АНТЕННА ЗЕНИТНОГО ПРИЕМА Советский патент 1999 года по МПК H01Q21/24 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве слабонаправленной приемной коротковолновой (КВ) антенны при связи ионосферными волнами на ближние и средние дальности.

Известны слабонаправленные коротковолновые приемные антенны для ближней и средней (до 1000 км) связи ионосферными волнами. Известны антенны, содержащие симметричные горизонтальные и наклонные вибраторы [I]. Эти антенны просты по конструкции и обеспечивают формирование диаграммы направленности (ДН) в вертикальной плоскости с максимумом под углами, близкими к зениту. Такая форма ДН является обязательной при связи на расстояния до 1000 км. Это требование обусловлено тем, что в точку приема отраженные от ионосферы волны приходят под большими углами к горизонту (крутопадающие волны).

Основным недостатком перечисленных антенн является то, что они не могут одновременно и независимо принимать крутопадающие волны с ортогональной поляризацией. Это снижает эффективность приема в условиях поляризационных замираний сигнала вследствие магнитоионного расщепления волны в ионосфере. С помощью таких антенн невозможен разнесенный по поляризации прием.

Известна комбинированная антенна, содержащая симметричный вибратор, фидер которого подключен к развязывающему устройству. Введение развязывающего устройства обеспечивает одновременную и независимую работу антенны как с вертикальной, так и горизонтальной поляризацией [2].

Недостатком комбинированной антенны является то, что прием волн с вертикальной поляризацией возможен только при малых углах возвышения. Это объясняется тем, что ДН в вертикальной плоскости по вертикальной поляризации имеет нулевой провал в зенитном направлении, т. е. с помощью данной антенны невозможен одновременный и независимый прием ортогональных компонент крутопадающих волн и невозможно обеспечить сдвоенный прием ионосферных волн с разнесением по поляризации. Отмеченные недостатки снижают эффективность приема ионосферных волн в условиях поляризационных замираний.

Известна антенна зенитного приема, состоящая из ортогонально расположенных вибраторов, входы которых подключены к устройству развязки линейно поляризованных электромагнитных волн с произвольной ориентацией плоскости поляризации [3].

Последняя из указанных антенн является более близкой к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

Практическое использование таких антенн предполагает наличие больших площадей для их развертывания, что в значительной мере ограничивает их использование.

Целью изобретения является уменьшение площади развертывания антенны.

Указанная цель достигается тем, что в антенне зенитного приема, состоящей из симметричного вибратора и устройства развязки линейно поляризованных электромагнитных волн с произвольной ориентацией плоскости поляризации, каждое плечо вибратора наклонено к поверхности земли и выполнено в виде замкнутого контура, образованного проводником, причем отношение продольной длины каждого плеча вибратора к максимальной длине поперечного разноса его проводников не менее 0,5.

На фиг. 1 изображена антенна, общий вид; на фиг. 2 - электрическая схема устройства развязки линейно поляризованных электромагнитных волн с произвольной ориентацией плоскости поляризации; на фиг. 3 - эквивалентная схема антенны; на фиг. 4 - схемы, поясняющие принцип работы антенны; на фиг. 5 - вариант выполнения антенны с разнесенным устройством развязки.

Антенна, показанная на фиг. 1, состоит из симметричного вибратора 1, каждое плечо которого выполнено в виде наклонного к земле замкнутого контура, и устройства 2 развязки, размещенного у вершины мачты 3. Плечи вибраторов 1 подключены у вершины мачты 3 соответственно к входам 4, 5 и 6, 7 устройства 2 развязки. На фиг. 2а показана электрическая схема устройства 2 развязки в случае использования двухпроводного симметричного фидера; на фиг. 2б - при использовании коаксиального фидера. Конструктивно устройство 2 развязки может быть выполнено в виде разнесенных блоков (фиг. 5). При такой конструкции один из фидеров 8 подключен непосредственно у вершины мачты 3, два других (9 и 10) подключены к блокам у нижних вершин замкнутого контура, причем фидеры 9 и 10 поляризационно развязаны с фидерами 8. Фидеры 9 и 10 поляризационно не развязаны и могут подключаться через сумматор к одному приемнику или к двум различным приемникам.

Принцип работы заявленной антенны иллюстрируется фиг. 3 и 4 и объясняется следующим образом. Учитывая, что плечи вибратора 1 выполнены в виде наклонных к поверхности земли замкнутых контуров для облегчения анализа, антенну (с учетом электрической схемы устройства развязки) можно представить в виде комбинации эквивалентного наклонного симметричного вибратора и пары эквивалентных наклонных рамок. В свою очередь, наклонный вибратор можно представить в виде комбинации эквивалентного горизонтального симметричного вибратора и пары вертикальных проводников (фиг. 3а). Плечи вибраторов 1 выполнены в виде двух включенных параллельно проводников, изогнутых в форме ромба, что приводит к снижению волнового сопротивления плеч (расширению диапазонности вибраторов). Наклонные рамки также можно рассматривать, как совокупность двух пар горизонтальных и вертикальных рамок (фиг. 3б).

