RU158419U1 - Устройство увеличения коэффициента усиления и направленности антенн типа вгд - Google Patents

Abstract

Устройство увеличения коэффициента усиления и направленности антенн типа ВГД, содержащее полотно из двух одинаковых плеч, выполненных из проводников длиной, равной 0,25 λ средней длины волны рабочего диапазона, и симметричный узел питания, отличающееся тем, что дополнительным этажом между полотном антенны и подстилающей поверхностью введён перпендикулярно направлению приема электромагнитных волн и параллельно подстилающей поверхности и полотну антенны треугольно-петлевой элемент, содержащий установленные на одной общей оси и соединённые между собой петлевые вибраторы, из которых первый петлевой вибратор со стороны направления приемопередачи антенного элемента выполнен в форме равнобедренного треугольника с точками коммутации в вершине и основанием протяжённостью 0,4 λ и размещён под полотном антенны на расстоянии 0,5 λ, и обращен ко второму вибратору боковыми сторонами протяжённостью 0,3 λ, а второй петлевой вибратор выполнен в форме шлейф-вибратора Пистолькорса, обращённого точками коммутации в сторону первого петлевого вибратора, причем проводники петлевых вибраторов попарно объединены непосредственным подключением друг к другу в точках коммутации, с перекрещиванием проводников боковых сторон треугольного вибратора.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к антенной технике, в том числе к слабонаправленным антеннам и может быть использована преимущественно в декаметровом диапазоне длин радиоволн.

Известно устройство увеличения коэффициента усиления и направленности декаметровых симметричных диапазонных антенн ВГД, вибраторов горизонтальных диапазонных, получивших название диполей Надененко, содержащих два одинаковых плеча полотна антенны, выполненных из проводников с длинами равными 0,25λ, средней длины волны рабочего диапазона и симметричный узел питания, путем создания из них синфазных решеток. (Чернышов В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. - М.: Связь, 1978, стр. 194-196, рис. 8.8). Полотна таких антенных решеток составляются из набора идентичных вибраторов типа ВГД, размещенных рядами, с резонансной длиной каждого равной 0,82λ,, и этажами, с расстоянием между ними 0,5λ.

Недостатками такой антенной системы является то, что для увеличения коэффициента усиления примерно в 2 раза необходимо, кроме увеличения количества вибраторов в 2 раза, в 2 раза увеличить высоту мачт или в 3 раза увеличить разнос между мачтами, для создания полотна с увеличением этажей или длины ряда. При этом требуется обеспечение синфазности питания вибраторов и изначально исключить возможность раздельного использования симметричных вибраторов, как автономных антенн.

Другим известным устройством увеличения коэффициента усиления и направленности декаметровых симметричных диапазонных антенн типа ВГД является дополнительное введение в эти антенны активного рефлектора, обеспечивающего одностороннюю направленность. (Чернышов В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. - М.: Связь, 1978, стр. 197-198, рис. 8.9). Полотно рефлектора представляет собой точную копию основного полотна антенны, с подключенным питанием, расположенного параллельно и на одинаковой высоте за основным полотном. Расстояние между полотнами, то есть парами мачт, составляет (0,22-0,25)λ.

Недостатками такой антенной системы является то, что для увеличения коэффициента усиления примерно в 2 раза, необходимо, кроме увеличения количества вибраторов в 2 раза, в 2 раза увеличить количество мачт для размещения активного рефлектора. Дополнительно к этому необходимо ввести направленный ответвитель или мостовую схему с балластной нагрузкой и фазосдвигающим элементом для подключения питания к активному рефлектору антенны.

Наиболее близким техническим решением устройства увеличения коэффициента усиления и направленности декаметровых симметричных диапазонных антенн типа ВГД, содержащих два одинаковых плеча полотна, выполненных из проводников и симметричный узел питания, является дополнительное введение в эти антенны пассивного настроенного рефлектора. (Чернышов В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. - М.: Связь, 1978, стр. 196-197, рис. 8.7). Полотно рефлектора представляет собой точную копию основного полотна антенны, расположенного параллельно и на одинаковой высоте за основным полотном ВГД с подключенным короткозамкнутым шлейфом для настройки антенной системы путем изменения длины шлейфа у рефлектора. Расстояние между полотнами составляет (0,22-0,25)λ.

Недостатками этой антенной системы-прототипа является то, что для повышения коэффициента усиления примерно в 2 раза и улучшения направленности, необходимо для устройства пассивного настроенного рефлектора удвоение количества мачт, увеличивающих излишнюю капитальность, стоимость и площадь для размещения сооружения при снижении коэффициента использования, а так же необходимость настройки антенны.

Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, состоит в повышении коэффициента усиления и улучшения направленности антенного устройства типа ВГД при сохранении основного мачтового оснащения и одновременном развертывании на его базе дублирующей симметричной антенны с возможностью индивидуального использования.

Для достижения указанного технического результата в устройстве увеличения коэффициента усиления и направленности антенн типа ВГД, содержащем полотно из двух одинаковых плеч, выполненных из проводников длиной, равной 0,25λ средней длины волны рабочего диапазона и симметричный узел питания, дополнительным этажом между полотном антенны и подстилающей поверхностью введен перпендикулярно направлению приема электромагнитных волн и параллельно подстилающей поверхности и полотну антенны треугольно-петлевой элемент, содержащий установленные на одной общей оси и соединенные между собой петлевые вибраторы, из которых первый петлевой вибратор со стороны направления приемо-передачи антенного элемента выполнен в форме равнобедренного треугольника с точками коммутации в вершине и основанием протяженностью 0,4λ, размещен под полотном антенны на расстоянии 0,5λ и обращен ко второму вибратору боковыми сторонами протяженностью 0,3λ, а второй петлевой вибратор выполнен в форме шлейф-вибратора Пистолькорса, обращенного точками коммутации в сторону первого петлевого вибратора, причем проводники петлевых вибраторов попарно объединены непосредственным подключением друг к другу в точках коммутации, с перекрещиванием проводников боковых сторон треугольного вибратора.

Предлагаемое устройство увеличения коэффициента усиления и направленности антенн типа ВГД иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.

На фиг.1 представлен общий вид, на фиг. 2 - диаграмма направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, на фиг. 3 - график изменения коэффициента усиления и коэффициента защитного действия, на фиг. 4 - график изменения коэффициента стоячей волны (КСВ).

Устройство увеличения коэффициента усиления и направленности антенн типа ВГД содержит полотно из двух одинаковых плеч 1 и 2 (фиг. 1). Плечи 1, 2 выполнены из проводников длиной, равной 0,25λ средней длины волны рабочего диапазона. Устройство содержит симметричный узел питания 4 и установлено на двух мачтах 3. Дополнительным этажом на расстоянии 0,5λ ниже полотна антенны введен с точками крепления к мачтам 3 оттяжками 5 и 6 треугольно-петлевой элемент, который включает 2 петлевых вибратора. Один представляет собой треугольный вибратор 7 и объединен со вторым петлевым вибратором, который представляет собой шлейф-вибратор Пистолькорса 8. Треугольный вибратор 7, объединенный с шлейф-вибратором Пистолькорса 8, расположен перпендикулярно направлению приема электромагнитных волн и параллельно подстилающей поверхности и полотну антенны 1, 2. Треугольный вибратор 7 является равнобедренным треугольником, расположенным основанием протяженностью 0,4λ к направлению приемо-передач и антенного элемента и имеющим боковые стороны протяженностью 0,3λ с точками коммутации в вершине. Они обращены ко второму вибратору, выполненному в форме шлейф-вибратора Пистолькорса 8, протяженностью 0,5λ, обращенного точками коммутации в сторону первого петлевого треугольного вибратора 7. Причем проводники обоих петлевых вибраторов 7, 8 объединены непосредственным подключением попарно друг к другу в точках коммутации, с перекрещиванием проводников боковых сторон треугольного вибратора 7. Оба петлевых вибратора 7 и 8 расположены в одной горизонтальной плоскости и имеют общую ось.

Устройство увеличения коэффициента усиления и направленности антенн типа ВГД работает следующим образом.

