Малогабаритное малошумящее коротковолновое антенно-фидерное устройство "МРВ-1,9С" Российский патент 2024 года по МПК H01Q9/04 

Предпосылки к созданию изобретения

Во многом качество радиосвязи зависит от места расположения радиостанции. В основном диспетчерские и операторские пункты, да и просто ведомственные радиостанции, для радиосвязи со своими корреспондентами, располагаются в пределах населенных пунктов, в промышленных зонах, где наблюдается большой уровень индустриальных помех, который негативно сказывается на принимаемый сигнал. Иногда уровень помех превышает уровень принимаемого сигнала в несколько раз.

С этим я столкнулся, когда в одной московской общеобразовательной школе вел радиокружок (1993 – 2008). Был получен специальный позывной для школьной коллективной радиостанции. Место расположения школы было таковым, это район Жулебино, что с трех сторон от школы - север, запад и юг, проходило несколько высоковольтных линий электропередач, на расстоянии от 500 до 1000 метров. Прием на классические антенны типа диполь, треугольник был очень затруднителен. Помеха была от 59 баллов и выше, по радиолюбительской шкале (фигура 1). И тогда я изготовил антенну типа магнитная рамка, положил горизонтально на деревянных брусках на крыше трехэтажного здания, на вытяжке. Антенна была настроена на средину одного из радиолюбительских диапазонов, и подключена через антенный переключатель к радиостанции. На приемную антенну помех стало ноль, только полезный сигнал, а на передачу работала полноразмерная антенна.

И второй случай, это город Москва, 2021 год, смонтирована стационарная антенна типа магнитная рамка на здании Московского авиационного центра (фигура 2). Помещение диспетчеров находится на первом этаже 14-ти этажного жилого дома, а антенна на крыше здания. Помеха была более 9 баллов, по радиолюбительской шкале, многоквартирный дом генерирует большое количество помех «электросмога». И во время проведения сеансов связи с вертолетами, находящимися в 7 км, диспетчер не слышал борт, а вторая, автомобильная радиостанция, находилась в 10 шагах от здания, принимала сигналы вертолетов на 4 – 5 баллов, по профессиональной шкале. Судовая антенна «МРВ-1,9М», установлена на автомобиле (фигура 3).

Любая классическая антенна принимает и передает ЭМС (электромагнитный сигнал), состоящий из (H) магнитной составляющей и (E) электрической составляющей (фигура 4). Антенна типа «магнитная рамка» принимает и передает ЭМС, в котором (E) электрическая составляющая ничтожно мала и ею пренебрегают, отсюда и название антенны «магнитная рамка» (фигура 5). Излучение такой антенны выглядит в виде «тора» (фигура 7). Если излучатели антенны «магнитная рамка» расположить вертикально и горизонтально, под 90 градусов относительно друг друга, и подключить к одному КПЕ, то можно получить ЭМС в виде только двух (H) магнитных составляющих, расположенных взаимно перпендикулярно (фигура 6), то E - электрическая составляющая отсутствует, и антенна не принимает помехи ЛЭП и «электросмог».

Совместить две антенны, одну, расположенную вертикально, а вторую – горизонтально, в одну конструкцию, чтобы была и передающая и малошумящая приемная – эту задачу я выполнил. Получилась комбинированная конструкция из двух антенн типа «магнитная рамка» с названием «МРВ-1,9С». Эта антенна имеет две поляризации, вертикальную и горизонтальную. Буква «С» означает «combined» - комбинированная. Во время испытаний, сравнение делал с антенной «МРВ-1,9». Место расположения антенн находилось в 200 метров от ЛЭП, с напряжением 220 кВ, на рисунке (фигура 3 Приложения) видно ЛЭП.

Уровень помехи от ЛЭП у «МРВ-1,9» был 7 баллов, а у «МРВ-1,9С» 0 - 2 балла, и полезный сигнал от радиостанций.