Если вектор Е падающей волны ориентирован в плоскости Е эквивалентного вибратора, то падающая волна будет возбуждать в проводниках антенн токи, направления которых показаны сплошными стрелками на фиг. 3. Из рассмотрения токов, протекающих в электрической схеме устройства развязки и возбужденных соответственно в горизонтальном вибраторе (фиг. 4а), вертикальных проводниках (фиг. 4б) и горизонтальных рамках (фиг. 4в), следует, что на выходах 11 и 12 устройства 2 развязки индуцируется ЭДС, величина которой пропорциональна напряженности поля падающей волны, наводящей токи в горизонтальном вибраторе. Токи, наводимые в вертикальной паре проводников и горизонтальных рамках на выходах 11, 12 и 13, 14 устройства 2 развязки, подавляются. Токи в вертикальных рамках наводиться не будут, так как их плоскости перпендикулярны вектору Е.

Аналогично, если вектор Е падающей волны ориентирован в плоскости Н горизонтального вибратора, в проводниках антенны токи будут иметь направления, показанные пунктиром на фиг. 3. В этом случае токи, возбужденные в вертикальной паре проводников (фиг. 4г) и горизонтальных рамках (фиг. 4д), на выходах 11, 12 и 13, 14 устройства 2 развязки подавляются. На выходах 13 и 14 индуцируется ЭДС, величина которой пропорциональна напряженности поля волны, возбуждающей токи в вертикальных рамках (фиг. 4е). В горизонтальном вибраторе токи не возбуждаются, так как вектор Е перпендикулярен его проводникам.

Таким образом, единую конструкцию антенного полотна можно трактовать, как комбинацию эквивалентного горизонтального симметричного вибратора и пары вертикальных рамок, причем плоскости Е вибратора и рамок ортогональны. В совокупности с устройством 2 развязки исключается действие горизонтальных эквивалентных рамок и вертикальных проводников вибратора. Из этого следует, что на выходах 11, 12 и 13, 14 устройства развязки одновременно и независимо индуцируются ЭДС, обусловленные ортогональными компонентами поля падающей волны. Этим достигается возможность поляризационного разноса с помощью антенны при приеме крутопадающих ионосферных волн.

Размеры большей оси (а) замкнутых контуров (ромбов) выбираются исходя из требуемого рабочего диапазона частот так же, как и для обычного симметричного вибратора по известным методикам. Минимально допустимые размеры малой оси (b) и наклон выбираются из соображений обеспечения приемлемой эффективности приема горизонтально поляризованной компоненты поля.

Экспериментальные исследования показали, что эффективность приема по различным поляризациям отличается не более чем в два раза при угле наклона α ≥ 20⁰ и соотношении b/а ≥ 0,5. Так, плечи антенны для работы в диапазоне 2 - 18 МГц имеют следующие размеры: а = 15 м; b = 7,5 м; высота мачты h = 12 м; угол наклона α = 20⁰; диаметр антенного канатика 4 мм.

Таким образом, использование предложенной антенны позволяет за счет обеспечения одновременного и независимого приема крутопадающих ионосферных волн как с вертикальной, так и горизонтальной поляризацией повысить эффективность приема в условиях поляризационных замираний сигнала. Антенна может использоваться на приемных радиоцентрах и на мобильных (полевых) КВ-радиостанциях для связи ионосферными волнами на радиотрассах протяженностью до 1000 км. Использование предложенной антенны потребует меньших площадок и времени для развертывания по сравнению с используемыми в настоящее время для целей поляризационного разноса антенными системами с ортогонально расположенными симметричными вибраторами.

Антенна зенитного приема, состоящая из симметричного вибратора и устройства развязки линейно поляризованных электромагнитных волн с произвольной ориентацией плоскости поляризации, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения площади развертывания антенны, каждое плечо вибратора наклонено к поверхности земли и выполнено в виде замкнутого контура, образованного проводником, причем отношение продольной длины каждого плеча вибратора к максимальной длине поперечного разноса его проводников не менее 0,5.

Антенна зенитного приема, состоящая из симметричного вибратора и устройства развязки линейно поляризованных электромагнитных волн с произвольной ориентацией плоскости поляризации, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения площади развертывания антенны, каждое плечо вибратора наклонено к поверхности земли и выполнено в виде замкнутого контура, образованного проводником, причем отношение продольной длины каждого плеча вибратора к максимальной длине поперечного разноса его проводников не менее 0,5.