RU2736812C2 - Активное передающее широкополосное антенное устройство св-диапазона - Google Patents
Активное передающее широкополосное антенное устройство св-диапазона Download PDFInfo
- Publication number
- RU2736812C2 RU2736812C2 RU2019114593A RU2019114593A RU2736812C2 RU 2736812 C2 RU2736812 C2 RU 2736812C2 RU 2019114593 A RU2019114593 A RU 2019114593A RU 2019114593 A RU2019114593 A RU 2019114593A RU 2736812 C2 RU2736812 C2 RU 2736812C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active
- meters
- range
- emitter
- antenna device
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для излучения радиоволн средневолнового (СВ) диапазона. Техническим результатом является создание широкополосного антенного устройства СВ-диапазона с активными излучателями без элементов подстройки во всем средневолновом диапазоне, что позволяет использовать помехозащищенный режим работы с псевдослучайной перестройкой частоты в этом диапазоне. Технический результат достигается тем, что в активном передающем широкополосном антенном устройстве средневолнового диапазона, использующем способ возбуждения электромагнитных волн, при котором каждый период гармонического колебания разбивается на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал, причем каждый импульс формируется одним из N активных элементов, работающих в ключевом режиме, число импульсов прямоугольной формы и число активных элементов принимается равным 200, каждый активный элемент содержит вертикально поставленный круглый медный цилиндр - излучатель длиной 1 метр, внешним диаметром 0,04 метра, внутренним диаметром 0,02 метра, последовательно с излучателем включен резистор номиналом 10 Ом, нижний конец излучателя заземлен, а на верхнем конце закреплен активный прибор, все излучатели размещены на расстоянии одного метра друг от друга на окружности длиной 200 метров, радиусом 31,83 метра. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для излучения радиоволн средневолнового (СВ) диапазона.
Известны широкополосные антенны, например: Патент РФ №2101812 от 10.01.1998; Патент РФ №2523959 от 27.07.2014.
Общим недостатком всех известных широкополосных антенн СВ диапазонов является использование перестраиваемых элементов согласования входных сопротивлений антенн, изменение в больших пределах коэффициента отражения от антенны в диапазоне рабочих частот.
Наиболее близким по технической сущности является устройство, принцип построения которого изложен в «Способе возбуждения электромагнитных волн», Патент №2622620 от 16.06.2017 (прототип). Данный способ реализуется при разбиении гармонического сигнала на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал, причем каждый импульс формируется одним из N транзисторов, работающих в ключевом режиме.
Недостаток прототипа - отсутствие конкретных значений величин элементов излучателей для реализации предложенного способа в заданном диапазоне рабочих частот.
Цель изобретения: определение конкретных значений размеров излучателей для реализации передающего широкополосного антенного устройства СВ диапазона.
Поставленная цель достигается тем, что активное передающее широкополосное антенное устройство средневолнового диапазона, использующее способ возбуждения электромагнитных волн, при котором каждый период гармонического колебания разбивается на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал, причем каждый импульс формируется одним из N активных элементов, работающих в ключевом режиме, при этом число импульсов прямоугольной формы и число активных элементов принято равным 200, каждый активный элемент содержит вертикально поставленный круглый медный цилиндр - излучатель длиной 1 метр, внешним диаметром 0,04 метра, внутренним диаметром 0,02 метра, последовательно с излучателем включен резистор номиналом 10 Ом, нижний конец излучателя заземлен, а на верхнем конце закреплен активный прибор, все излучатели размещены на расстоянии одного метра друг от друга на окружности длиной 200 метров, радиусом 31,83 метра.
На Фиг. 1 схематично представлено размещение элементов широкополосного антенного устройства на местности (вид сверху).
Обозначения, принятые на Фиг. 1:
1 - излучатель - медный цилиндр длиной 1 метр с внешним радиусом 0,02 М и внутренним радиусом 0,01М с активным прибором - транзистором, закрепленным в верхней части каждого излучателя;
2 - фидер, соединяющий цепями питания и управления включением технический блок, размещенный в центре площадки, с излучателями и с активным прибором;
3 - технический блок - содержит блок питания активных приборов, микропроцессор, формирующий команды включения и выключения каждого из активных приборов.
Следует отметить, что выбранное число 200 активных элементов и соответственно 200 активных излучателей обусловлено тем, что, при принятом способе излучения разбиение каждого периода гармонического колебания не менее чем на 200 уровней, линейность усиления усилителя обеспечивает выполнение требования к усилителям по этому параметру [1].
На Фиг. 2 представлена эквивалентная электрическая схема активного излучателя.
Обозначения, принятые на Фиг. 2:
XL - индуктивное сопротивление излучающего элемента;
ХС - емкостное сопротивление излучающего элемента;
R - активное сопротивление излучающего элемента;
Rд - дополнительный резистор;
Ср - разделительный конденсатор;
Ек - напряжение источника коллекторного питания.
