RU2115980C1

RU2115980C1 - Underground antenna

Info

Publication number: RU2115980C1
Application number: RU97113622A
Authority: RU
Inventors: А.И. Беляцкий; О.Г. Мясников; Г.А. Нилов; Е.П. Пустовалов; И.Н. Самуйлов; Б.В. Сосунов; Н.Г. Фитенко; В.П. Чернолес
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Информационные телекоммуникационные технологии"; Военная академия связи
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1998-07-20

Abstract

FIELD: radio engineering; underground antennas operating in high-frequency band. SUBSTANCE: antenna has two tiers of dipoles placed in holes 4 drilled in semiconducting soil 2 symmetrically on either side of bin 1 which is also placed in soil and surrounded by metal screen 3. Each side of dipole is built up of two coaxial pipes 5,6 joined by means of insulating insert 7. Sides are connected to outputs of power splitters 12 and 13 between dipoles of first and second tiers, respectively. Output of transmitter 9 is connected to tier-to-tier power splitter 10 whose first output is connected through phase shifter 11 to output of first-tier power splitter 12 and second output, directly to input of second-tier power splitter 13. Optimal relations between antenna structural members are given in description of invention. Antenna gain in operating frequency band is 4-6 dB higher than that of its prototype. EFFECT: improved gain without increasing antenna area. 2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, и, в частности, предлагаемая подземная антенна (ПА) может быть использована в качестве передающей антенны декаметрового диапазона волн при необходимости ее размещения в полупроводящей среде, например в скальном грунте. The invention relates to the field of radio engineering, in particular to antenna technology, and, in particular, the proposed underground antenna (PA) can be used as a transmitting antenna of the decameter wavelength range if it is necessary to place it in a semiconducting medium, for example, in rocky soil.

Известны ПА (патент США, НКИ 343-719 N 4687445, 1987), представляющие собой решетки из симметричных вибраторов, размещенных в полупроводящем грунте и подключенных к выходу передатчика. Однако известные ПА обладают низкой эффективностью (малыми КПД и коэффициентом усиления (КУ) в силу быстрого затухания амплитуд токов вдоль плеч вибратора. По этой причине плечи вибраторов выполняются электрически короткими. Для достижения требуемого КУ в этих условиях увеличивают общее количество вибраторов в решетке, что в свою очередь делает ПА громоздкой, требующей больших площадей для ее установки. Known PA (US patent NKI 343-719 N 4687445, 1987), representing a lattice of symmetrical vibrators located in a semiconducting soil and connected to the output of the transmitter. However, the known PA have low efficiency (low efficiency and gain (KU) due to the rapid attenuation of the amplitudes of the currents along the arms of the vibrator. For this reason, the shoulders of the vibrators are electrically short. To achieve the desired KU under these conditions, increase the total number of vibrators in the grating, which in turn, makes the PA cumbersome, requiring large areas for its installation.

Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленной является известная ПА из источника [1]. The closest in its technical essence to the declared one is the well-known user agent from the source [1].

Антенна - прототип состоит из группы параллельных друг другу симметричных вибраторов, плечи каждого из которых установлены в горизонтальных скважинах, пробуренных в полупроводящем грунте. Вибраторы с помощью фидера параллельно подключены к выходу передатчика, размещенного в бункере, также заглубленном в полупроводящем грунте (в частности, в скальном грунте). Приемлемая эффективность (КУ) данной антенны достигается параллельным включением группы симметричных вибраторов. Antenna - the prototype consists of a group of symmetrical vibrators parallel to each other, the shoulders of each of which are installed in horizontal wells drilled in semiconducting soil. Vibrators with a feeder are connected in parallel to the output of the transmitter located in the hopper, also buried in semiconducting soil (in particular, in rocky soil). Acceptable efficiency (KU) of this antenna is achieved by the parallel inclusion of a group of symmetrical vibrators.

