижняя часть металлоконструкции антенны представляет собой одну поперечную и две опорные фермы, выполненные из металлических элементов открытых профилей. Опорные фермы имеют переменные размеры по высоте и ширине, уменьшающиеся от средней части к концам, шарнирно- закрепленным на тележках. Четыре опорные тележки, каждая из которых снабжена своим электроприводом, могут перемещаться по однорельсовому круговому пути диаметром 60 м. (Коротковолновые антенны / Айзенберг Г. 3., Белоусов С. П., Журбенко Э. М. и др.; под ред. Г. 3. Айзенберга. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 536 с. Стр. 246-250). Эта антенна является наиболее близким техническим решением к предлагаемой антенне.

Недостатками описанного устройства, существенно ограничивающими возможности его использования в стендах для геофизических исследований ионосферы, являются:

- ограничение возможности одновременной работы антенны только на двух частотах в двух азимутах, близких к противоположным;

- отсутствие возможности (одна точка питания) увеличения мощности за счет пространственного сложения сигналов.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в реализации приземной многофункциональной антенны, сочетающей в себе не только возможности наклонного воздействия на ионосферу при 20 круговом обзоре, но и возможности наращивания общей мощности при когерентном и некогерентном сложении с обеспечением многочастотных режимов работы. Существенные капитальные затраты на реализацию антенны как элемента стенда геофизических исследований ионосферы определяют в качестве основных требований - это 25 многофункциональность и обеспечение возможностей перспективной модернизации стенда в части увеличения излучаемых мощностей.

Сущность изобретения заключается в исполнении антенны из двух антенных элементов, каждый их которых представляет собой двустороннюю решетку излучателей, расположенных по разные стороны общего апериодического рефлектора. Стороны выполнены в виде решеток излучателей типа синфазной горизонтальной диапазонной антенны и работают в своем диапазоне частот: решетка 4x4 имеет 8 точек питания и диапазон частот 4...8 МГц, решетка 4x8 - 16 точек питания и диапазон частот 8... 16 МГц. Антенные элементы монтируются на независимых поворотных основаниях и могут занимать различные положения друг относительно друга по схеме «книжка», вращаясь вокруг общей оси по общему кольцевому двухрельсовому пути. Излучающим элементом антенн является волновой линейный симметричный вибратор с пониженным волновым сопротивлением, обеспечивающий двукратное перекрытие по частоте. Емкостная составляющая импеданса компенсируется системой питания, содержащей вынесенный шунт. Исполнение антенны жесткое.

Модульное компактное подвижное расположение двух независимых антенных элементов на общем рельсовом пути дают преимущество одновременной работы антенны на несколько азимутов и обеспечивают возможность одно или двухчастотного когерентного (схемного) или некогерентного (пространственного) сложения сигналов в любом направлении сектора 360°. Антенна позволяет повысить уровень технической достижимости суммарной излученной мощности за счет модульности конструкции и открытого доступа к входу излучателей.

Изобретение поясняется рисунками, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются материалами, иллюстрирующими состав и конструкцию антенны.

На фиг. 1 представлен общий вид антенного элемента (изометрическая проекция): 1 - металлоконструкции, 2 и 3 – жесткие вибраторы антенных полотен, 4 - апериодический рефлектор, 5 - опорные тележки.

На фиг. 2 представлен вид сверху антенного элемента и показаны сектора его работы при электронной перестройке ± 15...30°.

На фиг. 3 представлен общий вид заявляемой антенны (вид сверху): 1 - антенные элементы, 2 - двухрельсовый кольцевой путь, 3 - ось вращения.

На фиг.4 представлена иллюстрация способа реализации многофункционального стенда при использовании 3-х антенн. Стрелками ю показаны направления излучения каждого элемента антенн стенда.

Антенна позволяет реализовать набор технологических режимов работы, сочетающих в себе как индивидуальное, так и совместное воздействие на ионосферу отдельных ее элементов в круговом секторе углов по азимуту и от 5° до 20° по углу места. При этом реализуется 15 возможность двухчастотной когерентной и некогерентной работы элементов антенны. Изменение азимута максимального излучения в пределах 0...360⁰ обеспечивается вращением антенных элементов, смонтированных на опорно-поворотных основаниях, вокруг общей оси.

Фазированием элементов при совместной работе элементов 20 антенны можно осуществлять электрическое перестроение диаграммы направленности в горизонтальной плоскости вблизи направления максимального излучения, выбранного механическим ориентированием антенных элементов, в пределах сектора ± 15° ... 30° в зависимости от частотного диапазона.

Синфазным и противофазным питанием групп вибраторов различных этажей антенны осуществляется управление диаграммой направленности в вертикальной плоскости.

Особенности конструкции и свойства антенны являются основой способа реализации многофункционального нагревного стенда геофизических исследований ионосферы наклонным электромагнитным воздействием, суть которого состоит в разнесенном пространственном комбинировании N антенн с последующим формированием пространственной картины воздействий на ионосферу с использованием возможностей изменения секторов излучения отдельных антенн их вращением вокруг общей оси.

