ПРИЕМНАЯ АНТЕННА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ

ПРИЕМНАЯ АНТЕННА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ


RU (11) 2115979 (13) C1

(51) 6 H01Q11/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 97102250/09 
(22) Дата подачи заявки: 1997.02.17 
(45) Опубликовано: 1998.07.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Сычев Б.В. и др. КВ радиосвязь на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1986, с. 53. 
(71) Заявитель(и): Военная академия связи 
(72) Автор(ы): Серков В.П.; Гречко А.В.; Чернолес В.П. 
(73) Патентообладатель(и): Военная академия связи 

(54) ПРИЕМНАЯ АНТЕННА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ 

Изобретение относится к радиотехнике в частности к антенной технике стационарных радиоцентров. Техническим результатом является разработка антенны бегущей волны (АБВ) с собирательной линией (СЛ), обеспечивающей сдвоенный прием по поляризации при одновременном снижении габаритов конструкции. Антенна содержит решетку вибраторов 1, подключенных к СЛ 3, нагруженной на согласованный резистор. Вибраторы изогнуты под углом 2 в горизонтальной, вертикальной или наклонной плоскостях. Симметрично относительно оси СЛ 3 по поверхности цилиндра с радиусом основания r размещены дополнительные проводники 6. Одни концы проводников 6 через дополнительный резистор подключены к средней точке согласованного резистора, а другие - к несимметричному входу развязывающего устройства (РУ) 5. К симметричному входу РУ 5 подключена СЛ 3, а к его выходам - фидеры 8 и 9. Выбором соотношений размеров элементов конструкции АБВ достигается равенство ее параметров по ортогональным составляющим принимаемой электромагнитной волны. 3 з.п.ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и, в частности, заявляемая антенна бегущей волны (АБВ) может использоваться в качестве приемной антенны с разнесением по поляризации на стационарных радиоцентрах.

Известны приемные АБВ с разнесением по поляризации для стационарных радиоцентров (научно-технический сборник 70 лет радио/ Под ред. Фортушенко А. Д. - М. : Связь, 1965, с. 65 - 68, рис. 6, 7). Известные аналоги для обеспечения приема электромагнитных волн с разносом по поляризации образуют систему из двух АБВ, одна из которых является горизонтальной симметричной, а вторая - вертикальной несимметричной (рис. 6). Обе антенны закреплены на общих опорах. В другом варианте (рис. 7) система включает две несимметричные АБВ, полотна которых взаимно перпендикулярны и наклонены по отношению к поверхности земли на 45o.

Однако известные аналоги имеют недостатки, а именно невысокую эффективность в условиях поляризационных замираний, обусловленную несовпадением углов возвышения максимумов диаграмм направленности (ДН) по вертикальной и горизонтальной компонентам принимаемого электромагнитного поля (ЭМП). Кроме того, конструкции аналогов громоздки.

Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленной является известная приемная АБВ с разнесением по поляризации (Сычев Б.В., Доценко Н.Е. КВ радиосвязь на железнодорожном транспорте. - М.: Транспорт, 1986, с. 53, рис. 2.30). Устройство-прототип состоит из двух несимметричных АБВ. В свою очередь каждая несимметричная АБВ состоит из собирательной линии в виде воздушного коаксиального фидера, нагруженного на согласованный резистор. Второй конец воздушного коаксиального фидера подключен к фидеру от нагрузки. К собирательной линии через развязывающие сопротивления подключены вибраторы. Оси вибраторов ориентированы под углом 80o к оси собирательной линии, которая установлена под углом 10o к направлению на корреспондента. Несимметричные АБВ установлены зеркально относительно направления на корреспондента, а их вибраторы наклонены к поверхности земли.

При такой схеме оказывается возможным частично устранить несовпадение ориентации максимумов ДН для вертикально и горизонтально поляризованных компонент ЭМП, обусловленное различием зависимостей коэффициентов Френеля от угла возвышения для вертикально и горизонтально поляризованных волн.

