Телевизионная всенаправленная шарообразная антенна Российский патент 2023 года по МПК H01Q1/32 

Предлагаемое техническое решение относится к области антенной техники, а именно к всенаправленным широкополосным вибраторным антеннам и может быть использовано для приема эфирных телепередач в качестве, как автомобильной антенны, так и оригинальной комнатной, а также для контроля радиоизлучений горизонтально поляризованных радиоволн.

Известна широкополосная всенаправленная антенна для телевизионного приема (Патент RU №2273080 кл. H01G 21/39 от 27.02.2006). Антенна содержит основную рамку, выполненную в форме кольца с периметром, равным удвоенной длине волны в основном диапазоне частот. В провод антенны через полуволновые промежутки включены короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы. Конструкция закреплена на мачте с помощью элементов крепления и дополнительно содержит две и более кольцевые рамки с геометрическими параметрами, соответствующими дополнительным частотным диапазонам. Эти рамки, расположенные параллельно плоскости основной рамки, подключены в перекрестном порядке к двухпроводной линии, соединенной с входом антенного усилителя, причем короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы дополнительных рамок соединены между собой и расположены, как и у основной рамки, под углом к плоскости рамок.

Недостатком данной конструкции является ее громоздкость: горизонтальный размер составляет по периметру круга более двух длин рабочих волн узкого диапазона частот, а вертикальный размер связан с этажностью, так как расширение рабочего диапазона частот до требований к широкополосной антенне требует увеличения количества этажей. Конструкция антенны имеет пониженную механическую надежность и повышенную технологичность изготовления.

Общеизвестна коммерческая линейка антенн Когопа (оригинал Польша) (https://radiovec.ru/antenny-k-radiostantsiyam/21-televizionnaya-antenna-korona-original-polsha-detail (дата обращения 08.01.2023). Антенны этого типа от производителей в России, Китае и Польше наиболее широко распространены использованием на автотранспорте и речных судах. По конструкциям электрически принципиально одинаковы и различимы формой обводов рамок и размерами периметров, при использовании в скрещенном варианте пар разнесенных рамочных вибраторов с общей осью симметрии, по известному устройству идентично конструкции всенаправленной дипольной петлевой антенной решетки (Патент US №4785303 с приоритетом от 12.12.1984).

Прототипом всенаправленной широкополосной автомобильной антенны взято техническое решение известной телевизионной антенны (Патент RU №124986 кл. H01G 1/32 от 20.02.2013 украинского патентообладателя) для приема наземных (эфирных) телепередач, как в автомобиле, так и в помещении. Устройство антенны идентично антеннам линейки Когопа, с отличием за счет подробностей деталировки вспомогательных элементов. Электрически устройство характеризуется парной работой активных рамочных вибраторов, отстоящих друг от друга на расстояние, соизмеримое с 0, 25λmid.. Таким образом, за счет этого, при сужении диаграмм направленностей в горизонтальной плоскости в прямом, и обратном направлениях до 90 градусов в парах, в скрещенном варианте пар, обеспечивается круговая диаграмма направленности составной антенной решетки.

Основным недостатком таких конструкций является совместная работа параллельно подключенных разнесенных идентичных антенных вибраторов с периметрами, соизмеримыми с учетом длин соединительных линий с λmid., повышая избирательность системы, что подтверждается графиком хода КСВ в «рабочем» диапазоне, отражающем нормальную работу только в узком диапазоне частот, в районе λmid., а также пониженная конструкционная надежность и повышенная материалоемкость.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков путем создания диапазонной антенны круговой направленности.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении широкой полосы рабочих частот с обеспечением пониженным КСВ во всем рабочем диапазоне, повышенную механическую надежность и повышенную технологичность изготовления при снижении материалоемкости.

