Широкополосная антенная система КВ-диапазона Российский патент 2025 года по МПК H01Q21/24 

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в качестве приёмо-передающей антенны разворачиваемых радиоцентров.

Известна антенная решетка турникетного типа КВ-диапазона, (RU 188638), содержащая две совокупности параллельных излучающих элементов, расположенных в ортогональных плоскостях со своими источниками вертикальной и горизонтальной поляризации, причём размеры элементов изменяются по законам синтеза логопериодической антенны, а концы горизонтально ориентированных излучающих элементов крепятся за счёт дополнительно введённой системы подвесов. Недостатком такой антенны является большая площадь размещения, необходимость дополнительно введённой системы подвесов и, соответственно, нескольких опорных мачт.

Из уровня техники известна сверхширокополосная логопериодическая антенна с коллинеарными вибраторами содержащая две совокупности параллельных излучающих элементов, причём размеры элементов изменяются по законам синтеза логопериодической антенны, расположенных симметрично относительно как плоскости оттяжки, так и опорной мачты, причём элементы с двух сторон оттяжки соединены попарно, а источник сигнала вертикальной поляризации подключён к элементам, расположенным у основания одной из оттяжек (RU 179700).

Недостатком такого решения является возможность работы только на одной поляризации.

Известна сверхширокополосная логопериодическая антенна поверхностной волны (RU 93590), содержащая параллельные друг другу Т-образные излучающие элементы, плечи которых попеременно подключены к симметричной двухпроводной линии питания, а размеры элементов изменяются по законам синтеза логопериодической антенны, источник сигнала подключается со стороны элемента наименьшего размера, а для организации двухпроводной линии, играющей роль оттяжки, вводится дополнительная опорная мачта.

Недостатком такого решения является требование наличия минимум двух опорных мачт и работа только на одной (вертикальной) поляризации.

Наиболее близким по совокупности существующих признаков к предлагаемому устройству является копланарная коллинеарная антенная решётка (Type 1703 series granger. Long-Haul, Log-Periodic HF Antennas. Andrew. Bulletin 1417B 4/00. URL: https://www.antenna.be/and-1703.pdf). Устройство содержит оттяжку, узел подключения сигнала вертикальной поляризации и, подключенные к нему линейные излучающие элементы, длиной не менее 0.25-0.22 длины волны низкочастотной части рабочего диапазона, верхние концы которых закреплены на оттяжке через изоляторы, причём количество излучающих элементов, а также высота мачты определяются полосой рабочих частот и коэффициентом усиления системы.

Преимуществом прототипа является малая площадь размещения антенной системы, наличие только одной опорной мачты, возможность быстрого разворачивания.

Недостатком прототипа является работа только на одной (вертикальной) поляризации.

Задачей является возможность формирования сигналов двух ортогональных линейных поляризаций с высоким уровнем развязки между ними.

Поставленная задача решается за счёт того, что заявленное устройство, так же как и известное содержит мачту, оттяжку, узел подключения сигнала вертикальной поляризации и, подключенные к нему линейные излучающие элементы, длиной не менее 0.25-0.22 длины волны низкочастотной части рабочего диапазона, верхние концы которых закреплены на оттяжке через изоляторы, причём количество излучающих элементов определяются полосой рабочих частот и коэффициентом усиления системы. Но, в отличие от известного, в предлагаемом устройстве линейные излучающие элементы соединены нижними концами в одной точке у основания мачты, где также расположен узел подключения сигнала вертикальной поляризации, к которому они присоединены, а в верхней части мачты установлен узел подключения сигнала горизонтальной поляризации, и дополнительно от верхней части мачты симметрично с обеих сторон относительно оттяжки с излучающими элементами вертикальной поляризации отходят две совокупности оттяжек, каждая из которых имеет веерообразную форму, соединенную в верхней части в одну точку и подключенную к источнику сигнала горизонтальной поляризации, образуя линейные излучающие элементы горизонтальной поляризации полной длиной не более 0.5 длины волны рабочего диапазона, причём располагаются они в секторе углов 45-90 градусов, отсчитывая от плоскости расположения линейных излучающих элементов вертикальной поляризации, а высота мачты, углы наклона линейных излучающих элементов относительно поверхности земли и количество излучающих элементов определяются требуемой полосой рабочих частот и коэффициентом усиления системы.