Однако известная антенна имеет недостатки. Конструкция антенны громоздка и требует для размещения большой площади. Отличие качества согласования антенны при приеме сигналов с вертикальной и горизонтальной поляризацией соответственно приводит к снижению эффективности (КПД) антенны в целом.

Целью изобретения является разработка приемной АБВ с разнесением по поляризации, обеспечивающей равенство параметров по ортогональным компонентам принимаемого ЭМП и одновременно требующей меньшей площади для ее развертывания.

Цель достигается тем, что в известной приемной АБВ, содержащей решетку вибраторов, попарно установленных под углом друг к другу и подключенных через развязывающие сопротивления к собирательной линии, нагруженной на согласованный резистор, и два фидера, собирательная линия выполнена симметричной и установлена горизонтально относительно поверхности земли. Параллельно собирательной линии и симметрично относительно ее продольной оси установлены дополнительные проводники. Первые концы всех дополнительных проводников через дополнительный резистор подключены к средней точке согласованного резистора, а вторые - объединены и подключены к несимметричному входу введенного развязывающего устройства. К симметричному входу развязывающего устройства подключена собирательная линия, К первому и второму выходам развязывающего устройства подключены соответственно первый и второй фидеры.

Пары вибраторов, подключенные в одном сечении собирательной линии к ее противолежащим проводникам, наклонены друг к другу. Плоскость, в которой изогнуты вибраторы, может быть горизонтальной, вертикальной или перпендикулярной направлению прихода волны. Соответственно угол изгиба вибраторов при их расположении в горизонтальной 2г , вертикальной 2в или наклонной 2н плоскостях выбирают из условий:

;

;

,

где

г и в - волновые сопротивления собирательной линии при возбуждении в ее проводах соответственно противофазных и синфазных волн тока;

м - угол прихода волны.

Количество дополнительных проводников выбирают в пределах 4 - 8 шт.

В качестве развязывающего устройства может использоваться дифференциальный трансформатор со средней точкой.

Перечисленная совокупность существенных признаков обуславливает при компактности конструкции достижение равенства всех параметров антенны как по вертикально так и горизонтально поляризованной компонентам принимаемого ЭМП.

На фиг. 1 показана общая схема антенны; на фиг. 2, 3 поясняется конструкция антенны; на фиг. 4 поясняется принцип работы антенны.

Приемная АБВ (фиг. 1) состоит из решетки изогнутых под углом 2 друг к другу вибраторов 1 длиной l, подключенных через развязывающие сопротивления Zp 2 к симметричной собирательной линии (СЛ) 3 длиной L. Примыкающие друг к другу пары вибраторов разнесены вдоль СЛ 3 на расстояние "B". В общем случае Zp может быть комплексным. СЛ 3 на одном конце нагружена на согласованный резистор Rн 4. Второй конец СЛ 3 подключен к симметричному входу (вход "а-а") развязывающего устройства (РУ) 5.

Симметрично относительно оси собирательной линии и параллельно ей на поверхности воображаемого цилиндра с радиусом основания r расположены проводники 6. Длины проводников 6 и собирательной линии 3 одинаковы. Концы проводников 6 со стороны согласованного резистора Rн 4 соединены друг с другом и подключены через дополнительный резистор Rд 7 к средней точке согласованного резистора Rн 4. Концы проводников 6 со стороны РУ 5 также соединены друг с другом и подключены к несимметричному входу (вход "б") РУ 5. К выходам ("с" и "с'") РУ 5 подключены соответственно первый 8 и второй 9 фидеры.

Вибраторы могут быть изогнуты в горизонтальной плоскости (фиг. 2а), в вертикальной плоскости (фиг. 2б) или наклонной плоскости, перпендикулярной к направлению прихода волны (фиг. 2в). Угол прихода волны м определяется между горизонтальной плоскостью и направлением прихода волны (фиг. 2в).

Вариант установки полотна антенны при изгибе вибраторов в горизонтальной плоскости показан на фиг. 3.