Однако антенна - прототип обладает низким КУ. Это объясняется, прежде всего, малыми электрическими размерами (соотношением длины плеча вибратора l к длине рабочей волны λ) вибраторов. Необходимость использования дополнительного фидера между несогласованными входами вибраторов и выходом передатчика усложняет согласование антенны, вносит дополнительные потери. Параллельное подключение к общему фидеру нескольких разнесенных в пространстве вибраторов приводит к нарушению синфазности их возбуждения, что в свою очередь снижает реально достижимый КУ ПА. Дополнительно в качестве недостатка можно указать на технологические трудности реализации прототипа. Эти трудности связаны с необходимостью установки в стенках бункера проходных изоляторов для подключения двухпроводного фидера от выхода передатчика. При этом в бункере появляются радиопрозрачные отверстия, а между установленными в них проводниками возникают перенапряжения. Это снижает механическую прочность бункера и биологическую защиту персонала. However, the prototype antenna has a low gain. This is due, first of all, to the small electrical dimensions (the ratio of the length of the vibrator arm l to the wavelength λ) of the vibrators. The need to use an additional feeder between the inconsistent inputs of the vibrators and the output of the transmitter complicates the matching of the antenna, introducing additional losses. Parallel connection to a common feeder of several vibrators spaced in space leads to a disruption in the phase state of their excitation, which in turn reduces the achievable KU PA. Additionally, as a disadvantage, one can point out the technological difficulties of implementing the prototype. These difficulties are associated with the need to install bushing insulators in the walls of the bunker to connect a two-wire feeder from the transmitter output. At the same time, radio-transparent holes appear in the hopper, and overvoltages occur between the conductors installed in them. This reduces the mechanical strength of the hopper and the biological protection of personnel.

Целью изобретения является разработка ПА, обеспечивающая более высокую эффективность КУ при одновременном снижении площади антенны, повышении ее механической прочности и биологической защиты персонала. The aim of the invention is the development of PA, providing higher efficiency KU while reducing the area of the antenna, increasing its mechanical strength and biological protection of personnel.

Поставленная цель достигается тем, что в известной подземной антенне, включающей группу параллельных симметричных вибраторов, плечи каждого из которых установлены в горизонтальных скважинах, пробуренных в полупроводящем грунте и подключенных к выходу передатчика, размещенного в бункере, заглубленном в полупроводящем грунте, бункер окружен металлическим экраном. Скважины пробурены симметрично по обе стороны бункера на двух ярусах. Ярусы разнесены по вертикали на расстояние Δh. Оси скважин каждого яруса смещены друг относительно друга в горизонтальной плоскости на расстояние Δd. Плоскости размещения скважин в первом и втором ярусах параллельны. Каждое плечо общей длиной l симметричных вибраторов выполнено в виде двух соосно установленных в соответствующую скважину отрезков труб с длинами l₁ и l₂. Отрезки труб изолированы от стенок скважин и скреплены друг с другом диэлектрической вставкой. Часть отрезка трубы, примыкающего к бункеру, через отверстие в нем и металлическом экране установлена во внутреннем объеме бункера. Часть отрезка трубы, установленная во внутреннем объеме бункера, имеет длину l₃, механически скреплена с металлическим экраном и имеет с ним кондуктивную связь. Выход передатчика подключен к входу делителя мощности между вибраторами первого и второго ярусов, первый выход которого через фазовращатель подключен к входу делителя мощности между вибраторами первого яруса, а второй - непосредственно к входу делителя мощности между вибраторами второго яруса.This goal is achieved by the fact that in the well-known underground antenna, including a group of parallel symmetrical vibrators, the shoulders of each of which are installed in horizontal wells drilled in semiconducting soil and connected to the output of a transmitter located in a bunker buried in semiconducting soil, the bunker is surrounded by a metal screen. Wells are drilled symmetrically on both sides of the hopper on two tiers. The tiers are spaced vertically at a distance Δh. The axis of the wells of each tier is offset from each other in the horizontal plane by a distance Δd. The planes of the wells in the first and second tiers are parallel. Each shoulder with a total length l of symmetrical vibrators is made in the form of two pipe segments coaxially installed in the corresponding well with lengths l ₁ and l ₂ . Pipe sections are isolated from the walls of the wells and fastened to each other by a dielectric insert. A part of the pipe segment adjacent to the bunker, through an opening in it and a metal screen, is installed in the internal volume of the bunker. The part of the pipe segment installed in the internal volume of the hopper has a length l ₃ , is mechanically bonded to a metal screen and has a conductive connection with it. The output of the transmitter is connected to the input of the power divider between the vibrators of the first and second tiers, the first output of which through a phase shifter is connected to the input of the power divider between the vibrators of the first tier, and the second directly to the input of the power divider between the vibrators of the second tier.