Достигаемым техническим результатом является возможность, при той же высоте мачты и площади размещения антенной системы, получения двух линейных поляризаций с высоким уровнем развязки между поляризациями, что позволяет реализовать два независимых канала связи в системе.

Технический результат достигается за счёт выполнения в предлагаемой антенной системе соединения линейных излучающих элементов нижними концами в одной точке у основания мачты, где также расположен узел подключения сигнала вертикальной поляризации, к которому они присоединены, установки в верхней части мачты узла подключения сигнала горизонтальной поляризации, и дополнительно от верхней части мачты симметрично с обеих сторон относительно оттяжки с излучающими элементами вертикальной поляризации двух совокупностей оттяжек, каждая из которых имеет веерообразную форму, соединенную в верхней части в одну точку и подключенную к источнику сигнала горизонтальной поляризации, образуя линейные излучающие элементы горизонтальной поляризации полной длиной не более 0.5 длины волны рабочего диапазона, причём располагаются они в секторе углов 45-90 градусов, отсчитывая от плоскости расположения линейных излучающих элементов вертикальной поляризации, а высота мачты, углы наклона линейных излучающих элементов относительно поверхности земли и количество излучающих элементов определяются требуемой полосой рабочих частот и коэффициентом усиления системы.

Изобретение иллюстрируется 4 чертежами.

Фиг. 1 – вид предлагаемой широкополосной антенной системы КВ-диапазона.

Фиг. 2 – частотные зависимости КСВ.

Фиг. 3 – частотная зависимость коэффициента связи (S12) между источниками сигналов вертикальной и горизонтальной поляризации для предлагаемой широкополосной антенной системы КВ-диапазона.

Фиг. 4 – диаграммы направленности на частоте 20 МГц предлагаемой широкополосной антенной системы КВ-диапазона.

На чертежах введены следующие обозначения:

1 – мачта,

2 – узел подключения сигнала вертикальной поляризации,

3 – линейные излучающие элементы, соединённые в одной точке у основания мачты,

4 – изоляторы,

5 – оттяжки,

6 – узел подключения сигнала горизонтальной поляризации,

7 – совокупности оттяжек веерообразной формы, подключённые к источнику сигнала горизонтальной поляризации,

8 – частотная зависимость КСВ широкополосной антенной системы КВ-диапазона прототипа,

9 – частотная зависимость КСВ предлагаемой широкополосной антенной системы КВ-диапазона для источника поля вертикальной поляризации,

10 – частотная зависимость КСВ предлагаемой широкополосной антенной системы КВ-диапазона для источника поля горизонтальной поляризации,

11 – диаграмма направленности на частоте 20 МГц предлагаемой широкополосной антенной системы КВ-диапазон в Е-плоскости (при возбуждении узла подключения сигнала вертикальной поляризации),

12 – диаграмма направленности на частоте 20 МГц предлагаемой широкополосной антенной системы КВ-диапазон в Н-плоскости (при возбуждении узла подключения сигнала вертикальной поляризации).

Антенна работает следующим образом.

Расположенный у основания мачты 1 узла подключения сигнала вертикальной поляризации 2, одним полюсом подключён к линейным излучающим элементам, соединённым в одной точке у основания мачты нижними концами, верхние концы излучающих элементов закреплены через изоляторы 4 к одной из оттяжек 5. Второй полюс узла подключения сигнала вертикальной поляризации соединен с проводящей землей. Таким образом, совокупность линейных элементов 3 представляет собой монопольную антенну Вивальди вертикальной поляризации в проволочном исполнении и возбуждает в дальней зоне поле вертикальной поляризации. Высота мачты 1 и длины излучающих элементов выбираются не менее 0.25-0.2 длины волны низкочастотной части рабочего диапазона и определяются полосой рабочих частот и коэффициентом усиления системы. Источник сигнала горизонтальной поляризации 6, в свою очередь, располагается у вершины мачты 1, а симметрично с обеих сторон относительно оттяжки с излучающими элементами вертикальной поляризации 3 располагаются две совокупностей оттяжек 7, каждая из которых имеет веерообразную форму, соединенную в верхней части мачты 1 в одну точку, и подключенные к источнику сигнала горизонтальной поляризации 6. Линейные излучающие элементы горизонтальной поляризации 7 выбираются длиной не более 0.5 длины волны рабочего диапазона, причём располагаются они в секторе углов 45-90 градусов, отсчитывая от плоскости расположения линейных излучающих элементов вертикальной поляризации, для исключения их пересечения и гальванической связи между ними, а углы наклона линейных излучающих элементов относительно поверхности земли и количество излучающих элементов определяются требуемой полосой рабочих частот и коэффициентом усиления системы. При этом совокупность оттяжек веерообразной формы, подключённых к источнику сигнала горизонтальной поляризации 7, фактически, образуют симметричный широкополосный V-образный диполь в проволочном исполнении и формирует поле излучения горизонтальной поляризации.

