RU162399U1

RU162399U1 - Корабельная передающая антенная система

Info

Publication number: RU162399U1
Application number: RU2014142711/08U
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Типикин; Виктор Ефимович Пониматкин
Original assignee: Алексей Алексеевич Типикин
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2016-06-10

Abstract

Описание заявки на полезную модель - 21 лис., формула на полезную модель - 2 лис., фигур 13. Базовый объект Рабочий диапазон антенны от 4 до 25 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Широкополосная передающая антенна - 11» - ШПА -11 с RL - включением (представлена в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 139-141, - Л:, изд. «Судостроение», 1990). Цель изобретения Целью разработки полезной модели является создание условий работы корабельной передающей антенной системы уменьшающей или исключающей влияние излучения системы на ЭМО корабля, в которой работает множество РЭС; повышение мощности излучения передающей системы; уменьшения массогабаритных характеристик для возможного размещения в любых условиях верхней палубы корабля, судна. Отличительная часть. В базовый объект дополнительно введены согласующее устройство, N антенных модулей, фидерные линии (коаксиальный кабель) одинаковой длины: при этом выход высокочастотного генератора соединен коаксиальным кабелем через усилитель мощности с входом согласующего устройства; N выходов согласующего устройства коаксиальными кабелями одинаковой длины соединены с входами каждого из N антенных модулей, начиная с первого по N, N выходов согласующего устройства соединены с N антенными модулями коаксиальными кабелями, проходящими через отверстия в металлической поверхности корабля, а высокочастотный генератор, усилитель мощности и согласующее устройство расположены внутри корпуса корабля (судна); согласующее устройство содержит согласующий трансформатор Тр. 1 с одной первичной обмоткой, и N - вторичных обмоток с первой по N, при этом вход согласующего устройства соединен коаксиальным кабелем с клеммой «а» первичной обмотки трансформатора Тр. 1, клемма «б» первичной обмотки трансформатора Тр. 1 заземлена; клемма «с» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 соединена с собственным выходом, начиная с первого 1 по N, с центральной жилой коаксиального кабеля, а клемма «д» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 заземлена; каждый N антенных модулей, с первого по N, содержит цилиндрический излучатель верхнего питания, металлический диск, соединенный с цилиндрическим излучателем, блок управления преобразования импедансов, изолятор, R - активное сопротивление, при этом один из выходов согласующего устройства соединенный центральной жилой коаксиального кабеля, проходящего через отверстие в металлической поверхности корпуса корабля (судна) с цилиндрическим излучателем в его верхней точки «Б», параллельно центральная жила коаксиального кабеля соединена с точкой «А» цилиндрического излучателя через блок управления преобразования импедансов, одновременно точка «А» цилиндрического излучателя соединена через активное сопротивление R с экранной оболочкой коаксиального кабеля; металлический диск цилиндрического излучателя изолирован изолятором от металлической поверхности корпуса корабля (судна) и образуют нагрузочную емкость цилиндрической антенны; система управления преобразования импедансов содержит гиратор, преобразователь частота-напряжение и преобразователя понижения частоты, при этом вход системы управления преобразования импедансов соединен с входом преобразователя понижения частоты, а выход преобразователя понижения частоты через преобразователь частота-напряжение соединен с входом гиратора, первый выход гиратора соединен с первым выходом системы управления преобразования импедансов, а второй выход гиратора соединен со вторым выходом системы управления преобразования импедансов. Использование устройства позволит обеспечить высокую эффективность излучения во всем диапазоне частот.

Description

Полезная модель относится к элементу радиосвязи - антенной технике и может быть использована для создания фазированных антенных решеток (ФАР) коротковолнового (KB) и ультракоротковолнового (УКВ) диапазонов в условиях ограниченной поверхности их размещения с целью улучшения электромагнитной обстановки (ЭМО) работы радиоэлектронных средств (РЭС) на кораблях.

Известно, что несимметричный вибратор (или штырь) широко исполь-зуется исходя из его высоких характеристик по массогабаритньш характери-стикам и направленным свойствам. Штырь занимает малую площадь при размещении, поэтому повсеместно используется на судах и кораблях, причем в значительным количестве на борту кораблей (несколько десятков).

На фиг, 1 представлен классический несимметричный вибратор или штырь, который имеет излучающую часть - 1, в виде проводящего прямоли-нейного проводника, и заземлитель - 2 , при этом выход генератора ЭДС(~U₄) - 3 подключен одной клеммой к излучающей части 1, а другой

клеммой - к заземлителю 2.

