Комбинированная антенна Советский патент 1993 года по МПК H01Q9/18 

Изобретение относится к антенной технике.

. Известна антенна типа вертикальный несимметричный вибратор в виде металлического троса, поддерживаемого аэростатом (воздушным шаром, вертолетом).

Целью изобретения является повышение коэффициента усиления антенны.

На фиг. 1 - схема электрической функциональной комбинированной антенны; на фиг. 2 - структура коммутации в антенном контуре.

Комбинированная антенна содержит Подъемное устройство 1, турникетнуго антенну 2, коаксиальный кабель с внешней оплеткой 3 и центральной жилой 4, катушку 5 для намотки кабеля, редуктор б, компенсирующий дроссель 7, антенный коммутатор 8 и U-колено 9, причем турникетная антенна 2, размещенная на подъемном устройстве 1, посредством U-колена 9 соединена с внешней оплеткой 3 и центральной жилой 4 коаксиального кабеля, намотанного на катушку 5 для намотки кабеля и через компенсирующий дросселв 7 подключенного к антенному коммутатору 8, а сердечник компенсирующего дросселя 7 через редуктор б связан с осью катушки 5 для намотки кабеля.

Антенный коммутатор предназначен для переключения режимов работы комбинированной антенны: при использовании .вертикального несимметричного виб рато- ра - путем разрыва цепи центральной жилы, а при использовании турникетной антенны - обратным ее подключением, а также для подключения приемной и передающей аппаратуры соответствующих диапазонов.

U-колено предназначено для устранения антенного эффекта - затекания поверхностного тока с внутренней поверхности коаксиального кабеля на внешнюю его поверхность, при использовании турникетной антенны в качестве антенны УКВ диапазона.

..Компенсирующий дроссель предназначен для компенсации переменной емкости, возникающей за счет изменения длины коаксиального кабеля,

ел

jfitXQtJ

Vaxaa

Катушка для намотки кабеля предназначена для наматывания или разматывания кабеля при изменении высоты полета подъемного устройства. В качестве катушки для намотки кабеля может быть использован любой стандартный кабельный барабан с вращающейся осью.

Редуктор предназначен для трансформации количества оборотов оси катушки для намотки кабеля до величины, пригодной для изменения переменной индуктивности компенсирующего дросселя путем поворота его сердечника. Этим достигается пропорциональность изменения величины переменной индуктивности длине размотанного кабеля, чем обеспечивается компенсация переменной емкости, возникающей за счет изменения длины коаксиального кабеля. 8 качестве редуктора может быть использован любой промышленный редуктор с передаточным числом, обеспечивающий необходимый коэффициент передачи.

Комбинированная антенна предусматривает функционирование в следующих режимах.

Режим № 1. В качестве премно-переда- ющей диапазонов KB, СВ, и ДВ.

С помощью.антенного коммутатора 8 .(фиг. 1) производится отключение центральной жилы 4 коаксиального кабеля (переключатель Si (фиг. 2) - в вертикальном положении). Два плеча турникетной антенны 2 (фиг. 1) выполняют функцию верхней нагрузки вертикального вибратора.

Известно, что верхняя нагрузка в виде горизонтальных проводящих участков (Г-об- разные, Т-образные антенны и антенны зонтичного типа) выравнивает амплитудное распределение тока, увеличивая действующую длину (высоту) антенны, тем самым повышая эффективность ее использования, особенно в диапазоне ДВ, где требуются проводники большой длины. Известно, что размер горизонтального участка с верхней нагрузкой выбирается не длиннее (1/7 - 1/10) Лв, где Лв- длина рабочей волны вертикальной антенны, в противном случае горизонтальный участок, за счет увеличения токового распределения, приводит к излучению вверх и тем самым к потере полезной мощности. Необходимо учитывать также, что размер горизонтальных вибраторов (плеч турникетной антенны) выбирается из расчета 1/4 Л-, где Лг-длина рабочей волны горизонтальной антенны.

Например, при использовании в качестве вертикального несимметричного вибратора коаксиального кабеля РК-75-9-12 длиной 1В - 50 м с радиусом внешней оплетки Эв б, 1 мм, а в качестве плеч турникетной антенны - вибраторов из биметалла типа БМ-5, укрепленных с помощью кольца жесткости на шаре из прорезиненного шелка,

наполненного гелием, длиной г 1,5 м с радиусом аг 10 мин при рабочей длине волны А 250 м, волновое сопротивление вертикального и горизонтального участков в соответствии с формулой:

WA 120(n --1), а

где I -длина плеча вибратора, а - радиус провода,

равно WA 960 Ом, Wr 480 Ом.

Величина эквивалентного удлинения Ьэ антенны определяется из выражения:

ctgRba

Wr WB

ctgRb,

где R - в олновое число, R . 5 2-3,14

In

Г

2,5-10-2 м-1 ;

250

b lr;

ctg(2,5-10 2b9)

0.