Схема развязывающего устройства 5 представляет собой дифференциальный трансформатор со средней точкой и состоит из двух пар электромагнитно связанных обмоток. Обмотка 5.1 первой пары подключена к симметричному входу "a-a" РУ 5, а электромагнитно связанная с ней обмотка 5.2 подключена к коаксиальному фидеру 8 (выход "c'" ).

Заявленное устройство работает следующим образом.

Отраженная от ионосферы волна с вращающейся поляризацией в общем случае имеет горизонтальную Eг и вертикальную Eв составляющие, каждая из которых наводит в вибраторах соответствующую ЭДС. На фиг. 4 показано направление наведенных токов в вибраторах горизонтальной Eг составляющей волны (сплошные стрелки) и вертикальной Eв (пунктирные стрелки). Под действием Eг в проводах СЛ 3 будут возбуждаться противофазные токи Iг, которые, протекая через обмотку 5.1 РУ 5, связанную с ней обмотку 5.2 и фидер 8, выделяются в нагрузке (радиоприемнике) - выход горизонтально поляризованной (ГП) составляющей ЭМП.

Аналогично токи Iв, наведенные Eв, возбуждают синфазные токи в проводах собирательной линии (пунктирные стрелки). Эти токи направлены встречно в соответствующих половинах обмотки 5.1, далее протекая по обмотке 5.3, связанную с ней обмотку 5.4 и фидер 9, выделяются в нагрузке - выход вертикально поляризованной (ВП) составляющей ЭМП.

Токи, обусловленные Eв, в обмотке 5.3 далее протекают по проводам 6 и поглощаются в нагрузке. Также в нагрузке поглощаются токи, возбужденные Er и протекающие от точек подключения вибраторов в сторону нагрузки. Этим обусловливается формирование однонаправленной ДН с максимумом, ориентированным в направлении прихода волны.

Равные условия согласования антенны по обоим выходам достигаются подбором волновых сопротивлений г и в - соответственно при возбуждении собирательной линии противофазными и синфазными токами.

Величины г и в зависят от геометрии собирательной линии: диаметра ее проводников, расстояния между ними d, числа дополнительных проводников и радиуса r и могут быть вычислены по известным соотношением (Иоссель Ю.Я. и др. Расчет электрической емкости. - Л.: Энергоиздат, 1981, с. 133 - 134, 229).

Достижение равенства коэффициента усиления (КУ) АБВ Gг и Gв соответственно по горизонтальной Eг и вертикальной Eв составляющим ЭМП приходящей волны обеспечивается выбором угла изгиба вибраторов 2. . Возможность выполнения такого условия объясняется следующим. Известно, что действующая длина lд АБВ пропорциональна действующей длине одного вибратора. В свою очередь КУ антенны пропорционален отношению квадрата действующей длины и активной составляющей входного сопротивления, т.е. отношению l2д/RA. . У АБВ входное сопротивление активно и равно волновому сопротивлению собирательной линии , т.е. RA = . В режиме приема lд= A/E, где A - ЭДС, наведенная в антенне сигналом с напряженностью электрического поля E. Действующие длины вибратора по горизонтальной lдг и вертикальной lдв составляющим будут пропорциональны соответственно величинам Eг и Eв. Таким образом, равенство Gг и Gв будет реализовано, если выполнить условие

l2дг/г= l2дв/в, (1) ,

здесь г и в - волновое сопротивление собирательной линии при противофазном и синфазном ее возбуждении.

Если вибраторы изогнуты в горизонтальной плоскости под углом 2г , а волна приходит под углом м , условие (1) будет иметь вид:

.

Аналогичные рассуждения показывают, что равенство Gг и Gв при изгибе вибраторов в вертикальной плоскости 2в достигается при выполнении условия

.

При изгибе вибраторов под углом 2н в наклонной плоскости, перпендикулярной направлению прихода сигнала,

.

Так как ДН собственно вибратора в плоскостях "E" и "H" различны, то возможность выравнивания Gг и Gв АБВ в целом достигается указанным интервалом множителя (0,5...0,7) в приведенных формулах.