На фиг. 1 приведена физическая модель несимметричного вибратора,

расположенного вдоль оси X. При этом l длина вибратора с диаметром сечения a. Длина вибратора играет важную роль в излучающих качествах штыря. Резонансная частота f₀ или частота настройки f _НАС = f₀ антенны связана с резонансной длиной волны λ ₀ и длиной вибратора следующими соотношениями: 4xl = λ₀ ; f ₀ = С/λ₀, где С - скорость света (3-10 ,м/с). Режим работы с параметрами 4xl = λ₀ ; f ₀ = С/λ₀ называется режимом собственной длины волны. Коэффициент перекрытия для штыря равен 1,2. Поэтому антенна несимметричный вибратор работает в узкой полосе частот.

Например, штырь с заданной длиной для работы в режиме собственной

длины или в диапазоне близкому к данному режиму при длине: l=4 метра -настраивается на частоты от 17 до 24 МГц; l = 5 метров - настраивается на частоты от 13 до 17 МГц; l =7 метров - настраивается на частоты от 9 до 12

МГц; l = 8 метров - настраивается на частоты от 7,5 до 10 МГц; l = 10 мет-ров - настраивается на частоты от 5 до 8 МГц.

Таким образом, для работы в KB диапазоне (от 3 до 30 МГц) необходимо иметь не менее 7 штыревых антенн, которые обозначаются: так 4 метровый как Ш4 (штырь четырехметровый); 5 метровый - Ш5; 7 метровый -Ш7; 8 метровый - Ш8; 10 метровый - Ш10.

Однако такое количество штыревых антенн не целесообразно исполь-зовать, поэтому создают сложные конструкции штырей с целью расширения рабочего диапазона их использования.

На фиг.2 приведены типовые варианты совершенствования конструкции антенн для расширения диапазонных свойств антенны. Системы связи, работающие в коротковолновом диапазоне радиочастотного спектра, повсеместно используют вертикальные несимметричные вибраторы практически одинаковой конструкции. Их различие состоит только в том, что используют различное количество включенных сосредоточенно индуктивностёй 3 (L_K), а также емкостных штырей на конце антенны 4 и 5.

Вариант фиг. 2(a) представляет конструкцию штыря работающего в узкой полосе частот и содержит излучающую часть 1 и заземлитель 2, к клеммам «а» и «б» антенны подключен генератор ~U _A - 3. Для судов разработана такая антенна:

- судовая передающая антенна штырь типа АС-8С, имеющая различные ва-рианты исполнения в зависимости от их размещения и представленные в мо-нографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр.271-272, - Л:, изд. «Судостроение», 1990;

- судовая передающая антенна под названием «Антенна - мачта», представляет собой изолированную от палубы мачту (как правило с верхним питанием при заземленной мачте) высотой 25 метров в качестве излучателя -1 и палуба корабля - заземлитель -2 и генератора -3. Рабочий диапазон антенны от 1,5 МГц до 4,5 Мгц. Антенна относится к аналогу «Антенна-мачта», патент №191651. СССР, МКИ H04d. «Антенна-мачта», патент № 816355, СССР, МКИ Н01 Q 1/34. Недостатком антенны является: очень малый коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот и большие массогабаритные характеристики.

Вариант фиг.2 (б) представляет собой несимметричный вибратор с включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Z

(R + jωL _K ). Длина антенны l - 10 метров, комплексное сопротивление

включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 4 до 25 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Широкополосная передающая антенна - 11»- ШПА -11 с RL - включением (представлена в монографии «Судовые антенны» М.В, Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 139-141, - Л:, изд. «Судостроение», 1990). Недостатком антенны является: неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антен-ны и большие массогабаритные характеристики.

Вариант фиг. 2 (с) представляет собой несимметричный вибратор подобный варианту фиг. 2 (б), но отличающийся тем, что имеется емкостная нагрузка 4 на конце антенны. Емкостная нагрузка компенсирует в верхней части диапазона индуктивное сопротивление антенны, чем расширяет диапазонные свойства антенны в сравнении с вариантом фиг. 2 (б). Таким образом, антенна работает в диапазоне от 4 до 30 МГц. Недостатком антенны является: неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массогабаритные характеристики.

Вариант фиг. 2 (д) представляет собой несимметричный вибратор подобный варианту фиг. 2 (б), но отличается тем, что сделана попытка удлинить антенну включением третьей индуктивности. Удлинение позволяет использовать частоты от 3 до 25 МГЦ. Однако дополнительная реактивность снижает величину тока и понижает эффективность антенны. Более трех совместно используемых индуктивностей в антеннах не используют. Недостатком антенны является: повышенное сопротивление антенны, неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массогабаритные характеристики.