Описание

Малогабаритное малошумящее коротковолновое антенно-фидерное устройство «МРВ-1,9С» относится к антенной технике – малогабаритным коротковолновым антеннам, (антеннам с размерами, не превышающими удвоенную рабочую длину волны и составленные из электропроводящих активных излучающих элементов - H01Q 9/04), и может быть использовано любыми организациями и ведомствами как стационарная КВ антенна, при создании или эксплуатации систем радиосвязи на коротких волнах в диспетчерских центрах, расположенных в местах с повышенным уровнем индустриальных и бытовых помех. За основу к заявляемому техническому решению, взято малогабаритное коротковолновое антенно-фидерное устройство «МРВ-1,9М». Патент РФ № 207257 от 20 октября 2021 года. Антенна «МРВ-1,9С» имеет конструкцию из излучателя: в виде двух квадратов, со стороной 1,5 метра, выполненной из алюминиевой трубы толщиной 20 мм. Квадраты расположены взаимно перпендикулярно друг другу, один вертикально, второй – горизонтально. В разрыве квадратов находится конденсатор переменной ёмкости с ёмкостью 25-540 пФ, что позволяет перекрывать диапазон от 4,5 до 14,5 МГц. Для смещения диапазона в сторону нижних частот нужно увеличить периметр излучателя, квадратов. Такое устройство излучателя позволяет антенне одновременно принимать и передавать сигнал с вертикальной и горизонтальной поляризацией и иметь ЭМС в виде только двух (H) магнитных составляющих, расположенных взаимно перпендикулярно (фигура 6).

Задача, на решение которой направлено заявленное мной устройство, заключается в увеличении КПД работы антенны на КВ, как на прием, так и на передачу, в условиях повышенного уровня промышленных помех, помех от бытовых приборов и других помех.
Конструкция заявляемого изобретения – малогабаритное малошумящее коротковолновое антенно-фидерное устройство «МРВ-1,9С» - общий вид (фигура 8), состоит из малогабаритной КВ антенны, тип антенны – магнитная рамка, которая имеет излучатель в виде двух квадратов, расположенных, один вертикально, второй – горизонтально, стеклопластиковой изолированной опоры, комплекта оттяжек, коаксиального кабеля и кабеля питания с разъемами, пульта управления.

Излучатель антенны, в виде двух квадратов 1 и 2 (фигура 9), расположенных перпендикулярно друг другу, выполнен из алюминиевой трубы длинной 6 метров, диаметром 20 мм, толщиной стенки 2 мм, материал – АД-31Т, полученная конструкция имеет излучатель в виде вертикального и горизонтального элементов, антенна перевёрнута, тубусом в сторону, который расположен параллельно земле 3 (фигура 9). В разрыв излучателя вставляется конденсатор переменной ёмкости с воздушным диэлектриком (фигура 10), расположение пластин в виде «бабочки», и выполнены из 1,2 мм листового дюраля, зазор между статорными и роторными пластинами позволяет работать при реактивном напряжении до 10 кВ, т.е. допустимой мощностью радиостанции до 150 ватт. КПЕ крепится к элементам излучателя при помощи концевых вставок и шпилек КПЕ. Для защиты от внешних воздействий (климатических, физических) конденсатор находится в радиопрозрачном стеклопластиковом тубусе (фигура 11), выполненный из стеклопластиковой трубы диаметром 200 мм. Конденсатор вращается при помощи шагового двигателя с напряжением 12 вольт, управление мотором осуществляется при помощи пульта управления (фигура 12), который располагается рядом с оператором, сигнал от пульта к шаговому двигателю подается по четырех проводному кабелю, в двойной изоляции.

Узел связи состоит из петли связи 4 (фигура 9), общий вид (фигура 13), которая выполнена из 50-омного коаксиального кабеля, для жесткости кабель размещен в пластиковой трубе ПНД. Труба ПНД герметично соединена с коммутационной пластиковой коробкой 5 (фигура 9), в торце которой врезаны два разъема, один ВЧ разъем, для подключения высокочастотного разъема - коаксиального кабеля, и разъем для подключения кабеля управления. Коробка имеет элементы крепления к горизонтальной трубостойке 7 (фигура 9), которая соединена с защитным тубусом, а петля фиксируется к трубостойке при помощи специального зажима. Горизонтальная трубостойка, выполненной из нержавеющей трубы, диаметром 35 мм, крепится к вертикальной трубостойке 8 (фигура 9), при помощи кронштейна 6 (фигура 9), общий вид (фигура 14). Вертикальная трубостойка крепится к изолированной опоре, которая состоит из на стеклопластиковых круглых профилей 9 (фигура 9) и плиты из капролона 10 (фигура 9), соединенных болтами М6, из нержавеющей стали. Кабель управления проходит от шагового двигателя к пульту управления. Оттяжки 11 (фигура 9) крепятся к вертикальной трубостойке при помощи узла крепления оттяжек 12 (фигура 9) и отдельно (фигура 15), а к изолированной опоре 10 (фигура 9) – за счет талрепов. Материал оттяжек плетеный шнур Dan-line, толщиной 7 мм, с усилием на разрыв 500 кг. Антенна подключается к передатчику или приёмнику с помощью фидерной линии - коаксиальный кабель 50 Ом с высокочастотными разъемами.

