Мобильная КВ-ПВ антенная система парящий волновой канал Российский патент 2023 года по МПК H01Q19/00 H01Q19/04 

Изобретение относится к области мобильных систем радиосвязи, а именно к комбинированным конструкциям антенных элементов и узлов, установленных на дронах, обеспечивающих синтез диаграммы направленности антенной решетки с вертикальной поляризацией. Структура мобильной антенной системы для коротких и промежуточных волн (ПВ-КВ), включающая бортовой приемопередатчик, предназначена для использования в технике радиосвязи в качестве мобильного, с новыми функциями, антенного устройства для автономных объектов морских и сухопутных транспортных средств и стационарных радиостанций. Сущность изобретения заключается в осуществлении автономной высокоманевренной антенной системы из активного и пассивных вибраторов, подвешенных на дронах, для формирования синтезируемой направленности антенной решеткой типа волновой канал для ретрансляции сигналов наземных радиостанций. Мобильная КВ-ПВ антенная система может использоваться для геологических партий и удаленных пастбищ оленеводов, автотранспортных средств в движении, судов и объектов Северного морского пути, а также, как ретранслятор сигналов от носимых УКВ-радиостанций, для увеличения дальности связи и, в том числе, как аварийная антенна резерва в компактной укладке.

Антенны волновой канал горизонтальной поляризации наиболее широко известны, в том числе и известна антенна волновой канал вертикальной поляризации (Харченко К.П. Антенны вертикальной поляризации. - М; Радио и связь, 1984. - Массовая радиобиблиотека. Вып. 1072. С. 40, рис. 42). Известная антенна типа волновой канал вертикальной поляризации, для применения в УКВ диапазоне, содержит активный элемент в виде штыря-аналога, вместо классического шлейф-вибратора Пистолькорса, широко применяемого в антеннах типа волновой канал горизонтальной поляризации. Все элементы антенны, включая рефлектор и директоры, из-за малых размеров устройств антенн в УКВ диапазоне, компактно закреплены на траверзе, определяющей направленность линейной антенной решетки. Устройство известной антенны выполнено в виде жесткой сварной конструкции из металлических элементов.

Недостатком антенн типа волновой канал, в том числе и известной антенны вертикальной поляризации, является жесткость конструкции, которую из-за увеличенных габаритов сложно обеспечить в КВ-ПВ диапазонах радиоволн и однозначность их направленности.

Наиболее близким по назначению и основным существенным признакам является мобильная активная фазированная антенная решетка (патент RU №2758569 от 29.10.2021, бюл. 31). В известной антенне-прототипе антенные элементы размещены на передающих модулях, каждый из которых с антенными элементами устанавливают на дронах, находящихся в зависшем положении или синхронно передвигающихся над земной поверхностью. Размещают дроны друг за другом в направлении формирования направленного излучения для создания антенной фазированной решетки с режимом бегущей волны. При этом в каждом передающем модуле с помощью встроенного формирователя осуществляют от источника передачи сигнала прием сигналов на повышенной частоте, усиливают принятый сигнал встроенным усилителем мощности и подают на антенные элементы, причем необходимые фазовые соотношения задержек для создания направленной диаграммы формируются за счет взаимного расположения дронов в пространстве.

Недостатками прототипа является работа известной антенной системы только как передающей и размещение передающих модулей на каждом дроне. Дополнительно к этому, за счет формирования необходимых фазовых соотношений, в известном способе, из-за индивидуального приема сигналов идентичными модулями дронов, диаграмма выраженной направленности синтезируется только при размещении их в направлении излучения по прямой линии, исходящей из точки передаваемых для ретрансляции сигналов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание повышенной живучести, с расширением функций, упрощенной приемопередающей направленной антенной системы с оперативным изменением угла формирования направленного приема и излучения, независящего от азимута и угла места на ее от источника ретранслируемого сигнала земной радиостанции.