Широкополосность такого излучателя может быть реализована при условии обеспечения резистивного характера сопротивления излучателя в рабочем диапазоне частот. Это условие может быть записано в виде двух неравенств:
где: ƒmax - максимальное значение частоты рабочего диапазона.
Первое условие минимизирует шунтирование ветви с резистивным сопротивлением низким сопротивлением параллельной ветви с частотно-зависимым емкостным сопротивлением. Второе неравенство предполагает минимизацию влияния частотно-зависимого сопротивления индуктивности излучателя.
Для расчета емкости излучателя учтем его емкость относительно земли C1 на расстоянии равном его высоте и его емкость С2 с учетом двух ближайших излучателей. В этом случае общая емкость каждого отдельного излучателя может быть оценена как сумма С=С1+С2.
Для расчета емкости относительно земли аппроксимируем каждый элемент длины излучателя и соответствующий ему элемент на поверхности земли цилиндрическим конденсатором с внутренним радиусом, равным радиусу излучателя 0,02М и внешним радиусом, равным отрезку четверти окружности с радиусом равным расстоянию от земли до элемента на излучателе (см. Фиг. 3). В этом случае суммарная емкость всех элементарных цилиндрических конденсаторов может быть рассчитана по формуле [2]:
где: ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды; 
- длина цилиндрического конденсатора; R1 и r - внешний и внутренний радиусы цилиндра, соответственно. В нашем случае ε=ε0=8,854⋅10-12 Ф/м,
При принятой аппроксимации внешний радиус R1=0,25⋅2πh=0,5πh является функцией изменяющейся переменной h. Чтобы определить емкость С1 проинтегрируем функцию С1(h)
Рассчитанное значение С1=3,595⋅10-12 Ф. Анализ известных [2] значений емкостных сопротивлений штыревых антенн длиной 4 метра показал, что расчетное значение емкости при h0=4М имеет один порядок с емкостными сопротивлениями реальных антенн.
Расчет емкости С2 аппроксимируем расчетом емкости двухпроводной линии. Расчетное соотношение в этом случае имеет вид [3]:
Соотношение справедливо при 
В нашем случае ε=ε0=8,854⋅10-12 Ф/м, 
- длина проводников, d – 1м - расстояние между проводниками - излучателями, r=0,02м - радиусы сечения проводников-излучателей. Рассчитанное значение С2=7,11⋅10-12 Ф. С учетом того, что у каждого излучателя два соседних, суммарная емкость С каждого излучателя определяется соотношением: С=С1+2С2=1,782⋅10-11 Ф.
Индуктивность излучателя аппроксимируется индуктивностью коаксиального проводника, поскольку излучатель представляет цилиндр и рассчитывается по формуле [3]:
В нашем случае магнитная индукция меди μ=1,257⋅10-6 Гн/м, 
длина проводника, r2=0,02м радиус внешнего проводника, r1=0,01м радиус внутреннего проводника. Рассчитанное значение индуктивности излучателя L=1,386⋅10-7 Гн.
Активное сопротивление излучателя рассчитывалось по формуле [3]:
Проверка первого условия широкополосности 
На верхней частоте рабочего СВ диапазона 3 МГц, с учетом рассчитанных значений R, L и С, сумма с левой стороны неравенства равна 21,499 Ом, емкостное сопротивление с правой стороны неравенства равно 2,978⋅103 Ом. Можно констатировать - первое неравенство выполняется, но невыполняется неравенство 
требующее большего значения активного сопротивления R относительно реактивного XL т.к. R=1,9⋅10-5 Ом меньше 2πƒmaxL=2,613 Ом. С целью обеспечения активного характера сопротивления нагрузки, обеспечивающего широкополосность, последовательно с излучателем включен дополнительный резистор Rд=10 Ом. В этом случае общее сопротивление будет определяться суммой сопротивлений Rд+2πƒmaxL=12,613 Ом, что существенно меньше чем сопротивление 
На минимальной частоте СВ рабочего диапазона равной 300 кГц емкостное сопротивление 
увеличится в 10 раз, а 2πƒminL снижается в 10 раз. Расчеты показали, что оба условия широкополосности выполняются во всем рабочем СВ диапазоне.
Таким образом, обосновано предложенное решение задачи определения конкретных значений размеров излучателей для реализации передающего широкополосного антенного устройства СВ диапазона, исключающего необходимость иметь перестраиваемые элементы согласования во всем средневолновом диапазоне волн. Следует отметить, что реализация такого антенного устройства позволит внедрить помехозащищенный режим псевдослучайной перестройки частоты в СВ диапазоне.
1. Муравченко В.Л., Балахонов А.Н. Ключевое формирование гармонического сигнала. Электросвязь, №3, 2014.
2. Под ред. Муравьева Ю.К. Характеристики антенн для радиосвязи. - Ленинград.: ВКАС, 1967.