Вариант фиг. 2(e) представляет собой несимметричный вибратор -1 включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Z

(R + jωL _K ) или индуктивная нагрузка - 4, генератор - 3. Длина антенны l =10 метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 5 до 30 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Импедансная, многовибраторная передающая антенна -11-2» - ШПА-11-2 с RL - включением и четырех вибраторов (патент СССР № 285837 МКИ HOlq 9/18). Для устранения неравномерности частотной характеристики входного сопротивления установлены дополнительно четыре штыря образующие емкостную нагрузку - 5, которые обеспечивают выравнивание ее частотной характеристики в рабочем диапазоне частот от 5 до 30 МГц. Описание представлено в монографии «Судовые антенны» М.В. Верш-кова и О.Б. Миротворского на стр. 142 - 150, - Л:, изд. «Судостроение», 1990. Общим параметром перечисленных антенн является коэффициент бегущей волны, который находится в пределах от 0,3 до 0,4.

На фиг. 3 представлен цилиндрического излучателя с верхним питанием - 1, где h - высота цилиндрического излучателя, R - радиус цилиндра, 8 -фидерная линия, 2 - экран или металлическая поверхность на которой размещается цилиндрический излучатель 1, изолированный от экрана 2 изолятором 10, принятая модель необходима для исследования конструктивных параметров излучателя.

На фиг.4 представлены данные по исследованию активного входного сопротивления цилиндрической антенны в диапазоне частот от 3 до 30 МГц в зависимости от радиуса цилиндра, на основании исследований приемлемым вариантом является радиус равный 0,2 метра (R = 20 см).

На фиг. 5 представлены данные по исследованию реактивного входного сопротивления цилиндрической антенны в зависимости от радиуса цилиндра, при этом из графиков видно» что наилучшими показателями обладает цилиндрический излучатель с радиусом равным 40 см.

На фиг. 6 представлен график зависимости излученной мощности от радиуса цилиндрического излучателя, на основании исследований видно, что излученная мощность прямо пропорциональна радиусу, т.е. чем больше радиус, тем больше мощность излучения.

На фиг. 7 представлен общий вид размещения¹ антенного модуля любого из 1₁ 1₂, 1₃, 1₄, …, 1_N-1, 1_N на металлической поверхности корабля 2 вертикально или горизонтально, например, на палубе или надстройки, где 1 - цилиндрический излучатель, высотой 40 см и диаметром 40 см, изолированный изолятором 10 от металлической поверхности корабля - 2 (например, палубы)

На фиг. 8 представлена корабельная передающая антенная система, содержащая высокочастотный генератор - 3, усилитель мощности - 6, согласующее устройство - 7, N антенных модулей - 1₁ 1₂, 1₃, 1₄, …, 1_N-1, 1_N, фидерные линии - 8: при этом выход высокочастотного генератора 3 соединен фидерной линией 8 через усилитель мощности 6 с входом согласующего устройства 7; N выходов согласующего устройства 7 фидерными линиями 8 одинаковой длины соединены с входами каждого из N антенных модулей, начиная с l₁ по 1_N, при этом кабели соединены через отверстия в металличе-ской поверхности корабля 2.

На фиг. 9 представлено согласующее устройство 7, содержащее согласующий трансформатор Тр.1 с одной первичной обмоткой - 1, и N - вторичных обмоток 11 с первой - 1 по N, при этом вход согласующего устройства 7 соединен фидерной линией 8 с клеммой «а» первичной обмотки трансформатора Тр.1, клемма «б» первичной обмотки трансформатора Тр.1 заземлена; клемма «с» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 соединена с собственным выходом, начиная с первого 1 по N, с центральной жилой фидерной линии 8, а клемма «д» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 заземлена.

На фиг. 10 представлено сечение одного из N антенных модулей, например, 1_N , где 3 - высокочастотный генератор, 6 - усилитель мощности, 7 - согласующее устройство, 8 - фидерная линия, 2 - металлическая поверхность корпуса корабля, 1- цилиндрический излучатель верхнего питания, 5 -металлический диск, соединенный с цилиндрическим излучателем 1, образующий емкостную нагрузку 5 для излучателя 1,9- блок управления преобразования импедансов, 10 - изолятор, R - активное сопротивление, при этом высокочастотный генератор 3 соединен через усилитель мощности 6 с входом согласующего устройства 7 фидерной линией - 8; один из выходов согласующего устройства 7 соединен центральной жилой фидерной линии 8, проходящей через отверстие в металлической поверхности корпуса корабля 2, с цилиндрическим излучателем 1 в его верхней точки «Б», параллельно центральная жила фидерной линии 8 соединена с точкой «А» цилиндрического излучателя 1 через блок управления преобразования импедансов 9, одновременно точка «А» цилиндрического излучателя 1 соединена через активное сопротивление R с экранной оболочкой фидерной линии 8; металлический диск 5 цилиндрического излучателя 1 изолирован изолятором 10 от металлической поверхности корпуса корабля 6.