Вся конструкция антенны грунтуется и красится порошковой краской, кроме цвета получаем декоративно-защитное полимерное покрытие.

Частотный диапазон, в котором работает антенна, зависит от емкости КПЕ и периметра излучателей, максимальная емкость КПЕ – нижняя граница рабочей частоты антенны, минимальная емкость – верхняя граница рабочей частоты антенны.

Малогабаритное малошумящее коротковолновое антенно-фидерное устройство «МРВ-1,9С» работает следующим образом. Перестройка по частоте осуществляется оператором при помощи пульта управления. Переключив радиостанцию на требуемую частоту, оператор, нажимает одну из кнопок на пульте управления (фигура 12), чем приводит в действие шаговый двигатель и КПЕ, и удерживает кнопку до появления максимального шума в динамике, или по максимуму отклонения стрелки прибора радиостанции (приемника) – показывающего уровень принимаемого сигнала (если такой есть). После настройки по приему, оператор настраивает антенну в режиме передачи, подав непрерывную несущую (тональный сигнал), и по стрелочному индикатору пульта настройки добивается минимального КСВ и максимальной выходной мощности, затем проводит сеанс радиосвязи. Электрическая схема антенны показана на рисунке (фигура 16).

Техническим результатом настоящего изобретения является: возможность работы на КВ в любых районах с повышенным уровнем индустриальных и бытовых помех; использовать антенну как на прием, как малошумящую антенну, так и на передачу - антенну зенитного излучения, только на низкочастотных участках КВ диапазона, а это значит повышение надежности КВ радиосвязи в так называемых «зонах повышенных индустриальных помех» и «мёртвых зонах»; не требуется юстировать антенну на корреспондента, так как антенна имеет круговую диаграмму направленности (фигура 17). При неоднократных тестированиях и проверках на практике, уровень помех антенны был равен от нуля до 2 баллов.

Технический результат изобретения достигается тем, что малогабаритное малошумящее коротковолновое антенно-фидерное устройство «МРВ-1,9С» обеспечивает работу на КВ в районах, с повышенным уровнем индустриальных и бытовых помех, который происходит в результате отсутствия (E) электрической составляющей ЭМС, а также антенна имеет в комплекте всё необходимое для работы в эфире на КВ, кроме радиостанции: саму антенну, коаксиальный кабель с разъемами, стеклопластиковую подставку, оттяжки, пульт перестройки по частоте, кабель управления.

Краткое описание чертежей.

Фигура 1. Уровень помехи 59 баллов и выше, по радиолюбительской шкале;

Фигура 2. Антенна «МРВ-3,2», тип - магнитная рамка, на здании Московского авиационного центра, Москва;

Фигура 3. Судовая антенна «МРВ-1,9М», установленная на автомобиле;

Фигура 4. Графическое изображение электромагнитного сигнала классической антенны;

Фигура 5. Графическое изображение электромагнитного сигнала антенны тип – магнитная рамка;

Фигура 6. Графическое изображение электромагнитного сигнала антенны тип – магнитная рамка, излучатель имеет два элемента, расположенных перпендикулярно друг другу;

Фигура 7. Графическое изображение излучения антенны, тип – магнитная рамка;

Фигура 8. Общий вид малогабаритное малошумящее коротковолновое антенно-фидерное устройство «МРВ-1,9С»;

Фигура 9. Элементы малогабаритного малошумящего коротковолнового антенно-фидерного устройства «МРВ-1,9С»:

1. 1, 2 – элементы излучателя;

2. 3 – узел перестройки по частоте;