Поэтапно способ реализации стенда наклонного зондирования с круговым сектором работы предполагает:

1 этап. Выбор элемента, формирующего структуру (сборку) стенда - это могут быть вибраторные элементы (одиночные, турникетные, волновые каналы и прочее), либо синфазные горизонтальные диапазонные антенны (СГД), либо приземная двухсторонняя поворотная синфазная антенна жесткой конструкции, которая является прототипом изобретения, либо комбинирование заявляемых антенн, которое предлагается в изобретении в качестве отличительного признака способа реализации стенда.

2 этап. Выбор количества элементов стенда - в самом общем случае, это N заявляемых антенн. Границы технической достижимости основных параметров излучения стенда (числа формируемых потоков, необходимой мощности излучения в каждом потоке, спектрального состава излученных сигналов) в зависимости от назначения стенда могут изменяться в широких пределах и, в основном, зависят от количества элементов стенда. Предлагаемый способ реализации стенда не конкретизирует количество элементов, позволяя таким образом не уменьшать границы способа, как изобретения.

3 этап. Реализовать конфигурацию стенда предлагается в виде разнесенного пространственного комбинирования N заявленных антенн, то есть изобретение не ограничивает форму пространственного исполнения стенда (линейная, прямоугольная, кольцевая, гексагональная), как это, например, делается для стендов вертикального зондирования в виде горизонтальных эквидистантных двумерных решеток различных излучающих элементов этого диапазона. Компоновка элементов в заявляемом способе реализации стенда может осуществляться произвольно по возможным некритичным географическим, инфраструктурным, эксплуатационным требованиям. Такой подход к формированию стенда стал возможен благодаря полезному сочетанию подобранных электромеханических и электронных свойств составляющих его элементов.

4 этап. Способы изменения направления и секторов работы стенда могут быть механическими при взаимном перемещении и/или переключении излучателей, либо электронным управлением, либо и то и другое вместе. В изобретении использовано последнее («электронномеханическое сканирование») и оно предлагается в качестве отличительного признака способа реализации стенда.

5 этап. Активация стенда, как операция, очевидна и проводится, как для любой фазированной антенной решетки, путем подключения активных элементов к диаграммообразующей схеме через усилители и фазовращатели. Количество точек питания зависит от способа достижения необходимых уровней излучаемой мощности, определяемой уровнем развития техники мощных высокочастотных генераторов.

Предлагаемый способ, как инструмент, дает возможность поэтапно реализовать нагревной стенд для геофизических исследований ионосферы наклонным электромагнитным воздействием, а также стенды под различные прикладные задачи.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антенным решеткам с механическим позиционированием в пространстве. Технический результат – расширение функциональных возможностей. Группа изобретений включает в себя приземную антенну кругового обзора с механическим позиционированием в пространстве, которая состоит из двух антенных элементов, каждый их которых представляет собой двустороннюю решетку излучателей, расположенных по разные стороны общего апериодического рефлектора, стороны выполнены в виде решеток излучателей типа синфазной горизонтальной диапазонной антенны и работают в своем диапазоне частот: решетка 4×4 имеет 8 точек питания и диапазон частот 4…8 МГц, решетка 4×8 - 16 точек питания и диапазон частот 8…16 МГц, при этом антенные элементы монтируются на независимых поворотных основаниях и могут занимать различные положения относительно друг друга по схеме «книжка», вращаясь вокруг общей оси по общему двухрельсовому пути, и способ реализации многофункциональности стенда, её использующий. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Приземная антенна кругового обзора в виде двухсторонней решетки жестких излучателей с апериодическим общим для обеих решеток рефлектором между ними, вращающейся вокруг вертикальной оси, содержащая платформу, поворотный механизм, состоящий из кольцевого пути и опорных тележек, синфазную систему питания каждой решетки, излучающим элементом антенн является волновой линейный симметричный вибратор с пониженным волновым сопротивлением, обеспечивающий двукратное перекрытие по частоте, а емкостная составляющая импеданса компенсируется системой питания, содержащей вынесенный шунт, отличающаяся тем, что полотно антенны состоит из двух антенных элементов, каждый из которых имеет свой поворотный механизм вокруг общей оси, расположенной между ними, и опорные тележки, перемещающиеся независимо по общему двухрельсовому кольцевому пути, при этом питание частей антенной решетки осуществляется от отдельных усилителей.

2. Способ реализации многофункционального нагревного стенда геофизических исследований ионосферы наклонным электромагнитным воздействием, отличающийся разнесенным пространственным комбинированием N антенн по п. 1, электронно-механическим сканированием секторами излучения в любых направлениях сектора 360°, выбором и установлением до 4N частотных режимов работы стенда, регулированием распределения и уровней мощности по секторам и выбором режимов когерентного и некогерентного сложения мощностей в исследуемой области ионосферы.