На фиг. 11 электрическая схема, поясняющая работу антенного модуля любого из 1_N, представленного на фиг. 10, где 7 - согласующее устройство, 8 -фидерная линия, 2 - металлическая поверхность корабля, 1 - цилиндрический излучатель, 5 - диск, нижняя часть цилиндрического излучателя 1,9- блок управления преобразования импедансов, R - активное сопротивление нагрузки излучателя.

На фиг. 12 представлен блок управления преобразования импедансов 9 содержит гиратор 11, преобразователь частота-напряжение 12 и преобразователя понижения частоты 13, при этом вход блока управления преобразования импедансов 9 соединен с входом преобразователя понижения частоты 13, выход преобразователя понижения частоты 13 соединен с входом гиратора 11 через преобразователь частота-напряжение 12, два выхода гиратора соединены с двумя выходами блока управления преобразования импедансов 9.

На фиг. 13 представлена модель гиратора 11, который содержит первый ОУ1 и второй операционные усилители ОУ2; первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый резисторы R4, нагрузочную емкость С и варикап Вп, при этом вход гиратора соединен через варикап Вп к плюсовой клемме второго операционного усилителя ОУ2, а параллельно через второй резистор R2 с

выходом первого операционного усилителя ОУ1; выход второго операционного усилителя ОУ2 соединен параллельно через емкость С с плюсовой клеммой второго операционного усилителя ОУ2 а через первый резистор R1 с плюсовой клеммой первого операционного усилителя ОУ1; выход первого операционного усилителя соединен параллельно через четвертый резистор R4 с минусовыми клеммами первого ОУ1 и второго ОУ2 операционных усилителей, а через третий резистор с земляным проводом.

Системы связи, работающие в коротковолновом диапазоне радиочастотного спектра, повсеместно используют вертикальные несимметричные вибраторы практически одинаковой конструкции. Их различие состоит только в том, что используют различное количество включенных сосредоточенно индуктивностей L _K , а также емкостных штырей на конце антенны. При этом, генератор электродвижущей силы ~U _А возбуждает ток в антенне, где элементами для настройки на заданный диапазон частот могут являться сосредоточенно включенные индуктивность L _K и емкость С. Включение индуктивностей в качестве неоднородностей в электрическую схему вертикального несимметричного вибратора более трех не целесообразно. Обосновано это тем, что суммарная индуктивность увеличивает активное сопротивление провода и как следствие, уменьшает величину тока в антенне.

На диапазонные свойства оказывает влияние конструкция противовеса (заземлителя). Это связано с тем, что сопротивление заземлителя R ₃ (противовеса) входит составной частью в сопротивление антенны

R _A =R _Z +R ₃ + …

В тоже время на основании выражения можно видеть, что увеличение

добротности антенны снижает рабочий диапазон. Добротность зависит от волнового сопротивления W _А и активного сопротивления вибратора R _А

Q_A=W_A/R_A.

Таким образом, в разделе рассмотрены варианты типовых антенны и показаны особенности их конструктивных решений, позволяющих изменять диапазонные свойства. Эти примеры дают основание для дальнейшего изменения конструкции для совершенствования излучающих возможностей описанных антенн.

Эффективность излучения коротких антенн

Короткую антенну при определенных допусках можно рассматривать в качестве элементарного электрического излучателя. При этом мощность излучения для элементарного излучателя получается

² ,

но

,

где

.

Приравнивая выражения мощности излучения можно получить

и

На основании анализа выражений для магнитной Н и электрической Е составляющих следует, что

- напряженность поля, создаваемая вибратором зависит от объема поля,

в котором оно сосредоточено

;

- значение векторных величин Е и Н уменьшается с увеличением длины волны при неизменности геометрических размеров излучателя;

- геометрические размеры антенны оказывают влияние на напряженность поля, поэтому, уменьшая размеры излучателя, следует для увеличения напряженности поля в объеме необходимо увеличение тока в антенне.

Последний пункт используется в основу разработки полезной модели, при этом возможны два пути.

Первый, укорачивая антенну необходимо увеличить ток в ней. Данный путь не изменяет ЭМО.