Каждый делитель мощности между вибраторами соответствующего яруса снабжен выходами по числу вибраторов в данном ярусе. К каждому из этих выходов подключен дополнительный отрезок фидера, который установлен в полости отрезка трубы, примыкающего к бункеру и принадлежащего плечу соответствующего симметричного вибратора, и подключен экранной оболочкой к внешнему торцу этого отрезка трубы, а центральным проводником - к примыкающему к диэлектрической вставке торцу периферийного отрезка трубы этого же плеча. Each power divider between the vibrators of the corresponding tier is equipped with outputs according to the number of vibrators in this tier. An additional feeder section is connected to each of these outputs, which is installed in the cavity of a pipe segment adjacent to the bunker and belonging to the shoulder of the corresponding symmetrical vibrator, and is connected by a screen sheath to the external end of this pipe segment, and by a central conductor to the peripheral segment end adjacent to the dielectric insert. pipes of the same shoulder.

Длина l каждого плеча симметричного вибратора выбрана из условия

где λ_max - максимальная длина волны рабочего диапазона волн;

ε_r и σ - относительная диэлектрическая проницаемость и удельная проводимость грунта, в котором пробурены скважины, i - мнимая единица.The length l of each arm of the symmetric vibrator is selected from the condition

where λ _max is the maximum wavelength of the operating wavelength range;

ε _r and σ are the relative permittivity and conductivity of the soil in which the wells are drilled, i is the imaginary unit.

Соотношения длин отрезков труб l₁, l₂ и l₃, образующих каждое плечо симметричных вибраторов, выбраны в пределах l₁/l₂ 1 ^oC 19, l₃ = 0,05•l.The ratios of the lengths of pipe segments l ₁ , l ₂ and l ₃ forming each arm of symmetrical vibrators are selected in the range l ₁ / l ₂ 1 ^o C 19, l ₃ = 0.05 • l.

Расстояние между ярусами подземной антенны выбрано в интервале

где λ_ср - средняя длина волны рабочего диапазона волн.The distance between the tiers of the underground antenna is selected in the interval

where λ _cf is the average wavelength of the working wavelength range.

Расстояние между вибраторами в каждом ярусе выбрано в интервале

Расстояние Δd, на которое смещены друг относительно друга оси скважин, принадлежащие первому и второму ярусам, выбраны из условия Δd = 0,5d.
Благодаря перечисленной новой совокупности существенных признаков в заявленной ПА обеспечивается увеличение действующей длины каждого вибратора, т. к. достигается "распределенное" его возбуждение (в двух сечениях) и включение в общую излучающую систему собственно металлического экрана бункера.The distance between the vibrators in each tier is selected in the interval

The distance Δd, by which the axis of the wells belonging to the first and second tiers are offset relative to each other, is selected from the condition Δd = 0.5d.
Thanks to the above-mentioned new set of essential features, the claimed PA provides an increase in the effective length of each vibrator, since its “distributed” excitation (in two sections) is achieved and the actual metallic screen of the hopper is included in the general emitting system.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественным признакам заявленной ПА, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности "новизна". The analysis of the prior art by the applicant made it possible to establish that there are no analogues that are characterized by a combination of features identical to those of the claimed PA, which indicates the compliance of the claimed device with the patentability condition of "novelty".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной ПА, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного устройства преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень". The search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed PA from the prototype have shown that they do not follow explicitly from the prior art. From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed device on the achievement of the specified technical result is not known. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "inventive step".

На фиг. 1 показан общий вид антенны: а) вид в плане; б) вид с торца; в) вид сбоку; на фиг. 2 - рисунки а), б), поясняющие конструкцию плеч вибраторов; на фиг. 3 - схема делителя мощности между вибраторами яруса; на фиг. 4 - схема делителя мощности между ярусами; на фиг. 5 - схема фазовращателя; на фиг. 6 - рисунки, а), б) поясняющие принцип работы антенны; на фиг. 7 - результаты расчета относительного выигрыша по эффективности заявленной антенны в сравнении с прототипом. In FIG. 1 shows a general view of the antenna: a) plan view; b) end view; c) side view; in FIG. 2 - figures a), b) explaining the design of the shoulders of the vibrators; in FIG. 3 is a diagram of a power divider between longline vibrators; in FIG. 4 is a diagram of a power divider between tiers; in FIG. 5 is a diagram of a phase shifter; in FIG. 6 - figures, a), b) explaining the principle of operation of the antenna; in FIG. 7 - the results of calculating the relative gain in the effectiveness of the claimed antenna in comparison with the prototype.

