RU2308128C2

RU2308128C2 - Ball antenna

Info

Publication number: RU2308128C2
Application number: RU2004130784/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Велегура (RU); Владимир Алексеевич Велегура
Original assignee: Новочеркасский военный институт связи
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2007-10-10
Also published as: RU2004130784A

Abstract

FIELD: antenna engineering.

SUBSTANCE: proposed antenna that can be used for receiving television programs, for mobile and USW radio communications in zones of uncertain horizontal- and vertical-polarization wave reception is applied to surface of ball filled with light gas and is made in the form of circular loops whose geometric dimensions comply with main and additional frequency bands. Connected to loops through half-wave intervals are short-circuited stubs integrating adjacent loops. The latter can be applied along parallel or meridian lines of ball depending on wave polarization.

EFFECT: enlarged functional capabilities in uncertain reception zones.

1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для телевизионного приема, мобильной и радиосвязи в зонах неуверенного приема.The present invention relates to antenna technology and can be used for television reception, mobile and radio communications in areas of uncertain reception.

Часто рельеф местности или высокие строения в черте города перекрывают направление прямой видимости на корреспондента. Радиосвязь или телевизионный прием в таких условиях пытаются обеспечить путем размещения направленных антенн на мачтах или крышах высотных зданий. Однако использование мачт для развертывания антенн сопряжено с рядом неудобств, а именно сложностью монтажа, трудностью при настройке и развертыванием антенны, снижением мобильности и т.д.Often the terrain or tall buildings within the city block the line of sight to the correspondent. They try to provide radio communication or television reception in such conditions by placing directional antennas on the masts or roofs of high-rise buildings. However, the use of masts for deploying antennas is fraught with a number of inconveniences, namely, the complexity of installation, difficulty in setting up and deploying the antenna, reducing mobility, etc.

Одним из возможных путей решения является использование оболочек, наполненных легким газом, для подъема антенной конструкции над поверхностью земли. Примерами таких решений являются конструкции антенн, представленных на www.gsl.net rf.at nn.ru.One possible solution is to use shells filled with light gas to lift the antenna structure above the ground. Examples of such solutions are antenna designs presented at www.gsl.net rf.at nn.ru.

К недостаткам указанных конструкций следует отнести зависимость уровня сигнала от ориентации антенны в пространстве, которая задается направлениями воздушных потоков. Кроме того, при значительном весе антенны потребуется применение шаровых оболочек большего диаметра, что вызывает определенные трудности.The disadvantages of these designs include the dependence of the signal level on the orientation of the antenna in space, which is determined by the directions of air flows. In addition, with a significant weight of the antenna, the use of spherical shells of a larger diameter will be required, which causes certain difficulties.

Исключить зависимость уровня сигнала от положения шара, а соответственно и направления антенны в пространстве, можно применением ненаправленной в горизонтальной плоскости антенны, обеспечивающей прием волн горизонтальной поляризации. Примером является турникетная антенна, состоящая из двух ортогональных вибраторов (Гавеля Н.П. и др. Антенны, ч.II, Л.: 1963 г., стр.65-73).The dependence of the signal level on the position of the ball, and, accordingly, on the direction of the antenna in space, can be eliminated by using an antenna that is not directional in the horizontal plane and which receives waves of horizontal polarization. An example is a turnstile antenna, consisting of two orthogonal vibrators (N. Havel and others. Antennas, part II, L .: 1963, pp. 65-73).

Общими недостатками рассмотренных антенн являются ограниченная полоса рабочих частот и недостаточно равномерная характеристика направленности в горизонтальной плоскости, а также значительный вес подвешиваемой к шару антенны. Проблему можно решить, если в качестве антенны использовать поверхность шара, нанеся на нее методом пленочной технологии проводники в виде рамочных излучателей различного диаметра.Common disadvantages of the antennas considered are the limited operating frequency band and the insufficiently uniform directivity in the horizontal plane, as well as the significant weight of the antenna suspended from the ball. The problem can be solved if the surface of the ball is used as an antenna by applying conductors in the form of frame emitters of various diameters using the film technology method.

В качестве прототипа рассмотрим шаровую антенну (патент FR №1552126 кл. H01Q 1/08 от 03.01.1969 г.), представляющую собой проводники антенны, нанесенные методом пленочной технологии на поверхность шара, заполненного легким газом, и соединенные с усилительным блоком, расположенным в нижней части шара, выход которого подключен к тросс-кабелю.As a prototype, we consider a spherical antenna (patent FR No. 1552126 class. H01Q 1/08 of 01/03/1969), which is the antenna conductors deposited by the method of film technology on the surface of a ball filled with light gas, and connected to an amplifying unit located in the bottom of the ball, the output of which is connected to the cable.

Недостатком данной антенны является ограниченный диапазон частот и неравномерная характеристика направленности в горизонтальной плоскости, приводящая к замиранию сигнала при изменении положения шаровой антенны под действием ветра.The disadvantage of this antenna is the limited frequency range and uneven directivity in the horizontal plane, leading to fading of the signal when changing the position of the ball antenna under the influence of wind.