Второй путь, который выбран для построения антенной системы -путь, при котором ток в антенне незначителен, но неизменен во всем диапазоне частотного спектра, причем величина установленного тока не оказывает влияния на ЭМО, а уровень излучаемой мощности достигается сложением мощности в пространстве работой маломощных излучателей. Для решения второго пути должна быть построена антенная система в виде ФАР.

Поэтому в качестве прототипа использована модель варианта фиг. 2(e), которая представляет собой несимметричный вибратор с включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Z = (R+jωL_K) или индуктивной нагрузкой - 4 и четырех вибраторов представляющих емкостную нагрузку излучателя - 5. Длина антенны l=10 метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 5 до 30 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Импедансная многовибраторная передающая антенна - 11-2» - ШПА-11-2 с RL - включением и четырех вибраторов (патент СССР № 285837 МКИ HOlq 9/18). Для устранения неравномерности частотной характеристики входного сопротивления установлены дополнительно четыре штыря 5, которые обеспечивают выравнивание ее частотной характеристики в рабочем диапазоне частот от 5 до 30 МГц. Описание представлено в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 142 - 150, -Л:, изд. «Судостроение», 1990. Общим параметром перечисленных антенн является коэффициент бегущей волны, который находится в пределах от 0,3 до 0,4.

Целью разработки полезной модели является создание условий работы корабельной передающей антенной системы, уменьшающей или исключающей влияние излучения системы на ЭМО корабля, в которой работает множество РЭС за счет снижения взаимного сопротивления между разрабатываемой антенной системой, представляющей собой ФАР с излучающими элементами в виде частотонезависимых укороченных несимметричных вибраторов, и остальными приемными антеннами корабля.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введены: антенная система, состоящая из N излучателей или антенных модулей, согласующего устройства на N-каналов, блока управляемых преобразователей импедансов в каждом из N модулей.

Проведенные исследования с помощью программы, разработанной на основе численных методов электродинамики (Типикин А.А. Расчет взаимного сопротивления дипольных антенн методом интегральных уравнений. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2015613004 от 27.02.2015 г.) позволяют утверждать, что уменьшение размеров передающей антенны в паре активная-пассивная антенна, позволяет уменьшить взаимное сопротивление антенн в данной паре, и тем самым уменьшить наведенные напряжения помех на приемных антеннах, что позволяет улучшить ЭМО на корабле. Таким образом, один из способов снижения взаимных помех между приемными и передающими антеннами - выполнение передающих антенн в виде малогабаритных излучателей.

Следует отметить, что вопросы разработки малогабаритных антенных устройств остаются актуальными всех диапазонов радиочастот, так как эффективность излучения любой антенны во многой зависит от соотношения между физическими размерами антенны и длиной волны. Например, наиболее оптимальный размер несимметричного вибратора равен четверти длины волны. Это наименьший размер, при котором возможен резонанс антенны, как колебательного контура, что дает чисто активное входное сопротивление и облегчает согласование антенны с фидером. При уменьшении физических размеров вибратора возрастает ёмкостная реактивная составляющая входного сопротивления антенны, что не позволяет эффективно передавать энергию из фидера в антенну. Другими словами, уменьшение физических размеров снижает емкость антенны, что ведет к увеличению ее добротности, а, следовательно, и ухудшению диапазонных свойств.

Рассмотрим в качестве одного из примеров сильно укороченного несимметричного вибратора, цилиндрическую антенну с верхним питанием, как показано на фиг. 3. Высота антенны h с радиусом цилиндра R.

Логично предположить, что упомянутые выше свойства укороченных антенн, справедливы и для показанной на фиг.З цилиндрической антенны в случае, если

. Для того чтобы проверить данное утверждение антенна была смоделирована в программной среде Microwave Studio. Входное сопротивление для различных значений радиуса - R представлены на фиг. 4 и фиг. 5 для высоты от 5 см до 40 см в диапазоне частот от 3 до 30 МГц.

С ростом радиуса R, растет и входное сопротивление R _BX . Если при радиусе цилиндра равным R = 5 см. входное сопротивление антенны R _BX составляет доли Ома, то при радиусе R - 20 см. уже единицы Ом. Однако при этом появляется и очень заметна сильная неравномерность графика активного входного сопротивления, причем реактивная часть входного сопротивления имеет достаточно большой разброс в диапазоне частот от 3 до 30 МГц. Из полученных графиков обоснован радиус в R = 20 см., при котором характеристика сопротивлений активного и реактивного становится равномерной, следовательно, меньше размер радиуса не целесообразен. Поэтому для разработки конструкции выбран радиус R = 20 см. Кроме того, такая высота антенны приемлема для кораблей, на которых верхняя палуба необходима для размещения вспомогательных технических устройств различного назначения, где леерное ограждение высотой в пределах 1 м и оно не оказывает влияния на работу технических средств. Следовательно, антенна может быть размещена в любом месте, если ее высота меньше размеров леерного ограждения, и также не будет мешать работе технических средств корабля.

