Шлейф-вибраторная антенна низких частот Российский патент 2022 года по МПК H01Q1/36 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для излучения электромагнитных колебаний на линиях связи низкочастотных диапазонов радиоволн, преимущественно в международной автоматизированной системе оповещения NAVTEX, а так же при развертывании в местах, не приспособленных для строительства капитальных антенных сооружений, на радиопередающих нестационарных центрах с изменяемой дислокацией их на местности и как резервный вариант на существующих радиопередающих станциях. Безмачтовая шлейф - вибраторная антенна низких частот адаптируется к мобильному исполнению с оперативным вводом в рабочее состояние.

Со времен изобретения радиоантенн в опытных исполнениях для диапазонов низких частот ввиду значительной протяженности излучателей применяют безмачтовые протяженные антенные устройства с использованием в качестве подъемно-удерживающих устройств воздушных змеев, предназначенных для подъема на высоту и удержания удлиненных излучающих проводников, в целях повышения эффективности работы радиопередающих устройств. Известна и промышленная реализация антенны «Змей» из комплекта переносной шлюпочной радиостанции «Плот» для подачи сигналов бедствия и связи со спасателями, применявшаяся с 1960 года (В.В. Демидов, В.А. Доливо. В.В. Пономаренко, М.А. Сырых, Н.И. Чернозубова, А.Н. Пипченко. Квалифицированный матрос (Able Seaman). Уч. Пос.под ред. профессора Пипченко А.Н.. Изд.: Центр подготовки и аттестации плавсостава Одесской Государственной Морской Академии. 1997 г.)

Известная антенна «Змей» обладает недостаточной надежностью обеспечения работы из-за необходимости применения только в ветряную погоду и малой подъемной силой из-за ограниченных размеров подъемного устройства для мобильного укомплектования радиостанции.

Известна выпускная самолетная антенна из элементов, часть которых закреплена на фюзеляж самолета, а часть - расположена на выпускном тросе (А.С. СССР №1160492, опубл. 07.06.1985). Антенна содержит излучатель, выполненный из провода, выпускную изоляционную трубку, установленную в самолете, через которую пропущен трос-излучатель, одним концом прикрепленный к лебедке, установленной в самолете, а другим к стабилизирующему устройству, нанизанному на трос.

Известная выпускная самолетная антенна имеет низкую надежность в эксплуатации, обусловленную усложненным устройством стабилизации при ее складывании, что приводит к ее обрывам.

Известна аэростатная антенна зонтичного типа (Пат. РФ №2340986, опубл. 10.12.2008 г.) Антенна включает аэростат с оболочкой сферической формы и пропущенную через верхний и нижний полюсы оболочки вертикальную штангу, на вершине которой с помощью строп закреплено флюгирующее аэродинамическое объемное тело, а также лебедку с привязными тросами, противовес и емкостную нагрузку зонтичного типа, выполненную в виде радиально расходящихся проводников, размещенных на поверхности аэродинамического объемного тела. Причем один из привязных тросов аэростата выполнен с токопроводящим покрытием, точка соединения радиально расходящихся проводников прикреплена к вершине штанги, а свободные концы проводников - к каркасу объемного тела, при этом нижний конец токопроводящего троса и точка соединения проводников противовеса являются входом-выходом антенны.

Недостатками известной антенны являются конструктивная сложность устройства для реализации емкостной нагрузки зонтичного типа, предназначенной для снижения высоты подъема токопроводящего троса за счет увеличения действующей высоты антенны и эксплуатационная сложность, обусловленная обеспечением взаимодействия элементов системы при необходимости воздействии на аэростат дополнительной ветровой нагрузки, разворачивающей его навстречу ветровому потоку для создания дополнительной аэродинамической подъемной силы аэростата и стабилизации его в пространстве.

Известна аэростатная антенна (Пат. РФ №2320058, опубл.20.03.2008). Антенна содержит аэростат, кабель-трос и изолятор, через который они соединены между собой, и снабжена дополнительной емкостной нагрузкой зонтичного типа, конструктивно выполненной в виде трех и более электрических проводников. Каждый из проводников верхним концом прикреплен к точке присоединения кабеля-троса к изолятору, а нижним через дополнительный изолятор соединен с растяжкой, заякоренной к земле, и снабжена электрическим противовесом в виде трех и более электрических проводников, соединенных одним концом между собой. Проводники электрического противовеса расположены на поверхности земли и радиально расходятся от точки соединения, при этом данная точка соединения проводников противовеса является одним электродом вывода антенны, а нижний конец кабеля-троса является другим электродом этого вывода, которым антенна подключается к радиопередающему устройству.