5

0

5

0

5

480

960

ctg(2, i,5),

.

откуда Ьэ 3,0 м.

Длина эквивалентного вертикального вибратора:.

э 1 + Ьэ.

Имеем 1Э 50 + 3 53 м.

При длине вертикального участка IB 300 м, рабочей длине волны Я 1500 м и неизменных остальных величинах получаем:

Шв 11760м;

Wr 4800M,v 2 -3,14

R

1500

4,2 -10 3 м 1; .

/

ctg(4.,5);

ctg(4,2-10- 3)

Ьэ 3,68 м;

1Э 300+ 3,68 303,68м.

Выбор приемно-передающей аппаратуры диапазонов KB, СВ и ДВ осуществляется переключателями 5з - Se (фиг. 2).

Режим № 2. В качестве премно-переда- ющей диапазона УКВ.

В данном случае турникетная антенна 2 (фиг. 1), питаемая коаксиальным кабелем, выполняет функцию приемно-передающей антенны диапазона УКВ. Антенный коммутатор 8 замыкает центральную жилу 4 фидера (переключатель Si (фиг. 2) - в горизонтальном положении). Смена режимов прием - передача осуществляется обычным путем - коммутацией соответствующей аппаратуры с помощью переключателя S2 (фиг. 2).

Расположение турникетной антенны на большой высоте, определяемой длиной кабеля, позволяет обеспечивать радиосвязь на значительные расстояния в диапазоне УКВ, определяемые дальностью прямой видимости с учетом нормальной рефракции:

гпр 4,12( VhT+Vh j,

где Гпр-дальность прямой видимости,

hi - высота подъема передающей антенны,

h2 - высота подъема приемной антенны, М;

Так, например, для hi -400 м, h2 16 м, имеем:

гпр 4,12(

16 ) «100 км.

Компенсация переменной емкости, возникающей за счет изменения длины коакси- ального кабеля, обеспечивается установленным на входе аитенно-фидерно- го тракта компенсирующим дросселем 7 (фиг. 1), Регулировка (подстройка) переменной индуктивности дросселя осуществляется за счет механической связи-сердечника дросселя с вращающейся осью катушки 5 для намотки кабеля, обеспечивая пропорциональность величины переменной индуктивности дросселя длине размотанного кабеля, а, следовательно, величине его переменной емкости. При этом погонная емкость коаксиального кабеля может быть определена по формуле:

-. ЪЛЕа

In

32

31

где Ја диэлектрическая проницаемость заполнения кабеля;

ai - радиус центральной жилы;

32 - радиус оплетки кабеля,

.Редуктор должен быть подобран таким образом, чтобы его передаточное число обеспечивало необходимый коэффициент

передачи между количеством оборотов для намотки кабеля и углом поворота сердечника компенсирующего дросселя.

Это техническое решение позволяет 5 ликвидировать резонансность характеристик излучения антенны, а, следовательно, повысить эффективность ее использования в широком диапазоне частот.

Известно, что при подключении плеч

0 симметричного вибратора (а, следовательно, и турникетной антенны) к центральному проводнику и к экранной оболочке коаксиального кабеля будет иметь место затекание тока на внешнюю поверхность экранной

5 оболочки. Вследствие излучения с внешней поверхности экрана исказится диафрагма направленности антенны и могут увеличиться потери. Для получения возможности питать симметричную антенну

0 несимметричным фидером необходимо предотвратить попадание тока на внешнюю часть экрана. В предлагаемой антенне в качестве симметрирующего устройства используется U-колено. Конструкция и

5 принцип действия такого устройства достаточно полно описаны.

Формула из обретения Комбинированная антенна, содержащая вертикальный несимметричный

0 вибратор и турникетный излучатель, установленные на подъемном устройстве, и коаксиальный фидер, отл ичающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления, введены антенный коммутатор, U-ко5 лено, компенсирующий дроссель, катушка для намотки кабеля и редуктор, при этом вертикальный несимметричный .вибратор образован внешним проводником коаксиального кабеля, одна пара плеч турникетно0 го излучателя присоединена к внешнему прободнику коаксиального кабеля, а другая пара плеч посредством U-колена присоединена к центральному проводнику коаксиального кабеля, при этом выходы антенного

5 коммутатора присоединены соответственно к центральному и внешнему проводникам коаксиального фидера, а его входы являются входами антенны, причем компенсирующий дроссель через редуктор связан

0 с катушкой для намотки кабеля.

Фиг. 2.

Использование: мобильные и стационарные системы радиосвязи KB и УКВ диапазонов. Сущность изобретения: комбинированная антенна состоит из установлен- ных на латно-подъемном средстве турникетного излучателя и несимметричного вибратора, присоединенных к питающему фидеру через коммутатор, U-колено и компенсирующий дроссель, Имеется катушка для намотки кабеля и редуктор для изменения длины кабеля при изменении высоты летно-подъемного средства. 2.ИЛ,