Согласно изобретению для решения указанной задачи предлагается мобильная КВ-ПВ антенная система типа волновой канал, включающая антенную решетку для формирования направленной диаграммы с антенными элементами, установленными на дронах, находящихся в зависшем положении или синхронно передвигающихся над земной поверхностью, размещенных друг за другом в направлении формирования направленного излучения. Антенная система содержит активный антенный элемент, в виде симметричного вибратора подвешенного на дроне с приемо-передающим модулем, пассивные вибраторы в виде тылового антенного элемента-рефлектора и размещенные впереди активного антенного элемента элементов-директоров, подвешенных на дронах и расположенных своими серединами на линии, являющейся осью направленности. Причем приемо-передающий модуль обеспечивает прием и излучение в КВ-ПВ диапазонах радиочастот с ретрансляцией принятых в КВ-ПВ диапазонах сигналов на служебных частотах на земную радиостанцию и с ретрансляцией сигналов с земной радиостанции на служебных частотах в КВ-ПВ диапазон радиочастот, излучаемых для увеличения дальности связи.

Мобильная КВ-ПВ антенная система может иметь активный антенный элемент, в виде симметричного вибратора, подвешенного на дроне с приемо-передающим модулем, выполненный в виде коаксиального вибратора с идентичными плечами.

Мобильная КВ-ПВ антенная система может иметь пассивные вибраторы, выполненные в виде гибких проводников, подвешенных с помощью диэлектрических тросов на дроны, причем в качестве утяжелителей могут использоваться диэлектрические катушки с намоткой регулируемого резерва удлинения-укорочения вибраторов.

Для работы мобильной КВ-ПВ антенной системы может в качестве земной радиостанции применяться носимая УКВ радиостанция системы подвижной радиосвязи.

Техническим результатом предлагаемого решения является расширение функциональных возможностей за счет упрощенной конструкции составных антенных элементов с применением одного приемопередающего модуля, обеспечивающего не только одностороннюю ретрансляцию, а универсально использующегося в качестве приемопередающего устройства. Дополнительно к этому, пространственная свобода размещения дронов и ненужность соосности с земной радиостанцией при размещении дронов, обеспечивают ретрансляцию оперативно изменяемой на любую заданную, или на выбор, направленность на любых углах и на любом удалении мобильной КВ-ПВ антенной системы в зоне электромагнитной доступности от земной станции на ее служебных частотах.

Проведенный сравнительный анализ заявленного устройства мобильной КВ-ПВ антенной системы и прототипа показывает, что их отличие заключается в следующем:

- в прототипе передающие модули антенных элементов установлены для работы фазированной антенной решетки для ретрансляции сигналов с земной радиостанции индивидуально на все вибраторы, а в предлагаемом техническом решении используется один приемо-передающий модуль, обеспечивающий двухстороннюю ретрансляцию;

- в прототипе необходимые фазовые соотношения задержек для создания направленной диаграммы формируются за счет взаимного расположения дронов в пространстве при их размещении вдоль оси, исходящей от земной радиостанции, а в предлагаемом техническом решении используется размещение дронов вдоль оси направленности антенной системы, в зависимости от используемых длин радиоволн, относительно дрона с активным антенным элементом, в виде симметричного вибратора подвешенного на дроне с приемо-передающим модулем и пассивных вибраторов с размерами и расстояниями между ними, известными из расчетов директорных антенн по широкому кругу информационных источников по антеннам. Таким образом направленность предлагаемой антенной системы развязана от учета направления на земную станцию;

- в отличие от прототипа, предлагаемая антенная система ориентирована на симметричный активный вибратор для максимального приближения к работе антенн типа волновой канал с упрощением подходов для расчетов. Одновременно предлагается конструкция активного антенного элемента, выполненного в виде коаксиального вибратора с идентичными плечами, чтобы нейтрализовать антенный эффект, размещая внутрь плеча вибратора питающий коаксиальный кабель и обеспечить, при выполнении плеч в виде подвижной гибкой сетчатой или гофрированной оболочки поверх конструкции изоляции коаксиального кабеля, возможность изменения продольных размеров;

- в отличие от прототипа, в предлагаемой антенной системе вибраторы выполнены в виде гибких проводников, подвешенных с помощью диэлектрических тросов на дроны. Причем в качестве утяжелителей для стабилизации вибраторов в вертикальном положении используются диэлектрические катушки с намоткой регулируемого резерва удлинения-укорочения вибраторов, что обеспечивает регулировкой длин вибраторов изменение рабочего диапазона частот;