3. 4 – петля связи;

4. 5 – коммутационная коробка;

5. 6 – кронштейн;

6. 7 - горизонтальная трубостойка;

7. 8 – вертикальная трубостойка;

8. 9 – стеклопластиковые профили;

9. 10 – изолированная опора;

10. 11 – оттяжки;

11. 12 – узел крепления оттяжек;

Фигура 10. Конденсатор переменной ёмкости с шаговым двигателем;

Фигура 11. Защитный тубус;

Фигура 12. Пульт управления;

Фигура 13. Узел связи;

Фигура 14. Кронштейн;

Фигура 15. Узел крепления оттяжек;

Фигура 16. Электрическая схема малогабаритного малошумящего коротковолнового антенно-фидерного устройства «МРВ-1,9С»;

Фигура 17. Эпюры излучения антенны, тип - магнитная рамка, в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Дополнительная информация

Преимуществами данного технического решения, являются:

• Антенна работает как малошумящая и как антенна зенитного излучения, и не имеет «мёртвых зон», только на низкочастотных участках КВ диапазона;

• Имеет круговую диаграмму направленности;

• Имеет малые физические размеры в сравнении с «классическими» антеннами;

• Малые площади, необходимые для установки антенны;

• Малые высоты, необходимые для размещения антенны, не более 1,0 метра от земли, крыши здания;

• Наличие резонанса, как на передачу, так и на прием, что обеспечивает при настройке на рабочую частоту отсутствие помех, как индустриальных, так и от других радиоэлектронных средств.

Недостатками являются:

• Участие оператора радиостанции в настройке антенны, пока не настроит антенну по приему на рабочую частоту, не услышит корреспондента;

• Узкая полоса излучения, что затрудняет точную настройку на частоту.

В настоящий момент налажено производство КВ АФУ серии «МРВ» в Москве.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к малогабаритному малошумящему коротковолновому антенно-фидерному устройству и служит в качестве приемной или приемо-передающей антенны для радиосвязи в диапазоне коротких волн. Технический результат – повышение КПД работы на коротких волнах в районах, с повышенным уровнем индустриальных, бытовых и других помех. Результат достигается тем, что предложена конструкция малогабаритного малошумящего коротковолнового антенно-фидерного устройства с антенной типа «магнитная рамка», излучатель которой выполнен в виде двух квадратов из алюминиевой трубы, расположенных, один вертикально, второй горизонтально относительно земли, и взаимно перпендикулярно друг другу, в боковой части квадратов имеется разрыв; в разрыв квадратов подключается конденсатор переменной ёмкости за счет концевых вставок; стеклопластиковой изолированной опорой, комплектом оттяжек, коаксиальным кабелем с разъемами и кабелем управления и возможностью управления с помощью пульта перестройки по частоте. 17 ил.

Излучатель малогабаритного малошумящего коротковолнового антенно-фидерного устройства выполнен в виде двух квадратов из алюминиевой трубы, расположенных, один вертикально, второй горизонтально относительно земли, и взаимно перпендикулярно друг другу, в боковой части квадратов имеется разрыв; в разрыв квадратов подключается конденсатор переменной ёмкости, за счет концевых вставок; конденсатор переменной ёмкости приводится в движение 12-вольтовым шаговым реверсивным двигателем с редуктором; конденсатор переменной емкости заключен в радиопрозрачный тубус, выполненный из стеклопластиковой трубы диаметром 200 мм, который располагается горизонтально и соединяется с горизонтальной трубостойкой, на другом конце которой закреплена коммутационная пластиковая коробка с петлей связи и разъемами; горизонтальная трубостойка крепится к вертикальной трубостойке, которая монтируется на изолированной опоре и имеет четыре оттяжки с узлом крепления оттяжек; мотор выполнен с возможностью получения напряжения питания от пульта управления по четырехпроводному кабелю управления в двойной изоляции; антенна выполнена с возможностью подключения к передатчику или приемнику с помощью фидерной линии, представляющей собой коаксиальный кабель 50 Ом с разъемами; вся конструкция антенны загрунтована и покрыта порошковой краской с образованием защитного полимерного покрытия; вся конструкция антенны закреплена на изоляционной опоре, выполненной из стеклопластика, которая является опорой антенны.