Более равномерной характеристикой направленности обладают кольцевые рамки, периметр которых меньше длины волны (А.З.Фрадин. Антенно-фидерные устройства - М.: Связь, 177, с.126). Однако малые рамки имеют низкий коэффициент полезного действия. Увеличение размера кольцевой рамки приводит к повышению коэффициента полезного действия, но при этом нарушается равномерность характеристики направленности в горизонтальной плоскости в результате появления противофазных токов по ее периметру. Устранить противофазные токи можно путем включения в провод рамки реактивных сопротивлений или короткозамкнутых шлейфов.A more uniform directivity characteristic is possessed by annular frames whose perimeter is less than the wavelength (A.Z. Fradin. Antenna-feeder devices - M .: Communication, 177, p. 126). However, small frames have a low efficiency. An increase in the size of the annular frame leads to an increase in the efficiency, but this disrupts the uniformity of the directivity in the horizontal plane as a result of the appearance of out-of-phase currents along its perimeter. It is possible to eliminate antiphase currents by including reactance or short-circuited loops in the wire.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание облегченной конструкции антенны заданной поляризации, обеспечивающей в зонах неуверенного приема необходимый уровень сигналов для устойчивой работы сопряженных с антенной радиосредств.The technical problem to which the invention is directed is the creation of a lightweight antenna design of a given polarization, which provides the necessary signal level in areas of uncertain reception for stable operation of radio facilities associated with the antenna.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой конструкции шаровой антенны. Антенна выполнена в форме шара, заполненного легким газом. На поверхность шара методом пленочной технологии нанесены ленточные проводники, выполненные в форме кольцевых рамок с геометрическими параметрами, соответствующими основному и дополнительному диапазонам, в которые через полуволновые промежутки включены короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы, объединяющие соседние рамки. Причем для волн горизонтальной поляризации рамки располагаются по параллелям шара, а для волн вертикальной поляризации - по его меридианам. Выходы рамок в перекрестном порядке подключены к усилительному блоку, размещенному в нижней части шара, выход которого подключен к трос-кабелю. Трос-кабель обеспечивает удержание шара на определенной высоте над поверхностью земли и одновременно передачу сигнала к приемнику. Шлейфы обеспечивают равномерное распределение тока вдоль рамок, которые формируют равномерную в горизонтальной плоскости характеристику направленности.The problem is solved using the proposed design of the ball antenna. The antenna is made in the shape of a ball filled with light gas. By the method of film technology, tape conductors are applied to the surface of the ball, made in the form of annular frames with geometric parameters corresponding to the main and additional ranges, in which short-circuited quarter-wave loops connecting neighboring frames are included through half-wave intervals. Moreover, for waves of horizontal polarization, the frames are located along the parallels of the ball, and for waves of vertical polarization - along its meridians. The outputs of the frames are cross-connected to the amplifier block located at the bottom of the ball, the output of which is connected to the cable cable. The cable-cable ensures that the ball is held at a certain height above the earth's surface and at the same time signal is transmitted to the receiver. The loops provide a uniform distribution of current along the frames, which form a uniform directivity characteristic in the horizontal plane.

Предложенная конструкция шаровой антенны иллюстрируется чертежом, где:The proposed design of the ball antenna is illustrated in the drawing, where:

1 - шар, заполненный гелием;1 - a balloon filled with helium;

2 - ленточные проводники кольцевых рамок основного и дополнительного диапазонов частот;2 - tape conductors of the annular frames of the main and additional frequency ranges;

3 - короткозамкнутые шлейфы;3 - short-circuited loops;

4 - усилительный блок;4 - amplifier block;

5 - трос-кабель.5 - cable cable.

Шаровая антенна состоит из оболочки 1 в форме шара, заполненного легким газом, например гелием или водородом. На поверхность шара методом пленочной технологии нанесены проводники кольцевых рамок 2 основного и дополнительного диапазонов из проводящего материала, например алюминиевой фольги. Причем для волн горизонтальной поляризации рамки располагаются по параллелям шара, а для волн вертикальной поляризации - по его меридианам. Излучатели, выполненные в форме кольца, через полуволновые промежутки объединены между собой короткозамкнутыми четвертьволновыми шлейфами 3. Рамки подключены в перекрестном порядке к двухпроводной питающей линии, которая соединена с усилительным блоком 4, сигнал с которого подается на приемное устройство с помощью трос-кабеля 5. Короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы, объединяющие рамки, обеспечивают равномерное распределение тока вдоль них, формируя тем самым круговую характеристику направленности в горизонтальной плоскости. В зависимости от ориентации рамок на поверхности шара и схемы их подключения к усилительному блоку антенна может принимать волны горизонтальной или вертикальной поляризации поля.A spherical antenna consists of a shell 1 in the form of a ball filled with a light gas, for example helium or hydrogen. On the surface of the ball by the method of film technology, the conductors of the annular frames 2 of the main and additional ranges of a conductive material, for example aluminum foil, are applied. Moreover, for waves of horizontal polarization, the frames are located along the parallels of the ball, and for waves of vertical polarization - along its meridians. Emitters made in the form of a ring are connected at half-wave intervals by short-circuited quarter-wave loops 3. The frames are connected in a cross order to a two-wire supply line, which is connected to an amplifier unit 4, the signal from which is fed to the receiver using a cable cable 5. Short-circuited quarter-wave loops combining the frames provide a uniform distribution of current along them, thereby forming a circular directivity pattern in the horizontal plane. Depending on the orientation of the frames on the surface of the ball and the scheme of their connection to the amplification unit, the antenna can receive waves of horizontal or vertical polarization of the field.

Предложенная конструкция антенны обеспечивает прием волн горизонтальной и вертикальной поляризации, приходящих с различных в горизонтальной плоскости направлений как в основном, так и в дополнительном частотных диапазонах.The proposed antenna design provides reception of waves of horizontal and vertical polarization coming from different directions in the horizontal plane, both in the main and in the additional frequency ranges.

Claims

A spherical antenna, which is conductors applied by film technology on the surface of a ball filled with light gas, connected to an amplifying unit located at the bottom of the ball, the output of which is connected to a cable cable, characterized in that the conductors are made in the form of annular frames with geometric parameters corresponding to the main and additional frequency ranges in which short-circuited quarter-wave loops connecting adjacent frames are included through half-wave intervals, and A horizontal polarization frame disposed on ball parallels waves and vertical polarization waves for - on its meridians.