Заявленная подземная антенна, показанная на фиг. 1, состоит из бункера 1 с габаритами H x B x D, заглубленного в полупроводящем грунте 2 с диэлектрической проницаемостью ε_r и удельной проводимостью σ см/м. В частном случае это может быть скальный грунт. Бункер 1 окружен металлическим экраном 3. Симметрично по обе стороны от бункера пробурены на двух ярусах горизонтальные и параллельные друг другу скважины 4 диаметром 2R. Скважины в каждом ярусе установлены в одной плоскости на расстоянии d друг от друга, а плоскости первого (на фиг. 1, б - верхнего) и второго (на фиг. 1, б - нижнего) ярусов параллельны и разнесены по вертикали на расстояние Δh (фиг. 1, б, в). Оси скважин первого (обозначены индексами "а") и второго (обозначены индексами "б") ярусов смещены в горизонтальной плоскости на расстояние Δd = 0,5d (фиг. 1, в).The claimed underground antenna shown in FIG. 1, consists of a hopper 1 with dimensions H x B x D buried in semiconducting soil 2 with a dielectric constant ε _r and conductivity σ cm / m. In a particular case, it may be rocky soil. The hopper 1 is surrounded by a metal screen 3. Symmetrically on both sides of the hopper, horizontal and parallel to each other wells 4 with a diameter of 2R are drilled on two tiers. The wells in each tier are installed in one plane at a distance d from each other, and the planes of the first (in Fig. 1, b - upper) and second (in Fig. 1, b - lower) tiers are parallel and spaced vertically by a distance Δh ( Fig. 1, b, c). The axis of the wells of the first (indicated by indices "a") and the second (indicated by indices "b") tiers are displaced in the horizontal plane by a distance Δd = 0.5d (Fig. 1, c).

В каждую скважину установлено соосно по два отрезка металлических труб 5 и 6 диаметром 2r и имеющих соответственно длины l₁ и l₂, которые образуют соответствующее плечо вибратора общей длиной l = l₁ + l₂ (фиг. 2, а). Отрезки труб 5 и 6 скреплены диэлектрической вставкой 7 толщиной Δ , а пространство между стенками скважин и поверхностью труб заполнено диэлектриком 8. В выражении l = l₁ + l₂ опущена величина Δ, как пренебрежимо малая в сравнении с l₁ и l₂. Отрезки труб 5, примыкающие к бункеру 1, скреплены (например, приварены) с металлическим экраном 3 бункера 1 и имеют с экраном кондуктивную связь. В каждом плече часть длиной l₃ отрезка трубы 5 через отверстие в бункере 1 и экране 3 установлена во внутренней полости бункера 1. Выход передатчика 9, установленного в бункере 1 (фиг. 1, б), подключен к делителю 10 мощности между вибраторами первого и второго ярусов (ДМЯ). Первый выход ДМЯ 10 подключен через фазовращатель 11 к входу делителя 12 мощности между вибраторами первого яруса (ДМВ₁), а второй выход ДМЯ 10 подключен непосредственно к входу делителя 13 мощности между вибраторами второго яруса (ДМВ₂).Two sections of metal pipes 5 and 6 with a diameter of 2r and having lengths l ₁ and l ₂ respectively, which form the corresponding vibrator arm with a total length l = l ₁ + l ₂ (co-ordinated with each other), are installed coaxially in each well (Fig. 2, a). The pipe segments 5 and 6 are fastened with a dielectric insert 7 of thickness Δ, and the space between the walls of the wells and the surface of the pipe is filled with a dielectric 8. In the expression l = l ₁ + l _{2, the} quantity Δ is omitted, which is negligible in comparison with l ₁ and l ₂ . The pipe segments 5 adjacent to the hopper 1 are fastened (for example, welded) with a metal screen 3 of the hopper 1 and are conductively connected to the screen. In each arm, a part of length l _{3 of the} pipe section 5 through the hole in the hopper 1 and the screen 3 is installed in the inner cavity of the hopper 1. The output of the transmitter 9 installed in the hopper 1 (Fig. 1, b) is connected to a power divider 10 between the vibrators of the first and second tiers (DEM). The first output of the DMY 10 is connected through a phase shifter 11 to the input of the power divider 12 between the vibrators of the first tier (DMV ₁ ), and the second output of the DMY 10 is connected directly to the input of the power divider 13 between the vibrators of the second tier (DMV ₂ ).