Так как активная часть сопротивления связана с сопротивлением излучения, то оно также будет иметь небольшие значения. Например, при подаче 1 В напряжения на антенну, излученная мощность будет составлять тысячные - десятые доли милливатта. График зависимости изученной мощности от радиуса цилиндра представлен на фиг.6. Однако, используя ФАР можно получить необходимые параметры излучения учитывая, что за счет сложения мощности в пространстве от N излучателей мощность излучения значительно увеличивается. Построение ФАР с синфазными излучателями обеспечивается применением фидерных линий - 8, одинаковой длины. В тоже время использованием колебательных контуров в цепи питания антенны возможно устранение неравномерности входного сопротивления антенны как активного, так и реактивного.

Принцип работы устройства.

На фиг. 7 представлен принцип размещения антенных модулей 1 (одного из N антенных модулей - 1₁ 1₂, 1₃, 1₄, …, 1_N-1, 1_N ) на металлической поверхности 2 корпуса корабля. Антенный модуль 1 находится под напряжени-ем, поэтому он изолирован изолятором 10 от металлической поверхности корпуса 2. Размещение модулей произвольное, в удобных для подвижного объекта местах. Количество антенных модулей 1 определено необходимой мощностью излучения, полученного на основе сложения мощности в пространстве за пределами верхней палубы корабля, где расположены РЭС. Для обеспечения фазирования мощности модулей 1 используется ФАР, причем фазирование осуществляется установлением одинаковой длины для питания антенных модулей. Общая функциональная схема ФАР представлена на фиг. 8 и называется корабельная передающая антенная система. Корабельная передающая антенная система содержит: высокочастотный генератор - 3, усилитель мощности - 6, согласующее устройство - 7, N антенных модулей -1₁ 1₂, 1₃, 1₄, …, 1_N-1, 1_N, фидерные линии - 8: при этом выход высокочастотного генератора 3 соединен фидерной линией 8 через усилитель мощности 6 с входом согласующего устройства 7; N выходов согласующего устройства 7 фидерными линиями 8 одинаковой длины соединены с входами каждого из N антенных модулей, начиная с 1₁ по 1_N, при этом кабели соединены через отверстия в металлической поверхности корабля 2. Настроенный на заданную частоту f _ген высокочастотный генератор 3 возбуждает усилитель мощности 6 на рабочей частоте f _ген . Усилитель 6 усиливает колебания до заданной выходной мощности. Эта мощность поступает на вход согласующего устройства 7. Согласующее устройство 7 (фиг. 9) обеспечивает передачу по N своим выходам равную мощность, уменьшая общую мощность усилителя на N антенных модулей. Обеспечивается достижение одинаковой мощности на каждом выходе согласующего устройства 7 за счет установленного равного отношения (К) числа витков в каждой вторичной обмотки (n_ВТ) к виткам первичной обмотки (n_ПР), другими словами постоянства отношения для всех N выходов - К=n_ВТ/n_ПР. Каждый из N выходов согласующего устройства 7 подключен к собственному антенному модулю 1_N с помощью фидерной линии 8. Высокочастотный генератор 3, усилитель мощности 6 и согласующее устройство 7 (фиг. 8) располагаются внутри корпуса корабля в целях обеспечения высокой степени живучести высоковольтных устройств, поэтому для подключения антенных модулей 1_N в корпусе корабля создают отверстия для прохождения питающих фидерных линий 8. Фидерные линии 8 находятся под низким уровнем напряжения, учитывая, что входное сопротивление антенного модуля не превышает 10 Ом. N фидерных линий 8 соединены с входом каждого из N антенных модулей 1_N, таким образом, обеспечивая электрической энергией каждый антенный модуль 1_N частотой f _ген (фиг.8), что дает требуемую мощность излучения за счет сложения мощности отдельных модулей в пространстве, и позволяет создать необходимую мощность излучения, постоянную во всем диапазоне.

На фиг. 10 представлено сечение одного из N антенных модулей, например, 1_N, где 3 - высокочастотный генератор, 6 - усилитель мощности, 7 - согласующее устройство, 8 - фидерная линия, 2 - металлическая поверхность корпуса корабля, 1 - цилиндрический излучатель верхнего питания, 5 - металлический диск соединенный с цилиндрическим излучателем 1, 9 - блок управления преобразования импедансов, 10 -изолятор, R - активное сопротивление. Поступающая на вход антенного модуля 1_N электрическая энергия распределяется в точке «В» фидерной линии 8 в двух направлениях (фиг. 10). Электрической энергии поступает по фидерной линии в точку «Б», в точку верхнего питания антенного модуля 1_N, который представляет собой закрытый с одной стороны цилиндр диаметром 40 см, с другой стороны цилиндр заканчивается металлическим диском 5, который с металлическим корпусом корабля 2 образует емкость нагрузки С цилиндрической антенны (фиг. 11). Токи 1 _А текущие от точки питания «Б» по поверхности закрытой, верхней, части антенны по направлению к цилиндрической поверхности, как видно из фиг. 10, разнонаправленные, поэтому электромагнитное поле излучения они не создают. Но токи 1 _А по цилиндрической поверхности одного направления - они излучают, чем интересна модель этого излучателя. Высота (или длина) цилиндрической антенны h = 40 см, поэтому обладает большим, в несколько кОм отрицательным сопротивлением. Для компенсации отрицательного сопротивления к цилиндрической части антенны в точку «А» включен блок управления преобразования импедансов 9. Блок управления преобразования импедансов 9 обеспечивает автоматическую настройку, в зависимости от рабочей частоты f _ген, и подключение требуемой величины положительного (индуктивного) сопротивления, обеспечивая настройку антенны на рабочую частоту, тем создавая высокий коэффициент полезного действия во всем диапазоне частот, например, в коротковолновом диапазоне частот от 3 до 30 МГц, и следовательно обеспечивается постоянство тока антенны во всем рабочем диапазоне. Причем создаваемая индуктивная нагрузка блоком управления преобразования импедансов 9 для антенны 1 относится к нагрузкам без потерь. Блок управления преобразования импедансов 9 подключен своим входом с помощью фидерной линии 8 к точке «В» питающего кабеля, соединенного с одним из выходов согласующего устройства 7. Параллельно блоку управления преобразования импедансов 9 в точку «А» цилиндрической части антенны 1 подключено с одной стороны нагрузочное сопротивление R, а с другой стороны нагрузочное сопротивление R соединено, или заземлено, на экранную оболочку фидерной линии 8. При работе на заданную частоту антенного модуля 1 блок управления преобразования импедансов 9 переводит антенный модуль из режима удлинения в режим собственной длины антенны. Или как говорилось раньше, резонансная частота f ₀ антенны или частота настройки f _HAC = f ₀антенны связана с резонансной длиной волны λ ₀ и длиной вибратора следующими соотношениями: 4 x l =λ ₀ ; f ₀ = С/λ ₀, где С - скорость света (3x10⁸ , м/с). Режим работы с параметрами 4 x l =λ ₀ ; f ₀ = С/λ ₀называется режимом собственной длины антенны, это наилучший режим. Режим удлинения антенны принадлежит ей в случае, когда длина антенны много меньше длины волны ею излучаемый, т.е. 41<<λ ₀ . Для создания условия равенства или 4 x l =λ ₀ используется блок управлении преобразования импедансов 9. Электрическая схема антенного модуля 1 приведена на фиг. 11, где представлена работа нагрузочной емкости С, образованная потенциалом корпуса корабля 2 и элементом цилиндрической антенны 5. Назначение емкости С увеличить в антенном модуле 1 ток за счет увеличения емкостного реактивного сопротивления генератору.

На фиг. 12 представлен блок управления преобразования импедансов 9, который содержит: гиратор 11, преобразователь частота-напряжение 12 и преобразователя понижения частоты 13; при этом вход блока управления преобразования импедансов 9 соединен с входом преобразователя понижения частоты 13, выход преобразователя понижения частоты 13 соединен с входом гиратора 11, через преобразователь частота-напряжение 12, два выхода гиратора соединены с двумя выходами блока управления преобразования импедансов 9. Модель гиратора (фиг. 13), которая содержит первый ОУ1 и второй операционные усилители ОУ2; первый R1, второй R2, третий R3 и четвертый резисторы R4, нагрузочную емкость С и варикап Вп, при этом вход гиратора соединен через варикап Вп к плюсовой клемме второго операционного усилителя ОУ2, а параллельно через второй резистор

R2 с выходом первого операционного усилителя ОУ1; выход второго операционного усилителя ОУ2 соединен параллельно через емкость С с плюсовой клеммой второго операционного усилителя ОУ2 а через первый резистор R1 с плюсовой клеммой первого операционного усилителя ОУ1; выход первого операционного усилителя соединен параллельно через четвертый резистор R4 с минусовыми клеммами первого ОУ1 и второго ОУ2 операционных усилителей, а через третий резистор с земляным проводом. Принцип работы преобразователя импеданса (гиратора) представлен в литературе авторов У. Титце, К. Шенк «Полупроводниковая схемотехника», -М:, изд.Мир, 1983г., раздел 12.6, стр. 180-183. Принцип управления изменением индуктивного сопротивления на выходе гиратора, показан в журнале «Радио» № И, за 1996 г., автором Петин Г.П. «Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах».

