АНТЕННА

Полезная модель относится к области радиосвязи и может быть использована на судах, кораблях, подвижных и стационарных объектах в качестве антенны для излучения и приема радиосигналов в ДВ, СВ, KB и УКВ диапазонах. Наиболее близкой по своей технической сущности и в качестве антенны-прототипа взята серийно выпускаемая антенна KB диапазона К-674-2АШ, состоящая из: излучателя (проводящий цилиндр) из трех звеньев, стеклопластиковой колонки, внутри которой размещено согласующее устройство, специального излучателя из углеродного шнура.
Антенна характеризуется следующими параметрами: диапазон использования 1.5-30 МГц, коэффициент стоячей волны КСВн в полосе 1.5-6 МГц - 10, в полосе 6-30 МГц-4, вес более 100 кг, высота 10.5 м.
К недостаткам антенны можно отнести: высокий уровень КСВн, ограничение его по диапазону, ограничение мощности по диапазону, наличие согласующего устройства, а использование композиционных материалов при изготовлении специального излучателя из углеродного шнура, стеклопластиковой колонки и излучателя из углепластика предопределяет сложную технологию изготовления и сборку отдельных узлов, большое число сочленений, низкую надежность, сложность эксплуатации на объектах, высокую стоимость. Большой вес ограничивает установку на кораблях малого тоннажа, а высота 10.5 метров делает невозможной радиосвязь отраженной волной из за большого отношения высоты антенны к рабочей длине волны.
Целью полезной модели является снижение уровня КСВн, увеличение подводимой мощности, расширение диапазона, повышение надежности, улучшение эксплуатационных характеристик, снижение стоимости.
Поставленная цель достигается тем, что конструкция заявляемой антенны выполнена из свободностоящего проводящего цилиндра, высокочастотного фидера, размещенного внутри, верхний конец центрального проводника высокочастотного фидера подсоединен через резистор к металлическому проводящему диску, а нижний конец высокочастотного фидера через высокочастотный разъем к генератору, при этом емкостная проводящая труба через фланец соединяется с металлическим проводящим диском и имеет гальванический контакт с металлическим проводящим согласующим стаканом, нижней конец которого разомкнут, а наружный проводник высокочастотного фидера соединяется с внутренней поверхностью проводящего цилиндра, который является несущей конструкцией антенны, установленной на плоском проводящем экране.
На Фиг. 1 представлены общий вид конструкции и узел подключения высокочастотного фидера к антенне. На Фиг. 2 представлены электродинамические характеристики заявляемой антенны.
Антенна содержит: проводящий цилиндр 1, емкостную проводящую трубу с фланцем 2, металлический проводящий диск 3, резистор 4, металлический проводящий согласующий стакан 5, центральный проводник высокочастотного фидера 6, наружный проводник высокочастотного фидера 7, высокочастотный разъем 8, генератор 9, плоский проводящий экран 10.
Антенна работает следующим образом:
- электродвижущая сила возбуждения по центральному проводнику высокочастотного фидера 6 через резистор 4 подводится к проводящему диску 3, где часть энергии поглощается резистором, часть энергии устремляется в емкостную проводящую трубу 2 с фланцем, а часть энергии отводится в металлический согласующий стакан 5, обеспечивая тем самым режим бегущей волны в антенне, снижая при этом величину КСВн, повышая подводимую мощность, и расширяет рабочую полосу в сторону низких частот.
Сопоставимый анализ с антенной прототипом показывает, что заявляемая антенна отличается геометрическими размерами, формой проводящих элементов, выбранными в соответствии с диапазоном частот (длин волн), электрическими соединениями и связями элементов конструкции. Это позволяет сделать вывод, что заявляемая антенна соответствует критерию «Новизна», а анализ известных технических решений аналогичных по назначению показал на отсутствие в них новой совокупности существующих признаков заявляемого устройства, проявляющих такие свойства, которые приобрел от их использования заявленный объект, что указывает на соответствие заявляемого устройства критерию «Изобретательный уровень».
Окончательная проверка возможностей достижения поставленной цели, определение оптимальных размеров проводников, форм и местом расположения элементов устройства определено в процессе экспериментальных исследований. Было выявлено, что в заявляемой антенне размер фланца емкостной проводящей трубы в пределе, должен быть равным диаметру проводящего металлического диска, а коаксиальный высокочастотный фидер иметь минимальную погонную емкость.
Полученные результаты измерений (протокол №1) электродинамических характеристик входного сопротивления, коэффициент стоячей волны и диаграмм направленности в вертикальной плоскости, позволяет сделать вывод, что поставленная цель полезной модели достигнута, так как коэффициент стоячей волны КСВн в рабочей полосе частот менее 3.3, диаграмма направленности в вертикальной плоскости полностью прижата к плоскому проводящему экрану, что обеспечивает возможность радиосвязи отраженной волной на расстоянии более 1000 км, а исключение из состава стеклопластиковой колонки с согласующим устройством, специального излучателя из углеродного шнура, углепластикового проводящего цилиндра (излучателя из трех звеньев), уменьшит вес, значительно упростит конструкцию антенны, снизит стоимость, повысит надежность, а также функциональные и эксплуатационные характеристики заявляемой антенны.
ПРОТОКОЛ №1
Экспериментальных исследований антенны KB - УКВ диапазонов
1. ОБЪЕКТ ИСПЫТАНИЙ
1.1 Макеты антенн KB - УКВ диапазонов.
2. ЦЕЛЬ ИСПЫТАНИЙ
a
в
2.1 Экспериментально исследовать и определить оптимальное соотношение размеров, форм, диаметров и расположения проводников над плоским проводящим экраном, а так же уровень согласования входного сопротивления Z с высокочастотным фидером с волновым сопротивлением 50-75 Ом. Испытания провести в полосе частот 1.5-30 МГц, руководствуясь положением, что отношение  не должно превышать 0,5 (где λ - длина волны 10 м), а в полосе частот 30-220 МГц качество работы макета оценить по уровню согласования, т.е. величине коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВн менее 4), при исследовании определить электрическую схему, обеспечивающую работу антенны в указанных диапазонах частот.
3. УСЛОВИЯ И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ
3.1 Испытания проводились на стендах АО «НИИ «Нептун»
3.2 Испытания проводятся в нормальных климатических условиях, характеризующихся сочетанием следующих факторов:
- температура окружающей среды от 288 К до 308 К (от 15 до 35°С);
- относительная влажность от 45% до 80%;
4
4
- атмосферное давление от 8,6×10 до 10,6×10 ПА (от 645 до 795 мм рт. ст.).
4. МАТЕРИАЛЬНО ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ
- измеритель комплексных коэффициентов передачи «Обзор 103»;
- макеты антенн KB - УКВ диапазонов.
5. ОЦЕНИВАЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ
- уровень коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВн);
- полоса рабочих частот;
- определение оптимальных длин, диаметров и расположения проводников относительно друг друга и высоты их расположения над проводящим экраном;
- диаграмма направленности в вертикальной плоскости.
6. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Было изготовлено два макета антенн:
- для работы в полосе частот 1.5-30 МГц;
- для работы в полосе 30-220 МГц.
В результате испытаний было установлено, что проводников должно быть четыре - проводящий цилиндр, как несущая конструкция антенны, емкостная проводящая труба с фланцем, проводящий металлический диск и проводящий согласующий стакан, при этом емкостная труба с фланцем располагаются сверху металлического диска, а согласующий стакан снизу, причем и труба и стакан должны иметь гальванический контакт с диском хотя бы в одной точке. В полосе частот 1.5-30 МГц диаметр фланца емкостной трубы, в пределе, должен быть равным диаметру проводящего металлического диска, а в полосе частот 30-220 МГц не должен превышать диаметра 300 мм. Погонная емкость высокочастотного кабеля (фидера) должна быть минимальной.
6.1 Результаты измерений представлены на фиг. 1-4 и таблице 1.
Фиг. 1 Общий вид конструкции и узел подключения высокочастотного фидера к антенне (5000 мм)
1 - проводящий цилиндр
2 - емкостная труба с фланцем
3 - металлический проводящий диск
4 - резистор
5 - металлический проводящий согласующий стакан
6 - центральный проводник высокочастотного фидера
7 - наружный проводник высокочастотного фидера
8 - высокочастотный разъем
9 - генератор
10 - плоский проводящий экран
Фиг. 2 Общий вид конструкции и узел подключения высокочастотного фидера к антенне (2100 мм)
1 - проводящий цилиндр
2 - емкостная труба с фланцем
3 - металлический проводящий диск
4 - резистор
5 - металлический проводящий согласующий стакан
6 - центральный проводник высокочастотного фидера
7 - наружный проводник высокочастотного фидера
8 - высокочастотный разъем
9 - генератор
10 - плоский проводящий экран
7. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
7.1 Экспериментальные исследования выполнены в полном объеме.
7.2 Анализ результатов испытаний показывает, что полученные электродинамические характеристики (Za, Ra, Ха, КСВн и т.д.) изготовленных макетов подтвердили правильность выбранных решений при этом для работы в полосе частот 1,5-30 МГц можно создать антенну с КСВн менее 3,3 и диаграммой направленности в вертикальной плоскости, полностью прижатой к проводящему экрану (земле), а в полосе частот 30-220 МГц антенну с КСВн менее 4, при этом обе антенны используют одну электрическую схему, имеют одинаковое количество проводящих элементов, узлов и отличаются друг от друга только геометрическими размерами в зависимости от использования рабочей полосы частот.