RU205210U1

RU205210U1 - VERTICAL STATIONARY MEDIUM WAVE ANTENNA

Info

Publication number: RU205210U1
Application number: RU2020125499U
Authority: RU
Inventors: Владимир Константинович Сидоров; Олег Александрович Овчинников; Арсений Валерьевич Митько; Алексей Николаевич Ляшук
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2021-07-02

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике, в частности к стационарным малогабаритным приемопередающим антеннам для систем сети связи и передачи данных, работающих в диапазоне средних волн. Технический результат заявляемой модели заключается в снижении габаритных размеров антенны при сохранении достаточной эффективности излучения для расширения функциональных возможностей использования приемопередающей аппаратуры в системах СВ связи. Технический результат достигается тем, что для согласования антенны с фидером используется концевая емкостная нагрузка, состоящая из шести лучевых проводников, а также система высокочастотного заземления-противовесов, состоящая из шестидесяти, расположенных радиально, лучевых проводников, находящихся на поверхности земли или углубленных в землю. 4 ил.The utility model relates to antenna technology, in particular to stationary small-sized transmitting-receiving antennas for communication and data transmission network systems operating in the medium wave range. The technical result of the claimed model is to reduce the overall dimensions of the antenna while maintaining sufficient radiation efficiency to expand the functionality of the use of transceiver equipment in CB communication systems. The technical result is achieved in that to match the antenna with the feeder, an end capacitive load is used, consisting of six beam conductors, as well as a high-frequency grounding-counterweight system, consisting of sixty radially arranged beam conductors located on the earth's surface or recessed into the ground. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована как стационарная малогабаритная приемопередающая антенна для систем сети связи передачи данных работающих в диапазоне средних волн.The utility model relates to antenna technology and can be used as a stationary small-sized transceiver antenna for data communication network systems operating in the medium wave range.

Известно, что при возникновении магнитных бурь наблюдается нарушение в работе KB и УКВ средств связи из-за возникающих неоднородностей в ионосфере. При этом устойчивая радиосвязь возможна только с помощью поверхностной волны.It is known that when magnetic storms occur, there is a disruption in the operation of HF and VHF communication facilities due to the emerging inhomogeneities in the ionosphere. In this case, stable radio communication is possible only with the help of a surface wave.

Так же известно, что чем больше длина волны, тем дальше происходит распространение поверхностной волны, так как средние, и особенно длинные волны, мало поглощаются при прохождении околоземной поверхности, а также имеют свойства огибать препятствия, что важно при проведении двухсторонней радиосвязи в условиях гористой местности. Также длинные и средние волны хорошо огибают поверхность Земли, вследствие чего, распространение поверхностных волн может достигать расстояния в 300-400 км.It is also known that the longer the wavelength, the further the surface wave propagates, since medium, and especially long waves are little absorbed when passing the near-earth surface, and also have the ability to bend around obstacles, which is important when conducting two-way radio communications in mountainous terrain ... Also, long and medium waves bend well around the Earth's surface, as a result of which the propagation of surface waves can reach a distance of 300-400 km.

Однако увеличение длины волны неизбежно ведет к увеличению физических размеров антенной системы.However, an increase in wavelength inevitably leads to an increase in the physical size of the antenna system.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является вертикальная укороченная антенна [1] содержащая вертикальный вибратор (16,5 м.), согласующее устройство, включающее первую и вторую индуктивности, постоянные емкости, а также противовесы, расположенные в горизонтальной плоскости (18 шт.). Данная антенна предлагается радиолюбителям для работы в диапазоне коротких и промежуточных волн.The closest analogue in technical essence to the claimed device is a vertical shortened antenna [1] containing a vertical vibrator (16.5 m), a matching device including the first and second inductances, constant capacitances, and counterweights located in the horizontal plane (18 pieces .). This antenna is offered to radio amateurs for work in the range of short and intermediate waves.

Недостатки: Вышеуказанная антенна не рассчитана на использование в диапазоне средних волн, со средней частотой 450 кГц, так как имеет большие линейный размеры.Disadvantages: The above antenna is not designed for use in the medium wave range, with an average frequency of 450 kHz, since it has large linear dimensions.

Ранее задач по организации радиосвязи с мобильными подразделениями в ближней зоне (до 300 километров) в Арктическом регионе не ставилось.Previously, the tasks of organizing radio communication with mobile units in the near zone (up to 300 kilometers) in the Arctic region were not set.

Целью является разработка стационарной антенной системы для связи с подвижными объектами на удалении до 300 км в условиях Крайнего Севера.The goal is to develop a stationary antenna system for communication with mobile objects at a distance of up to 300 km in the Far North.