Недостатками известной антенны являются необходимость повышенной подъемной силы летательного аппарата аэростата, обусловленной обтяжкой трех и более электрических проводников с растяжками при центровке кабель-троса. Дополнительно к этому антенны с разветвленной верхней частью имеют пониженные антифединговые свойства. Кроме того, рабочая полоса пропускания известной антенны недостаточна широкая.

Целью изобретения является создание шлейф - вибраторной антенны низких частот повышенной эффективности, предназначенной для работы преимущественно в международной автоматизированной системе оповещения NAVTEX, с использованием привязного летательного аппарата в виде мультикоптера, в зависшем состоянии с возможностью стабильного поддержания длины излучающих проводников вибратора, соизмеримой с 0,25λ.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в расширении рабочей полосы пропускания и, как следствие, в увеличении скорости передачи информации и объема передаваемой информации.

Для достижения указанного технического результата в шлейф-вибраторной антенне низких частот, разворачиваемой с помощью привязного летательного аппарата, соединенного через изолятор с кабель-тросом, нижний конец которого является электродом вывода антенны и подключен к радиопередающему устройству, содержащей электрический противовес в виде не менее трех электрических проводников, расположенных и закрепленных на земле и радиально расходящихся от точки их соединения в центре, дополнительно к изолятору присоединен еще один кабель-трос, при этом длина каждого кабель-троса соизмерима с 0,25λ, нижние концы кабель-тросов соединены с одним и тем же проводником электрического противовеса и разнесены друг от друга от точки соединения радиально расходящихся проводников электрического противовеса на расстояние, соизмеримое с 0,025λ, вторым электродом вывода антенны является точка соединения источника питания с этим проводником, в качестве привязного летательного аппарата используют мультикоптер средних размеров, работающий в режиме зависания.

Длина вибратора, то есть высота подъема кабель-троса, соизмеримая с 0,25λ, резко улучшает характеристики излучения антенной и приводит к повышению коэффициента полезного действия с повышением дальности передачи информации.

Шлейф - вибраторная антенна низких частот иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 показан эскиз устройства шлейф-вибраторной антенны низких частот, на фиг. 2 приведен график изменения КСВ в рабочем диапазоне, на фиг. 3 - диаграммы направленностей в горизонтальной и вертикальной плоскости с электрическими параметрам.

Предлагаемая шлейф - вибраторная антенна низких частот, разворачиваемая с помощью привязного летательного аппарата, представленного мультикоптером 1 среднего размера, к которому присоединен кабель-трос 2 через изолятор 3. Нижний конец кабель-троса 2 является электродом вывода антенны и подключен к радиопередающему устройству (на фиг. 1 не показано). Дополнительно к изолятору 3 присоединен второй кабель-трос 4. Оба кабель-троса 2 и 4 представляют емкостную нагрузку антенны, длина каждого кабель-троса 2,4 соизмерима с 0,25λ. Антенна содержит электрический противовес, выполненный в виде не менее трех электрических проводников 5, которые расположены и закреплены на земле и радиально расходятся от точки 6 их соединения в центре. Нижние концы обоих кабель-тросов 2 и 4 соединены с одним и тем же электрическим проводником 5 электрического противовеса соответственно в точках 7 и 8 и разнесены от точки 6 на одинаковое расстояние, соизмеримое с 0,025λ. Вторым электродом вывода антенны является точка 9 соединения источника питания с этим проводником.

Шлейф - вибраторная антенна работает следующим образом.