- в отличие от прототипа, в предлагаемой антенной системе в качестве земной радиостанции может применяться носимая УКВ радиостанция подвижной радиосвязи, что многогранно расширяет функциональные возможности применения предлагаемого технического решения для различных сфер использования.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что сочетание используемых в мобильной КВ-ПВ антенной системе элементов и модулей в указанной связи приводит созданию устройства повышенной живучести, с расширением функций, с оперативным изменением угла формирования направленного приема и излучения, независящего от азимута и угла места на ее от источника ретранслируемого сигнала земной радиостанции, причем, в процессе эксплуатации, возможна переустановка модулей между дронами-носителями.

Сочетание отличительных признаков и свойства предлагаемого технического решения мобильной КВ-ПВ антенной системы из патентных источников и литературы не найдено, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На чертеже на фиг.1 показана реализация мобильной КВ-ПВ антенной системы.

Мобильная КВ-ПВ антенная система содержит антенную решетку для формирования направленной диаграммы с антенными элементами, установленными на дронах 1, находящихся в зависшем положении или синхронно передвигающихся над земной поверхностью, размещенных друг за другом в направлении формирования направленного излучения. Подобно структуре антенн типа волновой канал, антенная система содержит активный антенный элемент 2, в виде симметричного вибратора подвешенного на дроне 1 с приемо-передающим модулем 3 и пассивные вибраторы: тыловой антенный элемент-рефлектор 4 и размещенные впереди активного антенного элемента элементы-директоры 5. Все антенные элементы 2, 4, 5, подвешенные на дронах 1, расположены своими серединами (а) на линии 6, являющейся осью направленности мобильной КВ-ПВ антенной системы. Приемо-передающий модуль 3 обеспечивает прием и излучение в КВ-ПВ диапазонах радиочастот с ретрансляцией принятых в КВ-ПВ диапазонах сигналов на служебных частотах на земную радиостанцию 7 и с ретрансляцией сигналов с земной радиостанции 7 на служебных частотах в КВ-ПВ диапазон излучаемых радиочастот.

В предлагаемой мобильной КВ-ПВ антенной системе активный антенный элемент 2, в виде симметричного вибратора, подвешенного на дроне 1 с приемо-передающим модулем 3, выполнен, например, в виде коаксиального вибратора с идентичными плечами 8.

В предлагаемой мобильной КВ-ПВ антенной системе пассивные вибраторы 5 выполнены в виде гибких проводников и подвешены с помощью диэлектрических тросов 9 на дроны 1, причем в качестве утяжелителей используются диэлектрические катушки 10 с намоткой регулируемого резерва удлинения-укорочения вибраторов.

В мобильной КВ-ПВ антенной системе в качестве земной радиостанции могут применяться, как радиостанции существующих радиоузлов связи, так и носимые УКВ радиостанции подвижной радиосвязи.

Мобильная КВ-ПВ антенная система работает следующим образом.