Число выходов у ДМВ₁ 12 и у ДМВ₂ 13 равно числу скважин, пробуренных с двух сторон бункера 1, соответственно первого и второго ярусов. Во внутреннюю полость каждого отрезка трубы 5 уложен дополнительный отрезок фидера 14, который экранной оболочкой подключен к внешнему относительно бункера торцу этого отрезка (точки "к" на фиг. 2, а), а центральным проводником через отверстие в диэлектрической вставке 7 - к примыкающему торцу отрезка трубы 6 (точка "с" на фиг. 2, а). Вторые концы дополнительных отрезков фидера 14 подключены к соответствующим выходам ДМВ₁ 12 и ДМВ₂ 13. Из технологических соображений на расположенном в объеме бункера 1 торце трубы 5 может быть установлен на радиогерметичной шайбе 15 высокочастотный (в.ч.) разъем 16, к которому с одной стороны подключена внутренняя часть отрезка фидера 14, а с другой - внешняя его часть, подключаемая к соответствующему выходу ДМВ₁ 12 и ДМВ₂ 13.The number of exits at UHF ₁ 12 and at UHF ₂ 13 is equal to the number of wells drilled on both sides of hopper 1, respectively, of the first and second tiers. An additional segment of the feeder 14 is laid in the internal cavity of each pipe section 5, which is connected by a screen sheath to the end of this segment external to the hopper (points “k” in Fig. 2, a), and the central conductor through the hole in the dielectric insert 7 to the adjacent end pipe segment 6 (point "c" in Fig. 2, a). The second ends of the additional segments of the feeder 14 are connected to the respective outputs of the DMV ₁ 12 and the DMV ₂ 13. For technological reasons, at the end of the pipe 5 located in the volume of the hopper 1, a high-frequency (including) connector 16 can be mounted on the radio-sealed washer 15, to which on the one hand, the internal part of the feeder segment 14 is connected, and on the other, its external part connected to the corresponding output of DMV ₁ 12 and DMV ₂ 13.

Длина каждого плеча симметричного вибратора выбирается из условия

а величина

При указанных расстояниях можно пренебречь взаимным влиянием вибраторов первого и второго ярусов и минимизировать габариты ПА.The length of each arm of a symmetrical vibrator is selected from the condition

and the value

At the indicated distances, the mutual influence of the vibrators of the first and second tiers can be neglected and the dimensions of the PA can be minimized.

Соотношение длин l₁, l₂ отрезков труб 5 и 6 выбираются в зависимости от параметров полупроводящего грунта и габаритов бункера в интервале l₁/l₂ = 1 ^oC 19, а величина l₃ принимается фиксированной исходя из технологических соображений, например l₃ = 0,05•l.The ratio of the lengths l ₁ , l ₂ of pipe sections 5 and 6 are selected depending on the parameters of the semiconducting soil and the dimensions of the hopper in the range l ₁ / l ₂ = 1 ^o C 19, and the value l _{3 is} taken fixed based on technological considerations, for example l ₃ = 0,05 • l.

Причем при соотношении l₁ = 19•l₂ диэлектрическая вставка 7 оказывается расположенной непосредственно у экрана 3 бункера (фиг. 2, б), и в этом случае l₃= l₂. Толщина диэлектрической вставки 7Δ выбирается также из конструктивных соображений в пределах (0,3 ^oC 0,5)r. В свою очередь диаметр труб 2r выбирают из условия 2r/l = (0,01 ^oC 0,001), а диаметр скважин 2R = (4^oC5)r. В качестве диэлектрика, заполняющего пространство между стенками скважин и поверхностью труб, может быть использован битум.Moreover, with the ratio l ₁ = 19 • l _{2, the} dielectric insert 7 is located directly at the screen 3 of the hopper (Fig. 2, b), and in this case l ₃ = l ₂ . The thickness of the dielectric insert 7Δ is also selected from design considerations in the range (0.3 ^o C 0.5) r. In turn, the diameter of the pipes 2r is selected from the condition 2r / l = (0.01 ^° C 0.001), and the diameter of the wells 2R = (4 ^° C5) r. As a dielectric filling the space between the walls of the wells and the surface of the pipes, bitumen can be used.

