Антенная система Советский патент 1992 года по МПК H01Q21/29 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемо-передающей антенны УВЧ и СВЧ диапазонов, а конкретно для системы связи Алтай-ЗМ.

Известна система подвижной радиотелефонной связи Алтай-Зм, являющаяся многоствольной системой связи, Антенная система центральной станции одного ствола состоит из двух четырехэтажных антенн с пространственным разносом (1,5-2,0)А, состоящих из типовых шунтовых волновых вибраторов, установленных на типовой стойке сечение 210 х 210 мм. Обычно на верхней площадке башни или на кровле высотного здания устанавливаются 4 или 5 типовых стоек с пространственным разносом (5-10) А, каждая из которых содержит квадратную опору высотой 11,7 м с вертикально установленными на ее боковых гранях по четыре типовых волновых вибратора в каждом этаже четырехэтажной антенны.

К недостаткам такой типовой антенной системы, содержащей типовые волновые

вибраторы в этаже, можно отнести ее громоздкость ввиду большого числа вибраторов (32), большой вес, когда устанавливаются по 4 вибратора в этаже, и большая неравномерность Д.Н. в горизонтальной плоскости, когда,установлены два вибратора в этаже, а также большая стоимость антенной системы одного ствола. Кроме того, типовые вибраторы имеют низкое согласование на частоте приема (КБВ 0.45).

Наиболее близкой к данной является ненаправленная антенна, содержащая первый и второй элементы, закрепленные на противоположных сторонах вертикальной опоры и выполненные в виде плоского рефлектора и вибратора, установленного на одной из его сторон, причем вибраторы обращены в противоположные стороны, при этом каждый плоский рефлектор закреплен вертикальной кромкой на вертикальной опоре под углом 0-60° к плоскости, проходящей через точки крепления плоских рефлекторов к вертикальной опоре.

(Л

С

vj со

О

VI о о

Такая антенная система устанавливается на опорах большого диаметра, так как вибраторы устанавливаются на экранах, а установка экранов требует сечения опоры не менее 0,5 Я, так как расстояние между вибраторами должно быть кратное целому числу волн. Для такой антенны характерна большая разность амплитудных уровней парциальных Д.Н. вибраторов для азимутальных углов, при которых уровни ампли- туд, излучаемых каждым вибратором в этих направлениях, находятся в противофазе, т.е. необходимо создание парциальной Д.Н, специальной формы.

Недостатком такой системы является ее узкополосность, так как для каждого диаметра опоры при разбросе вибраторов на расстоянии к Я, где к - целое число, требуется различная ширина экранов и каждый раз новое расположение вибраторов отно- сительно кромки экранов. С увеличением диаметра опоры увеличивается разнос вибраторов на большее расстояние кЯ, что приводит к увеличению габаритных размеров конструкции экранов и сужается полоса ра- бочих частот, увеличивается парусность и, соответственно, нагрузка на опору, что приводит к снижению емкости радиоборудова- ния, устанавливаемого на опоре.

Целью изобретения является получение круговой Д.Н. в горизонтальной плоскости с заданной неравномерностью ± 3 дБ многоэтажной антенны с КУС 7 дБ при минимальном количестве вибраторов в одном этаже, например двух, имеющих высокое согласование (КБВ) во всем рабочем диапазоне частот 300-350 мГц (расширение диа- пазонности).

Указанная цель достигается тем, что в известной антенной системе, содержащей вертикальную опору с закрепленными на ней вибраторами, согласно изобретению вертикальная опора высотой (10-12)Я выполнена из двух металлических уголков сечением (0,23 х 0,23)Я или (0,29 х 0,29)Я , (где Я-длина волны), плотно прилегающих друг к другу внешними поверхностями одних из своих полок со смещением (0,12 - 0,17)Я. Вибраторы закреплены фланцами на внутренних поверхностях не прилегающих по- лок с разносом в этаже (0,45 - 0,6) Я и расстоянием между этажами (0,8 - 1,0) Я. Кроме того, введены плоские прямоугольные рамки, закрепленные на ребрах полок на одном уровне с вибраторами, их плоско- сти составляют угол 15 - 20°, отсчитываемый от плоскостей полок в сторону их внешних поверхностей, их размеры по вертикали составляют в + 10%, где в - размер

вибратора, а по горизонтали (0,37 - 0,41)Я. Причем горизонтальные части соседних по вертикали плоских прямоугольных рамок соединены перемычками, установленными с возможностью перемещения по горизонтали.

С целью расширения рабочего диапазона частот и улучшения согласования вибраторы выполнены длиной (0,32 - 0,35) Я из двух одинаковых плеч, которые изготовлены в виде коаксиальных внутренней трубы с диаметром (0,,023)Я и внешней трубы толщиной стенок (0,002 - 0,004)Я и внешним диаметром (0,05 -0,06)Я, закороченных на концах металлическим диском, В зазоре с минимальным размером (0,010 - 0,012)А между плечами внешние трубы плеч косо срезаны и к ним подсоединены коаксиальный фидер, проходящий внутри стойки вибратора высотой (0,25 - 0,28)Я с внешним диаметром (0,032 - 0,035)Я, причем внутренние трубы плеч закреплены на стойке вибратора, а центры вибраторов размещены на расстоянии (0,18 - 0,22)А от внутренней поверхности прилегающих полок, металлических уголков.

На фиг. 1 изображена антенная система, состоящая из опоры, образованной двумя 90° уголками 250 х 250 мм, и двух полуволновых шунтовых вибраторов в одном этаже; на фиг, 2 - конструкция и размеры полуволнового шунтового вибратора; на фиг. 3 - графики измеренного КБВ типового шунтового вибратора для ЦС системы Ал- тай-ЗМ, установленного на экране 1 х 1 м, и предлагаемого шунтового полуволнового вибратора на экране 1 х 1 м; на фиг. 4 - экспериментальные Д.Н. в горизонтальной плоскости парциальных излучателей антенной системы из двух полуволновых шунтовых вибраторов в одном этаже, когда второй вибратор нагружен на согласованную нагрузку; на фиг. 5 - экспериментальные Д.Н. в горизонтальной плоскости антенной системы из двух синфазно запитан ных полуволновых шунтовых вибраторов в одном этаже.

Антенная система содержит в каждом этаже 4-этажной синфазной антенной системы по два вертикально установленных шунтовых полуволновых вибратора 1, закрепленных фланцами 2 на внутренних полках уголков 3 сечением (0,23 х 0,23) Я или (0,29 х 0,29)Я , где Я-длина волны, образующих вертикальную опору 4 высотой (10 - 12) Я, Вибраторы закреплены фланцами на внутренних поверхностях не прилегающих полок с разносом в этаже (0,45 - 0,6)Я и расстоянием между этажами (0,8 - 1,0)Я. На ребрах уголков, вдоль плоскости уголка, на

которой закреплены фланцы 2 вибратора 1, установлены полуволновые плоские прямоугольные металлические рамки 5, их размеры по вертикали составляют в + 10%, где IB - размер вибратора, а по горизонтали (0,37 - 0,41)Я, и помещены в пучность тока вибратора. Плоскости рамок составляют угол 15 - 20°, отсчитываемый от плоскостей полок в сторону их внешних поверхностей, причем горизонтальные части соседних по вертикали плоских прямоугольных рамок соединены перемычками, установленными с возможностью перемещения по горизонтали.

Вибраторы выполнены в виде полуволновых вибраторов длиной (0,32 - 0,35)Я из двух одинаковых плеч. Плечи изготовлены в виде коаксиальной внутренней трубы с диаметром (0,0208 - 0,023)Я и внешней трубы с толщиной стенок (0,002 - 0,004) и внешним диаметром (0,05 - 0,06)Я, закороченных на концах металлическим диском. В зазоре с минимальным размером (0,01 -0,012) А между плечами внешние трубы плеч косо срезаны и к ним подсоединен коаксиальный фидер, который проходит внутри стойки вибратора высотой (0,25 - 0,28)Я с внешним диаметром (0,03 - 0,035)Я, причем внутренние трубы плеч закреплены на стойке вибратора, а центры вибраторов размещены на расстоянии (0,18 - 0,22)Яот внутренней поверхности прилегающих полок, металлических уголков. Внешний диаметр экрана фидера и внутренний диаметр трубы стойки вибратора образуют металлический изолятор, оканчивающийся установочной фишкой СР-75-155 П.Ф., к которой подключен коаксиальный магистральный фидер.

Антенная система работает следующим образом.