После подъема мультикоптера 1, который работает в режиме зависания, на заданную высоту 150 метров, удерживаемые в натяжке кабель-тросы 2 и 4 через изолятор 3 и крепления в точках 7 и 8 к проводникам 5 противовеса, с использованием проводимости проводников 5, создают электрический шлейф, к которому через электроды вывода антенны фидером (на фиг. 1не показан) подключается радиопередающее устройство. Таким образом, два проводящих кабель-троса 2 и 4, соединенные между собой через изолятор 3, образуют двухпроводный вибратор протяженностью 0,25λ, то есть плечо классического шлейф - вибратора Пистолькорса с разносом проводников в районе подключения антенны к фидеру на расстояние соизмеримое с 0,025λ, (фиг. 1). И если в аэростатной антенне (Пат. РФ №2320058) настроенный четвертьволновый однопроводный вибратор обладает классическим входным сопротивлением соизмеримым с 36 Ом, то полувибратор Пистолькорса имеет сопротивление 144 Ома. Работа шлейф-вибратора Пистолькорса широко освещена в технической литературе. Компьютерное моделирование на частоте 500 кГц, то есть длине волны 600 метров, при четвертьволновом вибраторе полностью подтвердило эти значения в полосе частот практически 1,5 раза шире, чем у одиночного вибратора, то есть вместо 26 кГц стало 37 кГц, что подтверждается графиком изменения КСВ (фиг. 2). Кроме этого, не параллельное размещение кабель-тросов 2 и 4, сходящихся к изолятору 3, не повлияло на работоспособность, что подтверждается формами диаграмм направленностей и основными параметрами антенны (фиг. 3). Вырождение проводника емкостной нагрузки антенны (Пат. №2320058), уменьшающей высоту подъема однопроводного вибратора, во второй кабель-трос при предложенной трансформации излучателя антенной системы в шлейф-вибратор Пистолькорса повышает высоту подъема вибратора относительно антенн с емкостной нагрузкой, но при использовании мультикоптеров становится не критичной. Дополнительно к этому, при использовании мультикопреров, необходимость использования прочных стальных кабель-тросов с покрытиями повышенной проводимости, в известных, указанных выше, выполняющих функции удержания аэростатов, в предлагаемом техническом решении не требуется, так и выполнять кабель-трос в предлагаемой антенне можно из тонкого широко используемого при развертывании мобильных антенн медного, с малым электрическим сопротивлением, антенного канатика. При применении в системах NAVTEX передатчиков с мощностями, соизмеримыми с 500 Вт, при подъеме обеспечивающего работу антенного канатика диаметром 3,5 мм, для частот 490 кГц и 518 кГц, на высоту 150 м, достаточно подъемной силы мультикоптера от 8 кг, что многократно упрощает эксплуатацию и удешевляет стоимость антенного сооружения. При этом ввиду десятиминутных сеансов передачи информации в системах NAVTEX, по расписанию в четырехчасовых циклах между сеансами, зарядов аккумуляторов, широко применяемых мультикоптеров будет хватать более, чем на суточную эксплуатацию без подзарядки.

Предлагаемая шлейф - вибраторная антенна низких частот особенно актуальна для северного морского пути, т.к. в настоящее время вдоль северного морского пути установлены всего две стационарные мачтовые станции NAVTEX при потребности в них в количестве десяти, но из- за сложности доставки оборудования и монтажа стационарных мачтовых станций NAVTEX по - прежнему не хватает. Предложенная шлейф - вибраторная антенна низких частот, преимущественно применяемая в системах NAVTEX, может с успехом восполнить этот недостаток. Кроме того, она может успешно использоваться как резервный вариант для радиоцентров низких частот, в том числе в мобильном варианте, и в качестве оперативно развертываемых или запасных комплектов военных радиостанций.

Изобретение относится к радиотехнике и служит для излучения электромагнитных колебаний на линиях связи низкочастотных диапазонов радиоволн. Техническим результатом является расширение рабочей полосы пропускания. Технический результат достигается тем, что предложена шлейф-вибраторная антенна низких частот, разворачиваемая с помощью мультикоптера среднего размера, мультикоптер работает в режиме зависания и соединен через изолятор с двумя кабель-тросами, длина которых соизмерима с 0,25λ, нижние концы кабель-тросов соединены с одним и тем же проводником электрического противовеса, противовес выполнен в виде не менее трех электрических проводников, расположенных и закрепленных на земле и радиально расходящихся от точки их соединения в центре, нижние концы кабель-тросов разнесены от точки соединения проводников противовеса на расстояние, соизмеримое с 0,025λ, электродами вывода антенны являются нижний конец одного основного кабель-троса и точка соединения источника питания. 3 ил.

Шлейф-вибраторная антенна низких частот, разворачиваемая с помощью привязного летательного аппарата, соединенного через изолятор с кабель-тросом, нижний конец которого является электродом вывода антенны и подключен к радиопередающему устройству, содержащая электрический противовес в виде не менее трех электрических проводников, расположенных и закрепленных на земле и радиально расходящихся от точки их соединения в центре, отличающаяся тем, что дополнительно к изолятору присоединен еще один кабель-трос, при этом длина каждого кабель-троса соизмерима с 0,25λ, нижние концы кабель-тросов соединены с одним и тем же проводником электрического противовеса и разнесены друг от друга от точки соединения радиально расходящихся проводников электрического противовеса на расстояние, соизмеримое с 0,025λ, вторым электродом вывода антенны является точка соединения источника питания с этим проводником, в качестве привязного летательного аппарата используют мультикоптер средних размеров, работающий в режиме зависания.