Вибраторы изгибают в горизонтальной плоскости при использовании АБВ на относительно коротких трассах (до 800 км), в вертикальной - на трассах средней протяженности (до 1500 км), в наклонной - на трассах большой протяженности.

Геометрические размеры элементов конструкции заявленной АБВ выбираются по известным правилам (Айзенберг Г.З. и др. Коротковолновые антенны. - М.: Радио и связь, 1985, с. 317 - 333; Серков В.П. Распространение радиоволн и антенные устройства. - Л., ВАС, 1981, с. 330) и зависят от диапазона частот и протяженности трассы, в которых планируется использование антенны.

Так, заявленная антенна, предназначенная для работы на коротких трассах (до 800 км, м 45o; min = 15 м), будет иметь следующие размеры: L = 90 м; B = 4,5; N = 21; l = 10 м; Rн = 160 Ом; Rд = 10 Ом; Zp = Rp = 200 Ом; H = 11 м; d = 35 мм; r = 100 мм; 2г = 85o, число дополнительных проводников - 6 шт.

При необходимости работы на трассах средней протяженности (до 1500 км, м 25o, min = 12 м) целесообразно вибраторы изогнуть в вертикальной плоскости, а размеры антенны при этом будут иметь следующие значения: L = 70 м; B = 3,5; N = 21; l = 8 м; Rн = 160 Ом; Rд = 10 Ом; Zр = Rр = 200 Ом; H = 17 м; d = 35 мм; r = 100 мм; 2г = 90o, число дополнительных проводников - 6 шт.

При использовании антенны на трассах большой протяженности (свыше 1500 км) вибраторы целесообразно изогнуть в наклонной плоскости, перпендикулярной углу прихода волны ( м 15o, min/ = 10 м). В этом случае размеры антенны будут следующие: L = 70 м; B = 3; N = 24; l = 7 м; Rн = 160 Ом; Rд = 10 Ом; Zp = Rp = 200 Ом; H = 25 м; d = 35 мм; r = 100 мм; 2г = 100o, число дополнительных проводников - 6 шт.

В качестве развязывающего устройства может быть использован любой выпускаемый промышленностью дифференциальный трансформатор со средней точкой, сопротивления входов и выходов которого согласованы с волновыми сопротивлениями подключаемых к нему фидеров и линий. В частности, выходы должны быть согласованы с фидером, имеющим = 75 Ом. Симметричный вход 160 Ом, несимметричный вход - 50 Ом.

Использование заявленной АБВ обеспечивает более устойчивую работу радиолинии в условиях поляризационных замираний сигнала благодаря практически полной идентичности ее параметров по ортогональным составляющим принимаемого ЭМП. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Приемная антенна бегущей волны, содержащая решетку вибраторов, попарно установленных под углом друг к другу и подключенных через развязывающие сопротивления к собирательной линии, нагруженной на согласованный резистор, и два фидера, отличающаяся тем, что собирательная линия выполнена симметричной и установлена горизонтально, параллельно и симметрично относительно продольной оси собирательной линии установлены дополнительные проводники, первые концы которых через дополнительный резистор подключены к средней точке согласованного резистора, а вторые объединены и подключены к несимметричному входу введенного развязывающего устройства, к симметричному входу которого подключена собирательная линия, причем к первому и второму выходам развязывающего устройства подключены соответственно первый и второй фидеры.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что вибраторы попарно установлены под углом друг к другу 2г в горизонтальной или под углом 2в в вертикальной плоскостях, причем углы г и в выбраны из условий





где г и в - - волновые сопротивления собирательной линии при возбуждении в ней соответственно противофазной и синфазной волн тока;

м - угол прихода волны.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что вибраторы попарно установлены под углом 2н друг к другу в наклонной плоскости, перпендикулярной направлению прихода волны, причем угол н выбран из условия



где г и в - волновые сопротивления собирательной линии при возбуждении в ней соответственно противофазной и синфазной волны тока.

4. Антенна по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что число дополнительных проводников выбрано в интервале 4 - 6, а развязывающее устройство выполнено в виде дифференциального трансформатора со средней точкой.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru