Всенаправленная антенная система Советский патент 1992 года по МПК H01Q21/29 

Изобретение относится к антенной технике, а именно к приемопередающим антеннам центральных станций подвижной радиосвязи на границе СВЧ- и УВЧ-диапа- онов.

Известна кольцевая антенна, содержащая вертикальную опору и три равномерно размещенных вокруг этой опоры вертикальных, синфазно запитанных вибратора, расположенных на расстоянии 0,5Я друг от друга.

Однако с увеличением диаметра опоры до (0,2-0,3)Я, когда центры вибраторов (точки питания) отстоят от опоры на расстоянии (0,25-0,4)Яи на расстоянии 0,БЯдруг от друга в одном этаже, количество вибраторов в одном этаже для получения равномерности

диаграммы направленности (ДН)-р- ±3

tmax

дБ должно быть п 4-7, т.е с увеличением сечения опоры резко увеличивается количество вибраторов в этаже, и если антенная система выполнена многоэтажной, то количество вибраторов в антенне увеличивается пропорционально количеству этажей.

Известна антенна, содержащая опору и два вибратора вертикальной поляризации, установленные на плоских экранах шириной 0,7Я. Расстояние от точки питания вибратора до экрана составляет 0,3 Я. Экраны установлены на противоположных сторонах опоры.

При увеличении расстояния между центрами вибраторов (точками питания) и, соответственно, при увеличении расстояния между плоскими экранами необходима мачта сечением не менее 0,3 Я, при этом резко увеличивается неравномерность ДН в триVJ

XI

О

ю ю

зонтальной плоскости, а при равномерно- Е

стиДН

±3 дБ антенная система для

центральной станции не приемлема.

Известна антенная система подвижной радиотелефонной связи Алтай-ЗМ, являющаяся многоствольной системой подвижной связи. Антенные системы устанавливаются на верхней площадке типовых опор трубчатогоЧипа, например, высотой 110 м или на, высотных зданий. Типовая антенная система одного ствола состоит из двух четырехэтажных антенн с пространственным разносом (1,5 - 2)А, установленных на типовой стойке сечением (0,24 х 0,24}А и высотой 12Я с вертикально установленными на ее боковых гранях четырьмя типовыми волновыми вибраторами в каждом этаже четырехэтажной антенны. Обычно на верхней площадке башни или на кровле высотного здания устанавливаются 4 или 5 типовых опор с пространственным разносом (5-10)Я,

Недостатком такой типовой антенной системы подвижной радиотелефонной связи Алтай-ЗМ, содержащей по четыре вибратора в одном этаже, является ее громоздкость, большой вес, высокая стоимость антенной системы одного ствола, а при установке меньшего количества типовых вибраторов в одном этаже, например двух, размещенных на противоположных гранях типовой опоры сечением (0,24 х 0,24)Я, при синфазном питании типовых вибраторов резко увеличивается неравномерность ДН в горизонтальной плоскости, что неприемлемо для центральных стадий радиосвязи.

Наиболее близким к изобретению является всенаправленная антенная система, содержащая первый и второй плоские рефлекторы, закрепленные на вертикальной опоре с поперечным размером, равным (0,18-0,24) Я. где Я - рабочая длина волны, первый и второй волновые шунтовые вибраторы, установленные своими фланцами на соответствующих плоских рефлекторах вертикальные металлические пластины шириной (0,05-0,07)4. закрепленные вдоль образующей вертикальной опоры, и вертикальный металлический трос, размещенный на расстоянии (0,25-0,4)Я от поверхности вертикальной опоры и на расстоянии (0,25- 0,5) Я от центров волновых шунтовых сим- метричных вибраторов в плоскости вертикальных металлических пластин, симметричных относительно оси вертикальной опоры, причем вертикальный размер плоского рефлектора равен длине волнового

шунтового вибратора, а расстояние от его внешней кромки до поверхности вертикальной опоры равно (0,1-0,25)А, Кроме того, плоские рефлекторы параллельно смещены

относительно параллельной им плоскости симметрии вертикальной опоры и расстояние между центрами волновых шунтовых симметричных вибраторов равно (0,5-0,6)Я. Недостатком такой всенаправленной

антенной системы является сложность и громоздкость подъемного устройства, в составную часть конструкции которого входят направляющие металлические пластины и трос автоматической лебедки подъемного

устройства (с противовесом), используемые как дополнительный экран, улучшающий равномерность ДН а горизонтальной плоскости.

Цель изобретения - улучшение равномерности ДН в горизонтальной плоскости многоэтажной (4-этажной) антенны из двух вибраторов в этаже, установленных на вертикальной опоре диаметром (0.18-0.24Я Эта цель достигается тем, что в антенной системе, содержащей первый и второй плоские рефлекторы, закрепленные своими вертикальными кромками на вертикальной опоре с поперечным размером, равным (0,18-0,24)А, где Я - рабочая длина волны,

первый и второй волновые шунтовые вибраторы, установленные фланцами на соответствующих плоских рефлекторах, и два экрана, установленных в плоскости, проходящей через ось вертикальной опоры, причем вертикальный размер плоского рефлектора равен длине волнового шунтового вибратора, а расстояние от его внешней кромки до поверхности вертикальной опоры равно (0,,25)Я, при этом плоские

рефлекторы параллельно смещены относительно параллельной им плоскости симметрии вертикальной опоры, а расстояние между центрами волновых шунтовых вибраторов равно (0.5-0,6)л, согласно мзобретению каждый из экранов выполнен в виде двух одинаковых рамок, вертикальные стороны которых равны каждая длине плеча волнового шунтового вибратора и отстоят от вертикальной опоры на расстояние (0,20,35)Я, а близлежащие горизонтальные стороны соседних рамок соединены замыкателем.

На фиг. 1 изображена система из двух 4-зтажных антенн на вертикальной опоре

диаметром (0,18-0,24)Яс плоскими токопро- водящими рамками, объединенными корот- козамыкателем; на фиг. 2 - экспериментальные ДН антенны в горизонтальной плоскости одного этажа из двух типовых волновых вибраторов в этаже, установленных на опоре диаметром (0,185-0,24)А, и парциальные ДН в горизонтальной плоскости каждого вибратора, установленного на фланце, равном длине вибратора; на фиг. 3 - экспериментальные ДН 4-этажной антенны в горизонтальной плоскости с установленными настроенными рамками; на фиг. 4 -эквивалентная схема полуволновых рамок, объединенных перемычкой (замыкателем).

Антенная система содержит первый и второй плоские рефлекторы 1, закрепленные своими вертикальными кромками на вертикальной опоре 2 с поперечным размером (0,18-0,24)А, и первый и второй волновые шунтовые симметричные вибраторы 3, установленные над соответствующими плоскими рефлекторами 1 симметрично относительно оси вертикальной опоры в горизонтальной плоскости. Вибраторы 3 обращены в противоположные стороны. При этом плоские рефлекторы 1 параллельно смещены относительно параллельной им плоскости симметрии вертикальной опоры и расстояние между центрами волновых симметричных вибраторов равно (0,5-0,6)А. Длина вертикальных кромок рефлекторов равна длине волнового шунтового симметричного вибратора, а расстояние от внешних кромок до поверхности вертикальной опоры равно (0,1-0,25)А. Для обслуживания такой антенной системы используется лестница, выполненная в виде плоских металлических рамок 4, объединенных замыкателем 5 и расположенных вдоль всей опоры 2. Вертикальные стороны рамок равны длине плеча вибратора и отстоят от вертикальной опоры на расстоянии (0,2-0.35)Я. При этом

равномерность ДН-р ± 3 дБ в горизонtrnax

тальной плоскости антенны сохраняется в диапазоне (1 ± 0,125.. Вертикальные части рамок располагаются на расстоянии (0,4- 0,6)Аот центров вибраторов.

Антенная система работает следующим образом.

Вертикальные вибраторы 3, расположенные вокруг вертикальной опоры 2, создают в горизонтальной плоскости излучение, которое имеет максимумы и минимумы, не превышающие ±3 дБ

tmax

(фиг. 2). Зоны интерференции по отношению к центральным осям конструкции, проходящим через центр опоры между вибраторами, находятся под углами 15-30° двух сторон по отношению к центральным осям конструкции. Установка настроенных рамок 4 у активных вибраторов 3 оказывает

влияние на излучение антенны, причем тем существеннее, чем ближе размеры рамок к резонансным, Такая система настроенных рамок с объединением рамок замыкателем

образует пассивный шунтовой волновый вибратор, представленный в виде эквивалентной схемы двухпроводной линии. Замкнутые участки двухпроводной линии 1 - 8 и 2-3, возбуждаемые за счет пространственной связи, и шунтирующие элементы 1 -9 - 10-2иЗ-4-5-§-7-8, наличие которых приводит к трансформации входного сопротивления и за счет этого - к расширению диапазонности при настройке. Если участки

1-8и2-3 близки к А/2, то короткозамкну- тый шлейф 8-7-4-3 пересчитывается к точкам 1 - 2, и тогда схему включения двух шунтов (шлейфов) можно рассматривать как параллельное включение двух комплексных

проводимостей, у которых модуль становится активной величиной, имеющей знак наведенного сопротивления в зависимости от подобранных параметров (размеров) рамок, Путем смещения перемычки шлейфа 9-10

осуществляется настройка ДН как на частоте передачи, так и на частоте приема. Токи, возбуждаемые полем вибратора, в.вертикальной части рамок вызывают переизлучение, которое при вертикальных размерах

рамок, близких к резонансным, увеличивает поле в направлениях минимумов ДН двух вибраторов, и происходит выравнивание ДН одного этажа за счет синфазного слеже: ния полей вибраторов и переизлученного

поля рамок, Расположением вертикальной части рамок относительно активного волнового вибратора, т.е. изменением расстояния и положением замыкателя, можно управлять направленными свойствами этажа антенны в горизонтальной плоскости. Система из таких рамок, установленных вдоль всей вертикальной опоры, образует конструкцию, используемую в качестве металлической лестницы при монтаже и обслуживании антенной системы.

Формула изобретения Всенаправленная антенная система, содержащая первый и второй плоские рефлекторы, закрепленные на вертикальной

опоре с поперечным размером, равным (0,18-0,24)А, где А - рабочая длина волны, первый и второй волновые шунтовые вибраторы, установленные фланцами на соответствующих плоских рефлекторах, и два

экрана, установленные в плоскости, проходящей через ось вертикальной опоры, причем вертикальный размер плоского рефлектора равен длине шунтового вибратора, а расстояние от его внешней кромки

до поверхности вертикальной опоры равно (0.1 -0,25) А, причем плоские рефлекторы параллельно смещены относительно параллельной им плоскости симметрии вертикальной опоры, а расстояние между центрами волновых шунтовых вибраторов равно (0,5-0,6) А, отличающаяся тем, что, с целью улучшения равномерности диаграммы направленности, каждый из экранов выполнен в виде двух одинаковых рамок, вертикальные стороны которых равны каждая длине плеча волнового шунтового вибратора и отстоят от вертикальной опоры на расстоянии (0,2-0,35) А, а близлежащие горизонтальные стороны соседних рамок соединены короткозамыкателем.

Использование: приемопередающая антенна вертикальной поляризации с круговой диаграммой направленности метрового и дециметрового диапазонов волн. Сущность изобретения, система содержит вертикальную опору с поперечным размером, равным (0,18 - 0,24) А, где Я- рабочая длина волны, два плоских рефлектора, установленных в плоскостях, параллельно смещенных относительно плоскости симметрии вертикальной опоры, два волновых шунто- вых вибратора, установленных каждый фланцем на соответствующем плоском рефлекторе, и два экрана, установленных в плоскости, проходящей через ось вертикальной опоры под углом 60-70° к указанной плоскости симметрии. Каждый экран выполнен в виде двух одинаковых рамок, вертикальные стороны которых равны каждая длине плеча волнового шунтового вибратора и отстоят от вертикальной опоры на расстоянии (0,2-0,35)Я, а близлежащие стороны соседних рамок соелинены короткоза- мыкателем. 4 ил.

ФиеЛ

а °тм

J3Ј

W

fO

30

nepedct G

i f,o

/го

SO

}30

зоо

гю

сД/г. 3

- - л/sve/tr

69

I.O

7(6)

f

(5)

Ю