Работа устройства подтверждается результатами электродинамического моделирования предлагаемого антенного устройства с высотой мачты в 12.5 метров, расположенного над идеальной проводящей поверхностью, и сравнения его характеристик с частотной зависимостью КСВ широкополосной антенной системой КВ-диапазона прототипа. Предлагаемая широкополосная антенная система КВ-диапазона в рассматриваемом случае содержит 9 линейных излучающих элементов, соединённых в одной точке у основания мачты нижними концами и подключённых к источнику поля вертикальной поляризации, а также по 10 излучающих элементов горизонтальной поляризации, расположенных веерно и симметрично с обеих сторон относительно оттяжки с излучающими элементами вертикальной поляризации.

Из приведённых на фиг.2 кривых видно, что предлагаемая широкополосная антенная система, как и прототип, работает в целевой полосе рабочих частот 7-30 МГц по критерию КСВ≤2. За счёт снижения уровня согласования частотных зависимостей КСВ для предлагаемой широкополосной антенной системы КВ-диапазоне (9-10), относительно прототипа (8), удалось достичь расчетного уровня развязки между двумя источниками сигнала (каналами) порядка - 50 дБ в полосе рабочих частот (фиг. 3), при требуемой форме диаграммы направленности в вертикальной плоскости (фиг. 4).

Таким образом, показана достижимость технического результата – возможность получения двух линейных поляризаций с высоким уровнем развязки между ними при сохранении высоты мачт и площади размещения антенной системы, что позволяет реализовать два независимых канала связи в системе.

Изобретение относится к антенной технике и служит в качестве приёмо-передающей антенны разворачиваемых радиоцентров. Технический результат – получение двух линейных поляризаций с высоким уровнем развязки между поляризациями при той же высоте мачты и площади размещения антенной системы, что позволяет реализовать два независимых канала связи в системе. Результат достигается тем, что в антенной системе линейные излучающие элементы соединены нижними концами в одной точке у основания мачты с узлом подключения сигнала вертикальной поляризации, а в верхней части мачты установлен узел подключения сигнала горизонтальной поляризации, и дополнительно от верхней части мачты симметрично с обеих сторон относительно оттяжки с излучающими элементами вертикальной поляризации отходят две совокупности оттяжек веерообразной формы, соединенных в верхней части в одну точку, подключенную к источнику сигнала горизонтальной поляризации, образуя линейные излучающие элементы горизонтальной поляризации полной длиной не более 0,5 длины волны рабочего диапазона, расположенные в секторе углов 45-90 градусов, отсчитывая от плоскости расположения линейных излучающих элементов вертикальной поляризации. 4 ил.

Широкополосная антенная система КВ-диапазона, содержащая оттяжку, узел подключения сигнала вертикальной поляризации и подключенные к нему линейные излучающие элементы длиной не менее 0,25-0,22 длины волны низкочастотной части рабочего диапазона, верхние концы которых закреплены на оттяжке через изоляторы, причём количество излучающих элементов определяются полосой рабочих частот и коэффициентом усиления системы, отличающаяся тем, что линейные излучающие элементы соединены нижними концами в одной точке у основания мачты, где также расположен узел подключения сигнала вертикальной поляризации, к которому они присоединены, а в верхней части мачты установлен узел подключения сигнала горизонтальной поляризации, и дополнительно от верхней части мачты симметрично с обеих сторон относительно оттяжки с излучающими элементами вертикальной поляризации отходят две совокупности оттяжек, каждая из которых имеет веерообразную форму, соединенную в верхней части в одну точку и подключенную к источнику сигнала горизонтальной поляризации, образуя линейные излучающие элементы горизонтальной поляризации полной длиной не более 0,5 длины волны рабочего диапазона, причём располагаются они в секторе углов 45-90 градусов, отсчитывая от плоскости расположения линейных излучающих элементов вертикальной поляризации, а высота мачты, углы наклона линейных излучающих элементов относительно поверхности земли и количество излучающих элементов определяются требуемой полосой рабочих частот и коэффициентом усиления системы.