Технический результат заявляемой модели заключается в снижении габаритных размеров антенны (до 20 м.) при сохранении достаточной эффективности излучения для расширения функциональных возможностей использования приемопередающей аппаратуры в системах СВ связи.The technical result of the claimed model is to reduce the overall dimensions of the antenna (up to 20 m) while maintaining sufficient radiation efficiency to expand the functionality of the use of transceiver equipment in CB communication systems.

Данный технический результат достигается тем, что для согласования антенны с фидером используется концевая емкостная нагрузка, состоящая из шести лучевых проводников, одновременно являющихся оттяжками, усиливающими механическую прочность в условиях механических и ветровых нагрузок. Кроме этого, для согласования антенны используется система противовесов, состоящая из шестидесяти, расположенных радиально, лучевых проводников.This technical result is achieved by the fact that to match the antenna with the feeder, an end capacitive load is used, consisting of six ray conductors, which are simultaneously guys that increase the mechanical strength under mechanical and wind loads. In addition, to match the antenna, a counterweight system is used, consisting of sixty radially arranged beam conductors.

Заявляемая антенная система является укороченной антенной. Основное излучение происходит под низкими углами к горизонту, что является очень полезным свойством при радиосвязи с помощью прямой волны.The claimed antenna system is a shortened antenna. The main radiation occurs at low angles to the horizon, which is a very useful property in direct wave radio communications.

Эффективность работы антенны, а, следовательно, ее коэффициент полезного действия, прямо пропорционален ее физическим размерам и сопоставим с длиной волны. Длина волны на частоте 450 кГц составляет около 660 метров. Эффективно работающая на этой частоте антенна, должна иметь размеры не менее 120-150 метров и, примерно, такую же высоту подвеса (справедливо для дипольных антенн с горизонтальной поляризацией). Подобные антенны выполняются в виде антенн-мачт или антенн-башен и их использование определяется технико-экономическим обоснованием.The efficiency of the antenna, and therefore its efficiency, is directly proportional to its physical dimensions and is comparable to the wavelength. The wavelength at 450 kHz is about 660 meters. An antenna effectively operating at this frequency should have dimensions of at least 120-150 meters and approximately the same suspension height (valid for dipole antennas with horizontal polarization). Such antennas are made in the form of antenna masts or antenna towers and their use is determined by a feasibility study.

Предлагаемая модель предназначена для использования в диапазоне средних волн как стационарная укороченная вертикальная антенна для связи прямой и отраженной волной в условиях ограниченной площади, где размещения полноразмерных антенн не представляется возможным. Антенна предлагается для организации радиосвязи со стационарными подразделениями и мобильными группами. Предполагается использование данной антенны в северных широтах, где магнитное возмущение ионосферы в периоды магнитных бурь достигает высоких значений, и радиосвязь в коротковолновом диапазоне становится невозможной.The proposed model is intended for use in the medium wave range as a stationary shortened vertical antenna for direct and reflected wave communication in a limited area, where the placement of full-size antennas is not possible. The antenna is offered for organizing radio communication with stationary units and mobile groups. It is proposed to use this antenna in northern latitudes, where the magnetic disturbance of the ionosphere during periods of magnetic storms reaches high values, and radio communication in the short-wave range becomes impossible.

Полезная модель поясняется чертежами:The utility model is illustrated by drawings:

Фиг. 1 - Графическая схема стационарной вертикальной антенны СВ диапазона.FIG. 1 - Schematic diagram of a stationary vertical antenna of the MW range.

Фиг. 2 - Электрическая схема стационарной вертикальной антенны СВ диапазона.FIG. 2 - Electrical diagram of a stationary vertical antenna of the MW range.

Фиг. 3 - Диаграмма направленности стационарной вертикальной антенны СВ диапазона.FIG. 3 - The radiation pattern of the stationary vertical antenna of the MW range.

Фиг. 4 - График коэффициента стоячей волны (далее КСВ).FIG. 4 - Graph of the standing wave ratio (hereinafter SWR).

Предлагаемая модель представляет из себя - стационарную, укороченную концевой емкостью и удлиняющей катушкой в точке питания вертикальную антенну СВ диапазона, состоящую из вертикального излучателя с емкостной нагрузкой в виде шести лучей, запитанная в нижней части основания 50-омным кабелем через согласующее устройство. Согласующее устройство включает в себя катушки L1, L2, выполненные на немагнитном диэлектрическом каркасе, а также коммутационное устройство, имеющее N переключений (N комутаторов), которое позволяет менять индуктивность катушек, для согласования антенны с фидером на выбранной частоте (фиг. 2).The proposed model is a stationary, shortened by a terminal capacitance and an extension coil at the feed point, a vertical CB range antenna, consisting of a vertical radiator with a capacitive load in the form of six beams, powered at the bottom of the base by a 50-ohm cable through a matching device. The matching device includes coils L1, L2, made on a non-magnetic dielectric frame, as well as a switching device with N switches (N switches), which allows you to change the inductance of the coils to match the antenna with the feeder at a selected frequency (Fig. 2).