3. Под ред. X. Штекера. Справочник по физике. Формулы, таблицы, схемы. - М.: Техносфера, 2009, стр. 501-504, 532-533, 565-566.
Claims (1)
- Активное передающее широкополосное антенное устройство средневолнового диапазона, использующее способ возбуждения электромагнитных волн, при котором каждый период гармонического колебания разбивается на N импульсов прямоугольной формы одинаковой амплитуды, сумма которых воспроизводит гармонический сигнал, причем каждый импульс формируется одним из N активных элементов, работающих в ключевом режиме, отличающееся тем, что число импульсов прямоугольной формы и число активных элементов принято равным 200, каждый активный элемент содержит вертикально поставленный круглый медный цилиндр - излучатель длиной 1 метр, внешним диаметром 0,04 метра, внутренним диаметром 0,02 метра, последовательно с излучателем включен резистор номиналом 10 Ом, нижний конец излучателя заземлен, а на верхнем конце закреплен активный прибор, все излучатели размещены на расстоянии одного метра друг от друга на окружности длиной 200 метров, радиусом 31,83 метра.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019114593A RU2736812C2 (ru) | 2019-05-13 | 2019-05-13 | Активное передающее широкополосное антенное устройство св-диапазона |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019114593A RU2736812C2 (ru) | 2019-05-13 | 2019-05-13 | Активное передающее широкополосное антенное устройство св-диапазона |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2019114593A RU2019114593A (ru) | 2020-11-13 |
| RU2019114593A3 RU2019114593A3 (ru) | 2020-11-13 |
| RU2736812C2 true RU2736812C2 (ru) | 2020-11-20 |
Family
ID=73455318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019114593A RU2736812C2 (ru) | 2019-05-13 | 2019-05-13 | Активное передающее широкополосное антенное устройство св-диапазона |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2736812C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2770157C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2022-04-14 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Широкополосная передающая антенна средневолнового диапазона |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2101812C1 (ru) * | 1996-07-09 | 1998-01-10 | Военная академия связи | Антенна (варианты) |
| RU2523959C1 (ru) * | 2012-11-27 | 2014-07-27 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Вибраторная антенна с емкостной нагрузкой |
| RU2622620C2 (ru) * | 2015-05-12 | 2017-06-16 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ возбуждения электромагнитных волн |
-
2019
- 2019-05-13 RU RU2019114593A patent/RU2736812C2/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2101812C1 (ru) * | 1996-07-09 | 1998-01-10 | Военная академия связи | Антенна (варианты) |
| RU2523959C1 (ru) * | 2012-11-27 | 2014-07-27 | Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") | Вибраторная антенна с емкостной нагрузкой |
| RU2622620C2 (ru) * | 2015-05-12 | 2017-06-16 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Способ возбуждения электромагнитных волн |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2770157C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2022-04-14 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Широкополосная передающая антенна средневолнового диапазона |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2019114593A (ru) | 2020-11-13 |
| RU2019114593A3 (ru) | 2020-11-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4806944A (en) | Switchable matching network for an element of a steerable antenna array | |
| US9100114B2 (en) | Standing wave ratio meter for integrated antenna tuner | |
| US4859972A (en) | Continuous phase shifter for a phased array hyperthermia system | |
| US9634390B2 (en) | Antenna device | |
| RU2736812C2 (ru) | Активное передающее широкополосное антенное устройство св-диапазона | |
| Song | Non-Foster impedance matching and loading networks for electrically small antennas | |
| US20230086313A1 (en) | Apparatus and system for modulated plasma systems | |
| KR20140072827A (ko) | 기판의 유전율 분산이 보상된 무선 주파수 디바이스 및 조정 방법 | |
| RU156521U1 (ru) | Корабельная передающая антенная система | |
| US3521169A (en) | Subminiature integrated antenna | |
| US10931252B2 (en) | Magnetoinductive waveguide | |
| RU162399U1 (ru) | Корабельная передающая антенная система | |
| US2366750A (en) | Tuning impedances for high radio frequencies | |
| EP3506427B1 (en) | Compact antenna device | |
| US2303388A (en) | Tuning impedance for high radio frequencies | |
| Solomko et al. | RF impedance sensor for antenna-tuning front ends | |
| US5872543A (en) | Smithdom multiband antenna | |
| US2995713A (en) | Uhf tuner | |
| Kuan | Integrated adaptive impedance matching using phase shifters | |
| Arabi et al. | Analysis of the coverage of tunable matching networks with three tunable elements | |
| RU162882U1 (ru) | Антенна с функцией динамического изменения приемопередающих характеристик | |
| RU2066080C1 (ru) | Двухчастотная антенна | |
| RU2770157C1 (ru) | Широкополосная передающая антенна средневолнового диапазона | |
| US20170250715A1 (en) | Device comprising a radio communication terminal | |
| US2864060A (en) | Electrical coupling device |