МОБИЛЬНАЯ КВ ПЕЛЕНГАЦИОННАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована при разработке и проектировании пеленгационных антенных систем (AC), a также пеленгационных антенн и пеленгаторов в диапазоне от 1 до 30 МГц.
Широко известны мобильные KB пеленгационные антенные системы, состоящие из нескольких вертикальных рамочных антенн (РА) с общим фазовым центром, расположенных на одной вертикальной оси под определенным углом друг к другу и объединенных конструктивно с электронным блоком, включающим канальные антенные усилители парциальных рамок и антенный электронный коммутатор (или другие электронные элементы согласования, усиления, управления или коммутации), предназначенные для работы в составе мобильных комплексов аппаратуры радиоразведки или радио мониторинга.
К таким антеннам, например, относится антенная система для KB пеленгаторов фирмы Poynting (Product Code: DF-A0016, каталог DEFENCE and SPECIALISED на www.poynting.co.za), общий вид на фиг.1, содержащая:
- две ортогональные раскладные круговые РА, размещаемые на корпусе электронного блока с упорами (треногой),
корпус электронного блока с согласующими элементами и диаграммообразующими схемами, расположенный в основании антенны,
- вертикальную штыревую антенну (ША) в виде центральной несущей стойки.
Масса антенны около 60 кг при времени развертывания до 20 минут бригадой из 2х человек.
Недостатками описанного аналога являются:
- довольно значительное время приведения антенны в рабочее положение (до 20 минут), что в экстремальных ситуациях недопустимо;
- значительные габариты в транспортном положении (750 мм×350 мм×1600 мм);
- существенная масса (60 кг) создает проблемы при транспортировке антенны.
- кроме того, совмещение рамочных антенн в конструктивно едином блоке с центральным штырем, проходящем через общий вертикальный диаметр обеих рамок, создает сложности с реализацией «нулей» диаграмм направленности (ДН) парциальных рамок вида cosφ и sinφ с максимальным отношением максимума ДН к минимуму ДН, в связи с конструктивными проблемами пространственного размещения в плоскостях РА и включения на их входах согласующе-симметрирующих трансформаторов (ССТ), размещаемых ортогонально друг другу вблизи основания центральной штыревой антенны.
Территориальная близость входов РА и ША порождает существенный и трудно снижаемый уровень взаимных наводок на входные цепи РА со стороны ША и, соответственно, к т.н. «заплыванию» минимумов ДН РА, что приводит к увеличению ошибки определения пеленга. Это касается всех подобных антенных систем с расположением фазовых центров РА и ША на одной оси.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является взятая за прототип антенная система (АС) для KB пеленгаторов: Quadrant Tactical HF-DF Crossed Loop Antenna фирмы Roke Manor Research Limited (Roke Manor Ramsey, Hampshir S051 OZN UK, www. roke.co.uk), общий вид на фиг.2.
Принципиальная схема АС прототипа приведена на фиг.3, где введены следующие обозначения:
РТА1, РТА2 - рамочные трапецеидальные антенны (РТА);
ША - штыревая антенна;
СС1, СС2 - согласующие симметрирующие схемы РТА;
СС3 - согласующая симметрирующая схема ША;
ЭБ - электронный блок;
АК - антенный коммутатор;
1, 2 выходы - выходы парциальных антенных каналов РТА;
3 выход - выход парциального антенного канала ША.
АС система для KB пеленгаторов - прототип состоит из двух ортогональных рамочных трапецеидальных антенн с общим фазовым центром - РТА1, РТА2, для определения координат источников радио излучения (ИРИ); штыревой вертикальной антенны ША, проходящей через общую ось симметрии РТА1 и РТА2. Электронный блок (ЭБ) содержит согласующие симметрирующие схемы СС1, СС2 для РТА антенн и СС3 для штыревой антенны, антенный коммутатор АК, расположенный в верхней части, в точке пересечений РТА1, РТА2 и ША антенн, причем выходы РТА1 и РТА2 соединены с входами СС1, СС2, а выход ША соединен с входом СС3. Выходы СС1, СС2 и СС3 соединены с входами АК, имеющего три раздельных выхода для РТА1, РТА2 и ША, подключенных к фидерам длиной до 50 м.
АС прототип работает следующим образом.
1
2
Приходящая электромагнитная волна (ЭМВ) наводит в антеннах РТА1 и РТА2 с диаграммами направленности вида cosφ и sinφ (в силу их взаимного ортогонального расположения, где φ - угол прихода ЭМВ относительно плоскости РТА) комплексные электрические напряжения, пропорциональные диаграммным коэффициентам РТА - Úcosφ и Ú sinφ.
Вертикальная штыревая антенна ША служит для устранения неоднозначности пеленга, проходит через общий диаметр РТА1, РТА2 и является одновременно центральной несущей опорой конструкции. Далее по тракту, состоящему из СС1, СС2, СС3 сигналы поступают на АК и с его выходов на вход приемных канальных устройств для обработки и вычисления пеленга по стандартному алгоритму Ватсона - Ватта. Устранение неопределенности расчета вида ±kπ, где k=1,2,3… осуществляется при помощи сравнения фаз канальных сигналов пронумерованных РТА с фазой опорного сигнала ША с круговой ДН (выход 3 антенного коммутатора АК).
Антенная система - прототип имеет общую массу 35 кг, габариты в транспортном положении 2100×350×300 мм, время развертывания на грунте от 1,5 до 3 минут бригадой из двух операторов, антенны РТА и ША - выполнены складными.
Недостатками прототипа являются:
- территориальная совмещенность фазовых центров антенн и входов РТА и ША с электронными цепями сопряжения, размещаемых в едином корпусе ЭБ, что порождает трудно устранимые проблемы взаимного влияния их входных цепей, приводящие к искажениям формы ДН РТА (в том числе в области минимума) и, соответственно, к снижению точности определения координат источников радиоизлучения, особенно в режиме селекции пространственного излучения;
- недостаточная универсальность в применении, поскольку она приспособлена только для размещения на грунте и не может использоваться, например на крыше подвижного объекта;
- большие общая масса и габариты затрудняют транспортировку АС.
Для устранения указанных недостатков в мобильную KB пеленгационную антенную систему, содержащую первую, вторую и третью согласующие симметрирующие схемы рамочных и штыревой антенн, антенный коммутатор и штыревую антенну, выход которой соединен с входом третьей согласующей симметрирующей схемы, выход которой соединен с входом антенного коммутатора, третий выход которого является выходом парциального антенного канала штыревой антенны, при этом выходы первой и второй согласующих симметрирующих схем соединены с входами антенного коммутатора, имеющего, кроме того, первый и второй выходы парциальных антенных каналов, введены третья, четвертая и пятая рамочные антенны, выполненные в виде круга, выходы которых соединены с входами первой, второй и четвертой согласующих симметрирующих схем, соответственно, выход четвертой согласующей симметрирующей схемы соединен с входом антенного коммутатора, четвертый выход которого является парциальным антенным выходом пятой антенны, а также электронный блок, содержащий антенный коммутатор и выполненный в виде плоской прямой пустотелой трехгранной призмы, причем третья, четвертая и пятая антенны, выполненные в виде круга, имеют раздельные фазовые центры и размещаются вертикально в плоскостях граней прямой трехгранной призмы вокруг штыревой антенны, проходящей через продольную ось симметрии этой призмы, антенны закрепляются на верхней крышке корпуса электронного блока при помощи быстроразъемных зажимов, а между собой антенны крепятся диэлектрическими зажимами.
Принципиальная схема предлагаемой полезной модели приведена на фиг.4, где введены следующие обозначения:
РКА3, РКА4, РКА5 - рамочные круговые антенны,
ША - штыревая антенна,
СС1, СС2, СС4 - симметрирующие согласующие схемы РКА,
СС3 - симметрирующая согласующая схема ША,
АК - антенный коммутатор,
ЭБ - электронный блок,
1, 2, 4 - выходы парциальных антенных каналов РКА3, РКА4, РКА5
3 - выход парциального антенного канала ША.
Предлагаемая полезная модель содержит рамочные круговые антенны РКА3, РКА4, РКА5, штыревую антенну ША, согласующие симметрирующие схемы СС1, СС2, СС4 и СС3 рамочных антенн и штыревой антенны соответственно; электронный блок ЭБ, содержащий антенный коммутатор.
Выходы РКА3, РКА4, РКА5 соединены со входами СС1, СС2, СС4 соответственно, выход ША соединен со входом СС3. Выходы СС1, СС2, СС4 и СС3 соединены с входами АК - коммутатора, помещенного внутрь корпуса электронного блока ЭБ, который имеет раздельные выходы 1, 2, 4 антенных каналов РКА и 3 - выход антенного канала ША, причем корпус ЭБ выполнен в виде плоской прямой трехгранной пустотелой призмы, все три РКА имеют раздельные фазовые центры и размещаются в плоскостях граней прямой трехгранной призмы вокруг ША, проходящей через продольную ось симметрии этой призмы, РКА закрепляются на верхней крышке корпуса ЭБ при помощи быстроразъемных зажимов, а при эксплуатации антенны крепятся между собой диэлектрическими защелками. Рамочные антенны в виде круга и штыревая антенна выполнены складными. Общий вид полезной модели приведен на фиг.5.
1
2
3
4
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом: приходящая электромагнитная волна (ЭМВ) наводит в круговых рамочных антеннах РКА3, РКА4, РКА5 и штыревой антенне ША, комплексные амплитуды электрических сигналов (токов или напряжений) Ý, Ý, Ý, Ý. Далее по тракту, состоящему из согласующей симметрирующей схемы и антенного коммутатора, сигналы поступают с выходов АК - 1, 2, 3, 4 на вход приемных канальных устройств для синхронного преобразования в полосе приема и компенсации неидентичностей каналов в диапазоне частот, в результате чего в каналах формируются скорректированные значения комплексных амплитуд сигналов в соответствии с соотношениями:
где , , ,  - комплексные коэффициенты передачи (ККП) каналов АС относительно одного из каналов (например, первого),
а  и  - комплексные коэффициенты передачи каналов РКА2 и РКАЗ относительно, например, первого канала РКА1,
Δφ - разность фаз между сигналами ША и РКА от вертикально
поляризованной ЭМВ приходящей вдоль плоскости РКА с заранее промаркированной стороны. Коэффициенты , , ,  , , , Aφ запоминаются в соответствующих блоках памяти радиопеленгатора с возможностью постоянного использования или обновления.
Полученные на первом этапе обработки сигналов значения комплексных амплитуд частотных составляющих сигналов (1), (2), (3), (4) используются (второй этап) при формировании пеленгационных характеристик этих частотных составляющих по азимуту по следующему алгоритму:
1
2
3
а) определяются однозначные амплитуды А, А, А частотных составляющих сигналов, принимаемых каналами РКА1, РКА2, РКА3, в соответствии с соотношением
n
n
n
4
*
A=|Ú|sgn (Re(ÚÚ ))
где n=1, 2, 3;
* - знак комплексно сопряженной функции.
б) и определяются пеленгационные азимутальные характеристики Θ частотных составляющих сигналов в соответствии с соотношением:
АС может размещаться как непосредственно на поверхности земли, так и на подставке типа треноги или мачты высотой 2-3 метра или же прямо на крыше (поверхности) подвижного объекта с помощью узлов крепления в нижней части корпуса электронного блока.
Предлагаемая схема АС позволяет снизить общую массу конструкции до 15-20 кг, сохранив общее время ее развертывания одним оператором на уровне менее 3х минут, в зависимости от обстоятельств развертывания (лето, зима, открытая площадка или крыша объекта), что несколько лучше показателей прототипа и аналогов. Транспортировку антенной системы в сложенном состоянии, возможно осуществлять вручную, на полу, на борту или на крыше любого подвижного объекта. Основное преимущество полезной модели состоит в том, что предлагаемое решение АС позволяет повысить точность определения координат ИРИ за счет значительно меньшего электромагнитного взаимодействия между собственно РКА, ША и элементами схемы на входах каждой РКА, территориально разнесенных между собой и ША.
Таким образом, технические преимущества предлагаемых решений достаточно очевидны и не требуют дополнительных пояснений.
Техническая реализация полезной модели вполне осуществима в условиях практически любого радиотехнического предприятия с использованием недефицитной элементной базы.
Данная полезная модель была разработана с применением методов ТРИЗ, и специализированного алгоритма решения изобретательских задач АРИ3-856 (метод разделения объектов).