Емкостная нагрузка антенны состоит из лучей (б1-б6), которые располагаются веерообразно, симметрично в горизонтальной и вертикальной плоскостях (фиг. 1). При этом угол между вертикальным вибратором и лучами должен быть не менее 45 градусов.The capacitive load of the antenna consists of beams (b1-b6), which are fan-shaped, symmetrically in the horizontal and vertical planes (Fig. 1). In this case, the angle between the vertical vibrator and the beams must be at least 45 degrees.

Концевая емкостная нагрузка, состоящая из шести лучевых проводников понижает собственную резонансную частоту вибратора, а также увеличивает ток в вертикальной излучающей части антенны. Так как проводники емкостной нагрузки расположены симметрично, токи в проводниках емкостной нагрузки противофазны и излучение их минимально.The capacitive terminal load, consisting of six ray conductors, lowers the natural resonant frequency of the vibrator, and also increases the current in the vertical radiating part of the antenna. Since the conductors of the capacitive load are arranged symmetrically, the currents in the conductors of the capacitive load are in antiphase and their radiation is minimal.

Кроме этого, используется система высокочастотного заземления-противовесов, состоящая из шестидесяти, расположенных радиально, в виде лучевых проводников, расположенных на поверхности земли или углубленных в землю. Система высокочастотного заземления-противовесов, является нерезонансной (широкополосной) и принимает высокочастотные токи на рабочей частоте передатчика. Длина противовесов определяется условиями установки антенны. Так как длина волны излучаемого сигнала очень велика, для постройки резонансной системы высокочастотного заземления-противовесов, потребуется очень большая площадь. Потери возникающие в системе высокочастотного заземления-противовесах из за малой длинны проводников и отсутствия резонанса на рабочей частоте компенсируются большим количеством проводников.In addition, a high-frequency grounding-counterbalance system is used, consisting of sixty radially arranged, in the form of ray conductors located on the surface of the earth or recessed into the ground. The high-frequency grounding-counterbalance system is non-resonant (broadband) and accepts high-frequency currents at the operating frequency of the transmitter. The length of the counterweights is determined by the antenna installation conditions. Since the wavelength of the emitted signal is very long, a very large area is required to build a resonant high-frequency grounding-counterbalance system. Losses arising in the high-frequency grounding-counterbalance system due to the short length of the conductors and the absence of resonance at the operating frequency are compensated for by a large number of conductors.

Все вышеперечисленные технические решения, а именно комбинированный метод понижения собственной резонансной частоты антенны (применение емкостной нагрузки и удлиняющей катушки индуктивности), применение большого количества нерезонансных проводников образующих систему высокочастотного заземления-противовесов, позволили спроектировать антенну средневолнового диапазона относительно небольших габаритных размеров с приемлемым КПД.All of the above technical solutions, namely the combined method of lowering the natural resonant frequency of the antenna (the use of a capacitive load and an extension inductor), the use of a large number of non-resonant conductors forming a high-frequency grounding-counterweight system, made it possible to design a medium-wave antenna of relatively small overall dimensions with acceptable efficiency.

Полоса излучения антенны по коэффициенту стоячей волны 2 составляет около 3 кГц (фиг. 4). Этого достаточно, для работы на частоте резонанса антенны следующими видами излучения: однополосная модуляция, амплитудная телеграфия, цифровые узкополосные виды излучения.The radiation bandwidth of the antenna for the standing wave ratio 2 is about 3 kHz (Fig. 4). This is enough to operate at the resonance frequency of the antenna with the following types of radiation: single-sideband modulation, amplitude telegraphy, digital narrow-band types of radiation.

Основное излучение антенны в вертикальной плоскости происходит под углом 20,5 градуса (фиг. 3), что оптимально для работы прямой волной с корреспондентами, находящимися в ближней зоне.The main radiation of the antenna in the vertical plane occurs at an angle of 20.5 degrees (Fig. 3), which is optimal for direct wave operation with correspondents in the near zone.

Антенная система может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".Antenna system can be implemented industrially using known technical means, technologies and materials and meets the requirements of the criterion "industrial applicability".

Использованные источники: 1. http://dl2kq.de/ant/3-1.htm.Sources used: 1.http: //dl2kq.de/ant/3-1.htm.

Claims

A vertical stationary mid-wave antenna containing a vertical vibrator, a capacitive load, a high-frequency grounding-counterweight system, a matching device consisting of an extension coil made on a non-magnetic dielectric frame, as well as N switches, each of which provides the possibility of electrical connection and disconnection of the required number of turns coils for matching the feeder with the antenna at a selected frequency, characterized in that to match the antenna with the feeder, an end capacitive load is used, consisting of six beam conductors, as well as a high-frequency grounding-counterweight system, consisting of sixty beam conductors located symmetrically in a circle relative to the vibrator antennas.