Достижение указанного технического результата решается с помощью предлагаемой конструкции телевизионной всенаправленной шарообразной антенны. Антенна содержит вертикально ориентированные металлические рамочные разомкнутые вибраторы. Проволочные рамочные вибраторы выполнены в виде ортогонально расположенных окружностей с периметром равным λmax, с совмещенными диаметрами вдоль оси антенны и разомкнутыми верхними сторонами. Разомкнутые концы вибраторов попарно соединены и подключены к входным клеммам усилителя, расположенного вверху антенны. По оси антенны расположена несущая металлическая трубчатая стойка, причем металлические проволочные горизонтальные диаметры, соединенные с боковыми сторонами рамочных вибраторов, разомкнутые в центрах, попарно соединены со сдвигом на 90 градусов относительно соединений верхних сторон вибраторов и подключены коаксиальными кабелями, проложенными внутри трубчатой стойки, к входным клеммам усилителя. К выходным клеммам усилителя подключен, расположенный внутри трубчатой стойки питающий коаксиальный кабель с выходом в нижней части антенны.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется при помощи графического материала, где:

- на фиг. 1 показан общий вид телевизионной всенаправленной шарообразной антенны;

- на фиг. 2 изображена диаграмма направленности при снятии ЭДС с соединений 5 и 6 вибраторов;

- на фиг. 3 изображена диаграмма направленности при снятии ЭДС с соединений 11 и 12 диаметров вибраторов;

- на фиг. 4 изображена диаграмма направленности телевизионной всенаправленной шарообразной антенны;

- на фиг. 5 изображен график изменения КСВ в рабочем диапазоне предлагаемой антенны;

- на фиг. 6 показан эскиз электронной модели предлагаемой антенны;

- на фиг. 7 показан эскиз электронной модели прототипа, антенны типа Когопа по патенту RU №124986;

- на фиг. 8 изображен график изменения КСВ в рабочем диапазоне антенны-прототипа.

Телевизионная всенаправленная шарообразная антенна, содержит вертикально ориентированные металлические рамочные разомкнутые вибраторы 1 и 2, заканчивающиеся концами 3. Проволочные рамочные вибраторы 1 и 2 выполнены в виде ортогонально расположенных окружностей с периметром равным λmax., при совмещении диаметрами вдоль оси антенны 4 и разомкнутыми верхними сторонами. Разомкнутые концы 3 вибраторов 1 и 2 попарно 5 и 6 соединены и подключены к входным клеммам усилителя 7. Усилитель 7 расположен вверху антенны. По оси 4 расположена несущая металлическая трубчатая стойка 8. Металлические проволочные горизонтальные диаметры 9 и 10, соединенные с боковыми сторонами рамочных вибраторов 1 и 2, разомкнуты в центрах. Они попарно 11 и 12 соединены, со сдвигом на 90 градусов, относительно соединений 5 и 6 верхних сторон вибраторов и подключены коаксиальными кабелями 13 и 14 к усилителю 7. Кабели проложены внутри трубчатой стойки 8, к входным клеммам усилителя 7, к выходным клеммам которого подключен, расположенный внутри трубчатой стойки 8 питающий коаксиальный кабель 15 с выходом в нижней части антенны.

Устройство работает следующим образом.

Наведение ЭДС, в реализациях электрических угловых вибраторов, образованных за счет парных соединений 5 и 6 концов 3, при приходе радиоволн с направлений биссектрис их раскрывов, обеспечивает адсорбцию энергии из пространства с диаграммой направленности, соизмеримой по ширине с 90 градусов. Для этого ЭДС снимается только с соединений 5 и 6 и измеряется по уровню -3dB. Это подтверждается графиком результатов электронного моделирования диаграмм направленностей в компьютерной программе MMANA GAL-Basic, с изображением на фиг. 2.

Наведение ЭДС, в реализациях электрических угловых вибраторов, образованных за счет парных соединений посредством проволочных горизонтальных диаметров 9 и 10 разомкнутых в центре и попарно 11 и 12 соединенных, также при приходе радиоволн с направлений биссектрис их раскрывов, обеспечивает адсорбцию энергии из пространства с диаграммой направленности, соизмеримой по ширине с 90 градусов. Это подтверждается графиком результатов электронного моделирования диаграмм направленностей, с изображением на фиг. 3.

Для синфазного сложения ЭДС от ортогонально размещенных источников необходимо суммирование со сдвигом фаз на 90 градусов. Результаты такого суммирования показаны на фиг. 4, где изображена диаграмма направленности телевизионной всенаправленной шарообразной антенны.

Это обеспечивается задержкой сигналов на 0,25λ. Введение этой задержки осуществляется путем подключения к входным клеммам усилителя 7, непосредственно соединений 5 и 6 с параллельным подключением через своеобразную линию задержки, соединительных коаксиальных кабелей 13 и 14, проложенных внутри трубчатой стойки 8, соединений 11 и 12. В работе линии задержки для создания необходимого сдвига фаз учитывается как длина радиуса, так и коэффициент укорочения длины волны в коаксиальных кабелях. Причем линия задержки при параллельном использовании коаксиальных кабелей 13 и 14 с волновым сопротивлением 75 Ом будет иметь волновое сопротивление 150 Ом, соизмеримое с выходными сопротивлениями пар антенных вибраторов. Параллельное подключение линии задержки к входным клеммам усилителя 7 с подключенными парными соединениями 5 и 6, обеспечивает и согласование, с входом усилителя, снижая общее сопротивление до величины, соизмеримой с 77 Омам.

Трубчатая металлическая стойка 8 несет основные механические нагрузки конструкции антенны, к которой крепятся путем точечной сварки или пайки металлические вибраторы 1 и 2, упрощая технологию сборки. В ней проложены соединительные коаксиальные кабели 13, 14 и питающий коаксиальный кабель 15 с выходом в нижней части антенны. Прокладка соединительных кабелей и питающего кабеля внутри металлической стойка 8 обеспечивает не только поднятие эстетического уровня конструкции антенны, но и повышает степень экранирования высокочастотных кабельных соединений и увеличение механической надежности.

Работа предложенного технического решения по результатам электронного моделирования наглядно подтверждается графиком изменения КСВ в рабочем диапазоне, что отображено на фиг. 5, по модели на фиг. 6. Причем для сравнения работа предлагаемой антенны с работой линейки антенн Когопа, показана на примере эскиза прототипа по патенту RU №124986 на фиг. 7, раскрывающем усложненную конструкцию с пониженной механопрочностью и на фиг. 8, где график изменения КСВ в рабочем диапазоне антенны-прототипа.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к всенаправленным широкополосным вибраторным антеннам, и служит для приема телепередач как в стационарном положении, так и при передвижении на борту транспортного средства. Технический результат – обеспечение широкой полосы рабочих частот с понижением КСВ во всем рабочем диапазоне, повышение механической надежности и технологичности изготовления при снижении материалоемкости. Результат достигается тем, что предложена телевизионная всенаправленная шарообразная антенна, причем ее проволочные рамочные вибраторы выполнены в виде ортогонально расположенных окружностей с периметром, равным длине волны λ_max, с совмещенными диаметрами вдоль оси антенны и разомкнутыми верхними сторонами, разомкнутые концы вибраторов в парах соединены и подключены к входным клеммам усилителя, по оси антенны расположена несущая металлическая трубчатая стойка, причем металлические проволочные горизонтальные диаметры, соединенные с боковыми сторонами рамочных вибраторов, разомкнутые в центрах, попарно соединены со сдвигом на 90 градусов относительно соединений верхних сторон вибраторов и коаксиальными кабелями, проложенными внутри трубчатой металлической стойки, также подключены к входным клеммам усилителя. 8 ил.

Телевизионная всенаправленная шарообразная антенна, содержащая вертикально ориентированные металлические рамочные разомкнутые вибраторы (1 и 2), концы (3) которых соединены с усилителем, отличающаяся тем, что проволочные рамочные вибраторы (1 и 2) выполнены в виде ортогонально расположенных окружностей с периметром, равным длине волны λ_max, с совмещенными диаметрами вдоль оси антенны (4) и разомкнутыми верхними сторонами, разомкнутые концы которых (3) попарно (5 и 6) соединены и подключены к входным клеммам усилителя (7), расположенного вверху антенны, а по оси расположена несущая металлическая трубчатая стойка (8), причем металлические проволочные горизонтальные диаметры (9 и 10), соединенные с боковыми сторонами рамочных вибраторов (1 и 2), разомкнутые в центрах, попарно (11 и 12) соединены со сдвигом на 90 градусов относительно соединений (5 и 6) верхних сторон вибраторов и подключены коаксиальными кабелями (13 и 14), проложенными внутри трубчатой металлической стойки (8), к входным клеммам усилителя (7), к выходным клеммам которого подключен расположенный внутри трубчатой стойки питающий коаксиальный кабель (15) с выходом в нижней части антенны.