Антенна типа ВГД является полуволновым активным вибратором без элементов, корректирующих направленность, и обладает симметричной двунаправленной диаграммой направленности в виде классической восьмерки. Устройство из набора идентичных, симметричных вибраторов, типа ВГД (Чернышов В.П. Антенно-фидерные устройства радиосвязи и радиовещания. - М.: Связь, 1978, стр. 194-198), обеспечивает реализацию плоской фазированной антенной решетки и создает увеличение коэффициента усиления с сужением диаграммы направленности антенной системы. Эта система также сохраняет двухстороннюю направленность. Активный и настроенный рефлекторы, специально вводимые плоскостные отражатели, перераспределяя по направлению энергию электромагнитного поля, обеспечивают одностороннюю направленность. В предлагаемом техническом решении, для повышения коэффициента усиления и обеспечения направленности, реализуется антенная система, с введением пассивного, настроенного за счет соотношения конструктивных размеров, треугольно-петлевого элемента с продольно-плоской структурой, близкой по конструкции к функциям и устройству элементов антенн типа «волновой канал». В системе проводников петлевых вибраторов шлеф-вибратор Пистолькорса 8 с размерами, равными 0,5λ и треугольного вибратора 7 с периметром равным λ, возбуждается электродвижущая сила, обеспечивающая протекание тока по контуру соединенных между собой петлевых вибраторов. Обращенные к полотну антенны ВГД своей плоскостью, треугольный вибратор 7, объединенный с шлейф-вибратором Пистолькорса 8, образующие полотно введенной направленной антенны, обладающей повышенной эффективной площадью, обеспечивают за счет увеличенной энергии, извлеченной из падающей на него волны, соответствующие токи проводимости и переизлучают принятую энергию. В свою очередь токи в проводниках боковых сторон треугольного вибратора 7 равны, но противоположны по направлению, то есть компенсируются по продольным составляющим при излучении. Ток в проводнике шлейф-вибратора Пистолькорса 8, при перекрещенном включении проводников боковых сторон треугольного вибратора 7, будет сдвинут относительно тока основания треугольного вибратора 7 на π/2, что при расстоянии его от шлейф-вибратора Пистолькорса 8, соизмеримом с 0,25λ, будет являться для него активным рефлектором. Таким образом, введенный треугольный вибратор 7, объединенный с шлейф-вибратором Пистолькорса 8, реализуется в антенну с директором и активным вибратором, то есть направленную антенну, в общем случае обеспечивающую направленность всей системы. Однако поле, в котором находятся проводники предлагаемого устройства намного сложнее, так как оно состоит из полей излучения, индукции и отражений, в том числе и от подстилающей поверхности. В свою очередь, в отличии от прототипа, где дополнительно основному полотну, установленный на дополнительных мачтах, введен настроенный вибратор, выполняющий функцию рефлектора, в предлагаемом техническом решении введена комбинация перекрестно замкнутых шлейф-вибратора и треугольного вибратора, размещенных этажом ниже. С использованием оснастки мачт 3 антенны ВГД 1, 2, он не стандартно, обеспечивает функцию специфического синфазно настроенного вибратора плоской антенной решетки, то есть синтезирует фазированную антенную решетку из разнородных вибраторов. При этом один активный, а другой пассивный. Такое устройство синфазной решетки, с учетом введения треугольного вибратора 7, объединенного с шлейф-вибратором Пистолькорса 8, с некоторой направленностью, влечет увеличения коэффициента усиления системы около 2 раз и направленности антенн типа ВГД с сужением диаграммы направленности в вертикальной плоскости и обеспечением коэффициента защитного действия около 2,5dB, что подтверждается результатами компьютерного моделирования.

Дополнительно к этому, введенный треугольно-петлевой элемент, расположенный этажом ниже антенны ВГД, имеющий объединенные точки коммутации составных вибраторов, реализующих симметричный узел питания, может независимо использоваться индивидуальным, в том числе активным, порядком, как еще одна антенна декаметрового диапазона радиоволн, развернутая на базе основного мачтового оснащения антенны ВГД, с установкой полотна на оттяжках.

Дополнительным техническим результатом при реализации заявляемого технического решения явилось снижение КСВ с 1,4 до 1,1 (фиг. 4) и расширение рабочей полосы частот на 20%, что видно из фиг. 2-3.

Claims (1)

1. Устройство увеличения коэффициента усиления и направленности антенн типа ВГД, содержащее полотно из двух одинаковых плеч, выполненных из проводников длиной, равной 0,25 λ средней длины волны рабочего диапазона, и симметричный узел питания, отличающееся тем, что дополнительным этажом между полотном антенны и подстилающей поверхностью введён перпендикулярно направлению приема электромагнитных волн и параллельно подстилающей поверхности и полотну антенны треугольно-петлевой элемент, содержащий установленные на одной общей оси и соединённые между собой петлевые вибраторы, из которых первый петлевой вибратор со стороны направления приемопередачи антенного элемента выполнен в форме равнобедренного треугольника с точками коммутации в вершине и основанием протяжённостью 0,4 λ и размещён под полотном антенны на расстоянии 0,5 λ, и обращен ко второму вибратору боковыми сторонами протяжённостью 0,3 λ, а второй петлевой вибратор выполнен в форме шлейф-вибратора Пистолькорса, обращённого точками коммутации в сторону первого петлевого вибратора, причем проводники петлевых вибраторов попарно объединены непосредственным подключением друг к другу в точках коммутации, с перекрещиванием проводников боковых сторон треугольного вибратора.

   

Images