Вибраторы 1 одного этажа антенной системы расположены внутри уголков 3 малых размеров, создают два объединенных парциальных излучателя в этаже, Ф.Ц, которых разнесены на расстояние (0,45 - 0,6)Я, при котором формируются заданные направленные свойства одного этажа, т.е. образуется поле, равномерно распределенное- вокруг вертикальной опоры 4. За счет несимметрии парциальной Д.Н. относительно центральной оси антенной системы, проходящей через скрепленные между собой полки уголков, и при синфазном питании парциальных излучателей, получается равномерное распределение поля вокруг опоры с зонами интерференции, имеющих небольшие провалы Д.Н в азимутальных направлениях, в которых установлены под углом настроенные рамки являющиеся пассивными переизлучателями, возбуждаемые активными вибраторами за счет пространственной связи и переизлучающие электромагнитную энергию в этих изимутальных

направлениях, где происходит интерференция с амплитудой и фазой, необходимой для синфазного сложения в этих направлениях с основным полем парциальных излучателей, и за счет этого улучшающие равномер0 ность диаграммы направленности.

Данная антенная система обеспечивает получение круговой Д.Н. в горизонтальной плоскости с заданной равномерностью ± 3 дБ многоэтажной антенны с КУС 7 дБ

5 при минимальном количестве вибраторов с высоким согласованием в одном этаже. Конструкция антенной системы обеспечивает уменьшение веса (металлоемкости), а также упрощается и удешевляется конструкция

0 опоры и вибраторов с возможностью доступа к АФУ при монтаже и обслуживании антенной системы одного ствола.

Формула изобретения

1 Антенная система, содержащая вер5 тикальную опору с закрепленными на ней вибраторами, отличающаяся тем, что. с целью улучшения равномерности диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, вертикальная опора высотой

0 (10 -12)А выполнена из двух металлических уголков сечением (0,23 х 0,23)Я или (0,29 х х О 29)Я, где Я - длина волны, плотно прилегающих друг к другу внешними поверхностями одних из своих полок со смещением

5 (0,12-0,17)Я, вибраторы закреплены своими фланцами на внутренних поверхностях не прилегающих полок с разносом в этаже (0,45 - 0,5)Я и расстоянием между этажами 0.8 - 1,0)Я, введены плоские прямоугольные

0 рамки, закрепленные на ребрах полок на одном уровне с вибраторами, их плоскости составляют угол 15 - 20°, отсчитываемый от плоскости полок в сторону их внешних поверхностей, их размер по вертикали состав5 ляет 1В + 10%, где в - размер вибратора, а по горизонтали - (0,37 - 0,41)Я, причем горизонтальные части соседних по вертикали плоских прямоугольных рамок соединены перемычками, установленными с возможно0

стью перемещения по горизонтали.

2 Система по п. 1,отличающаяся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот и улучшения согласования. . вибраторы имеют длину, равную (0,32 - 5 0,35) Я, и состоят из двух одинаковых плеч, которые выполнены в виде коаксиальных внутренней трубы диаметром (0,0208,0,023)Я и внешней трубы с толщиной стенок (0,002 - 0,004)А и внешним диаметром (0.05 - 0,06) Я

закороченных на концах металлическим диском, в зазоре с минимальным размером (0,01 - 0,012)Я между плечами, внешние трубы плеч косо срезаны и к ним подсоединен

коаксиальный фидер, проходящий внутри 5 внутренней поверхности прилегающих по- стойки вибратора высотой (0,25 - 0.28)А с лок, металлических уголков.

внешним диаметром (0,03 - 0,035)Я, причем внутренние трубы плеч закреплены на столике вибратора, а центры вибраторов размещены на расстоянии (0,18 - 0,22) А от

Изобретение относится к антеннам СВЧ- и УВЧ-диапазонов и может быть использовано в качестве приемо-передающей антенны системы связи Алтай-Зм. Целью изобретения является улучшение равномерности диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, что достигается выполнением вертикальной опоры из металлических уголков и размещением поэтажно вибраторов с соответствующим разносом в этаже и между этажами, а также введением плоских прямоугольных рамок, перераспределяющих поле в горизонтальной плоскости.5 ил.

5

-5

4

5

Фиг.1

I

№.2

§

--рам C5

JO

1

v Ъ

5 $

оо

г,6

60

Л/ove/ /itfieDavo

го