Делители мощности между вибраторами первого ДМВ₁ 12 и второго ДМВ₂ 13 ярусами идентичны и могут быть реализованы на отрезках фидера по бинарной схеме (фиг. 3) с включением согласующих трансформаторов на отрезках коаксиальных фидеров. Принципы расчета таких делителей мощности и порядок выбора параметров согласующих трансформаторов на отрезках фидера известны и описаны, например в книгах: С.И. Надененко Антенны. - М.: 1959, с. 489; Д.М. Сазонов, А.Н. Гридин, Б.А. Мишутин Устройства СВЧ. - М.: 1981, с. 45. Исходными данными для расчета схемы делителя являются значения волнового сопротивления фидера на входе делителя, число запитываемых вибраторов (на фиг. 3 приведена схема для четырех симметричных вибраторов на одном ярусе) и входное сопротивление вибратора, которое, как правило, определяется экспериментально.Power dividers between the vibrators of the first DMV ₁ 12 and the second DMV ₂ 13 tiers are identical and can be implemented on the feeder segments according to the binary circuit (Fig. 3) with the inclusion of matching transformers on the segments of coaxial feeders. The principles for calculating such power dividers and the procedure for selecting the parameters of matching transformers on the feeder sections are known and described, for example, in the books: S.I. Nadenenko Antennas. - M.: 1959, p. 489; D.M. Sazonov, A.N. Gridin, B.A. Mishutin Microwave Devices. - M.: 1981, p. 45. The initial data for calculating the divider circuit are the values of the impedance of the feeder at the input of the divider, the number of powered vibrators (Fig. 3 shows the circuit for four symmetric vibrators on one tier) and the input impedance of the vibrator, which is usually determined experimentally.

Делитель мощности между ярусами ДМЯ 10, схема которого показана на фиг. 4, представляет по сути первую ступень бинарной схемы ДМВ₁ (ДМВ₂) и ее параметры рассчитываются аналогично.The power divider between the tiers of the DMN 10, the circuit of which is shown in FIG. 4, essentially represents the first stage of the binary circuit DMV ₁ (DMV ₂ ) and its parameters are calculated similarly.

Фазовращатель 11 может быть реализован на коммутируемых отрезках коаксиального кабеля. Один из возможных вариантов схемы фазовращателя показан на фиг. 5. Для достижения синфазного сложения полей, излучаемых вибраторами первого и второго ярусов, достаточно обеспечить сдвиг по фазе с шагом 0,1 рад в общем интервале от 0 до π рад. Для выполнения этого условия наибольшая длина L_max фазосдвигающего отрезка кабеля может быть рассчитана из выражения

где λ_max - наибольшая длина волны рабочего диапазона ПА;
ε_д - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика в кабеле.Phase shifter 11 can be implemented on switched segments of coaxial cable. One possible embodiment of the phase shifter is shown in FIG. 5. To achieve in-phase addition of the fields emitted by the vibrators of the first and second tiers, it is sufficient to provide a phase shift in increments of 0.1 rad in the total interval from 0 to π rad. To fulfill this condition, the maximum length L _max phase-shifting length of the cable can be calculated from the expression

where λ _max is the largest wavelength of the operating range of the PA;
ε _d - the relative dielectric constant of the dielectric in the cable.