Совокупность существенных признаков заявляемого устройства обеспечит достижение поставленной цели. Авторам неизвестны технические решения из области радиосвязи, антенной техники, содержащие признаки, эквивалентные отличительным признакам заявляемого устройства. Авторам неизвестны технические решения из других областей техники, обладающие свойствами заявляемого технического решения. Таким образом, заявляемое техническое решение, по мнению автора, обладает критерием существенных признаков.

Claims

1. Корабельная передающая антенная система, содержащая высокочастотный генератор, соединенный с усилителем мощности фидерной линией, отличающаяся тем, что дополнительно введены согласующее устройство, N антенных модулей, каждый из которых содержит несимметричный вибратор, фидерные линии, выполненные в виде коаксиальных кабелей одинаковой длины: при этом выход высокочастотного генератора соединен фидерной линией через усилитель мощности с входом согласующего устройства; N выходов согласующего устройства фидерными линиями одинаковой длины соединены с входами каждого из N антенных модулей, начиная с первого по N, N выходов согласующего устройства соединены с N антенными модулями фидерными линиями, проходящими через отверстия в металлической поверхности корабля, а высокочастотный генератор, усилитель мощности и согласующее устройство расположены внутри корпуса корабля.

2. Корабельная передающая антенная система по п. 1, отличающаяся тем, что согласующее устройство содержит согласующий трансформатор Тр.1 с одной первичной обмоткой и N - вторичных обмоток с первой по N, при этом вход согласующего устройства соединен фидерной линией с клеммой «а» первичной обмотки трансформатора Тр.1, клемма «б» первичной обмотки трансформатора Тр.1 заземлена; клемма «с» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр.1 соединена с собственным выходом, начиная с первого 1 по N, с центральной жилой фидерной линией, а клемма «д» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр.1 заземлена.

3. Корабельная передающая антенная система по п. 2, отличающаяся тем, что каждый N антенных модулей, с первого по N, содержит цилиндрический излучатель верхнего питания, металлический диск, соединенный с цилиндрическим излучателем, блок управления преобразования импедансов, изолятор, R - активное сопротивление, при этом один из выходов согласующего устройства, соединенный центральной жилой фидерной линии, проходящей через отверстие в металлической поверхности корпуса корабля с цилиндрическим излучателем в его верхней точки «Б», параллельно центральная жила фидерной линии соединена с точкой «А» цилиндрического излучателя через блок управления преобразования импедансов, одновременно точка «А» цилиндрического излучателя соединена через активное сопротивление R с экранной оболочкой фидерной линии; металлический диск цилиндрического излучателя изолирован изолятором от металлической поверхности корпуса корабля и образуют нагрузочную емкость цилиндрической антенны.

4. Корабельная передающая антенная система по п. 3, отличающаяся тем, что система управления преобразования импедансов содержит гиратор, преобразователь частота-напряжение и преобразователя понижения частоты, при этом вход системы управления преобразования импедансов соединен с входом преобразователя понижения частоты, а выход преобразователя понижения частоты через преобразователь частота-напряжение соединен с входом гиратора, первый выход гиратора соединен с первым выходом системы управления преобразования импедансов, а второй выход гиратора соединен со вторым выходом системы управления преобразования импедансов.

5. Корабельная передающая антенная система по п. 4, отличающаяся тем, что гиратор содержит первый и второй операционные усилители; первый, второй, третий и четвертый резисторы, нагрузочную емкость и варикап, при этом положительный вход первого операционного усилителя соединен параллельно с первым выходом гиратора, а через первый резистор с выходом второго операционного усилителя и через нагрузочную емкость с положительным входом второго операционного усилителя; положительный вход второго операционного усилителя соединен параллельно через второй резистор с выходом первого операционного усилителя, а через варикап с входом гиратора; выход первого операционного усилителя соединен через четвертый резистор с отрицательным входом первого операционного усилителя; отрицательный вход первого операционного усилителя соединен параллельно со вторым выходом гиратора, также с отрицательным входом второго операционного усилителя, а через третий резистор с земляным проводом.