Для обеспечения увеличения дальности радиосвязи, например, за пределы действия УКВ радиостанций с переходом в КВ-ПВ диапазон, для перемещения размещения мертвой зоны в KB диапазоне за пределы требуемой дальности радиосвязи и увеличения дальности развертывания КВ-ПВ радиолиний связи, в том числе в аварийных ситуациях, дроны 1 поднимают на необходимую высоту и выстраивают по оси 6, проходящей через середины антенных элементов (а), в сторону абонентов. Структура выстроенных дронов 1 реализует антенную решетку, содержащую активный антенный элемент 2, в виде симметричного вибратора подвешенного на дроне 1 с приемо-передающим модулем 3 и пассивные вибраторы: тыловой антенный элемент-рефлектор 4 и размещенные впереди активного антенного элемента элементы-директоры 5. Расстояния между вибраторами и их геометрические размеры рассчитываются известными способами для антенн типа волновой канал, для требуемого рабочего диапазона радиочастот, при обеспечении функционирования радиолиний связи. Приемо-передающий модуль 3 обеспечивает прием и излучение в КВ-ПВ диапазонах радиочастот и ретранслирует принятые в КВ-ПВ диапазонах сигналы на служебных частотах на земную радиостанцию 7 и ретранслирует сигналы с земной радиостанции 7 на служебных частотах в КВ-ПВ диапазон для излучения радиоволн. Земная радиостанция 7 обеспечивает прием на служебной частоте сигналов от модуля 3 мобильной КВ-ПВ антенной системы для дальнейшего использования и в обратном порядке на служебной частоте передает на модуль 3 для ретрансляции в радиолинию связи. Активный антенный элемент 2, для расширения рабочего диапазона за счет увеличения диаметра может быть выполнен как симметричный вибратор, подвешенный на дроне 1 с приемо-передающим модулем 3, в виде коаксиального вибратора с идентичными плечами 8. В мобильной КВ-ПВ антенной системе пассивные вибраторы могут быть выполнены в виде гибких проводников и подвешены с помощью диэлектрических тросов 9 на дроны 1. Причем в качестве утяжелителей могут использоваться диэлектрические катушки 10 с намоткой регулируемого резерва удлинения-укорочения вибраторов для обеспечения расчетных длин проводников. В предлагаемой мобильной КВ-ПВ антенной системе в качестве земной радиостанции 7 может применяется пользователями носимая УКВ радиостанция подвижной радиосвязи, а также радиостанции подвижных транспортных средств, например, при движении автотранспорта с синхронным передвижением дронов 1, их одновременным поворотом КВ-ПВ антенны в сторону направления абонентов или нахождением в точке развертывания антенной системы с удалением автомобиля до дальностей электромагнитной доступности УКВ радиостанций с приемо-передающим модулем 3.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к мобильным системам радиосвязи на основе комбинированных конструкций антенных элементов и узлов, установленных на дронах. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей и упрощение конструкции. Технический результат достигается тем, что предложена мобильная КВ-ПВ антенная система парящий волновой канал, включающая антенную решетку для формирования направленной диаграммы с антенными элементами, установленными на дронах, находящихся в зависшем положении или синхронно передвигающихся над земной поверхностью, размещенных друг за другом в направлении формирования направленного излучения, отличающаяся тем, что содержит активный антенный элемент в виде симметричного вибратора, подвешенного на дроне с приемопередающим модулем, и пассивные вибраторы: тыловой антенный элемент-рефлектор и размещенные впереди активного антенного элемента элементы-директоры, где все антенные элементы, подвешенные на дронах, расположены своими серединами на линии, являющейся осью направленности, причем приемопередающий модуль выполнен с возможностью обеспечения приема и излучения в КВ-ПВ диапазонах радиочастот. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Мобильная КВ-ПВ антенная система парящий волновой канал, включающая антенную решетку для формирования направленной диаграммы с антенными элементами, установленными на дронах, находящихся в зависшем положении или синхронно передвигающихся над земной поверхностью, размещенных друг за другом в направлении формирования направленного излучения, отличающаяся тем, что содержит активный антенный элемент в виде симметричного вибратора, подвешенного на дроне с приемопередающим модулем, и пассивные вибраторы: тыловой антенный элемент-рефлектор и размещенные впереди активного антенного элемента элементы-директоры, где все антенные элементы, подвешенные на дронах, расположены своими серединами на линии, являющейся осью направленности, причем приемопередающий модуль выполнен с возможностью обеспечения приема и излучения в КВ-ПВ диапазонах радиочастот с ретрансляцией принятых в КВ-ПВ диапазонах сигналов на служебных частотах на земную радиостанцию и с ретрансляцией сигналов с земной радиостанции на служебных частотах в КВ-ПВ диапазон излучаемых радиоволн.

2. Мобильная КВ-ПВ антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что активный антенный элемент в виде симметричного вибратора, подвешенного на дроне с приемопередающим модулем, выполнен в виде коаксиального вибратора с идентичными плечами.

3. Мобильная КВ-ПВ антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что пассивные вибраторы выполнены в виде гибких проводников и подвешены с помощью диэлектрических тросов на дроны, причем в качестве утяжелителей используются диэлектрические катушки с намоткой регулируемого резерва удлинения-укорочения вибраторов.

4. Мобильная КВ-ПВ антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве земной радиостанции применяется носимая УКВ радиостанция подвижной радиосвязи.