Длина коммутируемых отрезков ΔL составит ΔL = 0,1L_max/π.
Заявленное устройство работает следующим образом. При включении передатчика 9 его выходная мощность в ДМЯ делится на две части и поступает к ДМВ₁ 12 через фазовращатель 11 и к ДМВ₂ 13 непосредственно. На выходах ДМВ₁ 12 и ДМВ₂ 13 возникают равные по амплитуде и синфазные на каждом ярусе ЭДС, которые по фидерам 14 равной длины подводятся к зазорам, образованным примыкающими торцами отрезков металлических труб 5 и 6 каждого плеча симметричных вибраторов. Таким образом каждый симметричный вибратор можно представить в виде линейного излучателя, возбуждаемого двумя генераторами, вынесенными в зазоры, где установлены диэлектрические вставки 7 (фиг. 6, а). Причем центральный участок такого излучателя (между сечениями, где установлены эквивалентные генераторы) включает в себя экран 3 бункера 1 протяженностью l_б, что можно трактовать как увеличение размеров излучателя, без увеличения длины скважин. Из иллюстраций амплитуд тока, приведенных на фиг. 6, а, видно, что вдоль длины излучателя имеет место более равномерное распределение амплитуд тока в сравнении с огибающей амплитуд тока у излучателя прототипа фиг. 6, б. То есть действующая длина одного вибратора заявленной подземной антенны будет больше, чем у прототипа, что однозначно (при равной длине скважин сравниваемых антенн) указывает на увеличение его эффективности (КПД и КУ).The length of the switched segments ΔL will be ΔL = 0.1L _max / π.
The claimed device operates as follows. When the transmitter 9 is turned on, its output power in the DTM is divided into two parts and enters the DMV ₁ 12 through the phase shifter 11 and directly to the DMV ₂ 13. At the outputs of DMV ₁ 12 and DMV ₂ 13, there are equal in phase and common-mode EMFs at each tier, which are fed along equal length feeders 14 to the gaps formed by the adjacent ends of the metal pipe sections 5 and 6 of each arm of symmetrical vibrators. Thus, each symmetric vibrator can be represented as a linear emitter excited by two generators placed in the gaps, where dielectric inserts 7 are installed (Fig. 6, a). Moreover, the central portion of such an emitter (between sections where equivalent generators are installed) includes a screen 3 of the hopper 1 with a length of l _b , which can be interpreted as an increase in the size of the emitter, without increasing the length of the wells. From the illustrations of the current amplitudes shown in FIG. 6a, it is seen that along the length of the emitter there is a more uniform distribution of current amplitudes in comparison with the envelope of current amplitudes of the emitter of the prototype of FIG. 6 b That is, the effective length of one vibrator of the declared underground antenna will be greater than that of the prototype, which unambiguously (with equal lengths of the wells of the antennas being compared) indicates an increase in its efficiency (efficiency and KU).

Кроме того, размещение вибраторов на двух ярусах так же практически в два раза увеличивает эффективность подземной антенны без увеличения площади размещения антенны. In addition, the placement of vibrators on two tiers also almost doubles the efficiency of the underground antenna without increasing the antenna area.

Реализация этой возможности обеспечивается вертикальным разносом Δh и горизонтальным взаимным смещением Δd осей вибраторов ярусов. Причем указанные величины определены как с учетом минимизации взаимного влияния вибраторов друг на друга, так и минимизации конструкции ПА, при которых достигается наибольшее значение КУ. The realization of this possibility is provided by the vertical spacing Δh and the horizontal mutual displacement Δd of the axes of the longline vibrators. Moreover, these values are determined both taking into account the minimization of the mutual influence of the vibrators on each other, and the minimization of the design of the PA, at which the highest value of KU is achieved.

Дополнительное увеличение эффективности антенны объясняется тем, что все вибраторы возбуждаются строго синфазно. Это достигается выбором всех отрезков фидеров 14 от выходов ДМВ₁ 12 и ДМВ₂ 13 до точек их подключения к трубам 5, 6 (точки "к" - "с" на фиг. 2, а) равной длины. Синфазное сложение полей, излучаемых вибраторами первого и второго ярусов, обеспечивается дополнительным фазовращателем, включенным в тракт питания вибраторов первого яруса. Заполнение диэлектриком промежутка между стенками скважин и поверхностью труб приведет к снижению потерь в полупроводящем грунте и, следовательно, повышению КПД (КУ) ПА.An additional increase in antenna efficiency is explained by the fact that all vibrators are excited strictly in phase. This is achieved by selecting all segments of the feeders 14 from the outputs of the DMV ₁ 12 and DMV ₂ 13 to the points of their connection to the pipes 5, 6 (points "to" - "c" in Fig. 2, a) of equal length. The in-phase addition of the fields emitted by the vibrators of the first and second tiers is provided by an additional phase shifter included in the power path of the vibrators of the first tier. Filling the gap between the walls of the wells and the surface of the pipes with a dielectric will reduce the losses in the semiconducting soil and, consequently, increase the efficiency (PA) of the PA.

Правомерность теоретических рассуждений о возможности достижения технического результата проверена с помощью машинного моделирования и сравнительной численной оценки коэффициентов усиления заявленной антенны и прототипа. При этом число вибраторов в каждом этаже принималось по четыре, параметры грунта ε_r= 4; σ = 10^-5 См/м, диапазон рабочих частот 2...6 МГц, т.е. λ_max = 150 м; λ_ср = 75м. При расчетах конструктивные размеры заявленной ПА принимались следующие: l = 15 м; l₁ = l₂ = 7,5 м; l₃ = 0,75 м; Δh = 3 м; d = 4,4 м; Δd = 2,2 м; 2r = 8 см; 2R = 16 см; Δ = 2 см. L_max = 37,5 м; ΔL = 1,2 м

. Габариты бункера: D = 15 м; H = 3,5 м; B = 4 м. На фиг. 7 приведены результаты расчета относительного выигрыша по КУ (ΔG,дБ) заявленной антенны в сравнении с прототипом, из которых следует, что в рабочем диапазоне выигрыш ΔG составляет 4 - 6 дБ, что подтверждает возможность достижения технического результата без увеличения площади размещения антенны.The legitimacy of theoretical reasoning about the feasibility of achieving a technical result was verified using machine modeling and comparative numerical estimates of the amplification factors of the claimed antenna and prototype. Moreover, the number of vibrators in each floor was taken in four, soil parameters ε _r = 4; σ = 10 ^-5 S / m, operating frequency range 2 ... 6 MHz, i.e. λ _max = 150 m; λ _cf = 75m. In the calculations, the structural dimensions of the declared PA were taken as follows: l = 15 m; l ₁ = l ₂ = 7.5 m; l ₃ = 0.75 m; Δh = 3 m; d = 4.4 m; Δd = 2.2 m; 2r = 8 cm; 2R = 16 cm; Δ = 2 cm. L _max = 37.5 m; ΔL = 1.2 m

. Hopper dimensions: D = 15 m; H = 3.5 m; B = 4 m. In FIG. 7 shows the results of calculating the relative gain in terms of gain (ΔG, dB) of the claimed antenna in comparison with the prototype, from which it follows that in the operating range the gain ΔG is 4 - 6 dB, which confirms the possibility of achieving a technical result without increasing the antenna area.

Claims

1. An underground antenna comprising a group of symmetrical parallel vibrators, the shoulders of each of which are installed in horizontal wells drilled in semiconducting soil and connected to the output of the transmitter located in a bunker buried in semiconducting soil, characterized in that the bunker is surrounded by a metal screen, wells are drilled symmetrically on both sides of the hopper on two tiers that are spaced vertically at a distance Δh, and the axis of the wells of each level are offset relative to each other ontalnoy plane by a distance Δd, the planes placed wells of the first and second layers of parallel, each shoulder total length l dipoles configured in the form of two coaxially arranged in the corresponding well and isolated from the walls of segments of metal pipes with lengths l ₁ and l _2, fastened between a dielectric insert, wherein part length l ₃ of the segment of metal pipe adjacent to the hopper, through an opening therein, and a metal screen installed in the inner volume of the hopper and mechanically and to ductually attached to the screen, the output of the transmitter is connected to the input of the power divider between the vibrators of the first and second tiers, the first output of which is connected through the phase shifter to the input of the power divider between the vibrators of the first tier, and the second directly to the input of the power divider between the vibrators of the second tier, power dividers between the vibrators of each tier are equipped with outputs according to the number of arms of the symmetrical vibrators in this tier, to which additional segments of the feeder are connected, each additional segment of the fide and mounted in the cavity adjacent to the hopper section of pipe corresponding dipole arm and the screen is connected to the shell outer end of the tube segment, and the central conductor - adjacent to the dielectric insert to a peripheral end of the same pipe section shoulder.

2. The antenna according to claim 1, characterized in that the length of each arm of a symmetrical vibrator is selected from the condition

where λ _max - is the maximum wavelength of the operating wavelength range;

- relative permittivity and conductivity of the soil in which the wells are drilled;
i is the imaginary unit
the ratio of the lengths of pipe segments l ₁ , l ₂ and l ₃ forming each arm of symmetrical vibrators are selected within
l ₁ / l ₂ = 1 - 19; l ₃ = 0.05 • l,
the distance between the tiers of the underground antenna is selected in the interval

where λ _cf is the average wavelength of the working wavelength range,
the distance between the vibrators in each tier is selected in the interval

the distance Δd, by which the axis of the wells of each level are offset relative to each other, is selected from the condition Δd = 0.5d.z