КОРАБЕЛЬНАЯ ПЕРЕДАЮЩАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА - 3

Полезная модель относится к элементу радиосвязи - антенной технике и может быть использована для создания фазированных антенных решеток коротковолнового (KB) и ультракоротковолнового (УКВ) диапазонов в условиях ограниченной поверхности их размещения с целью улучшения электромагнитной обстановки работы ЮС, например, на кораблях и судах.
Известно, что несимметричный вибратор (или штырь) широко используется исходя из его высоких характеристик по массогабаритным характеристикам и направленным свойствам. Штырь занимает малую площадь при размещении, поэтому повсеместно используется на судах и кораблях, причем в значительным количестве на борту судов (несколько десятков).
A
На фиг. 1 представлен классический несимметричный вибратор или штырь, который имеет излучающую часть - 1, в виде проводящего прямолинейного проводника, и заземлитель - 2, при этом выход генератора ЭДС (~U) - 3 подключен одной клеммой к излучающей части 1, а другой клеммой - к заземлителю 2.
a
0
НАС
0
0
0
0
0
0
0
0
8
На фиг. 1 приведена физическая модель несимметричного вибратора, расположенного вдоль оси X. При этом ℓ длина вибратора с диаметром сечения . Длина вибратора играет важную роль в излучающих качествах штыря. Резонансная частота f или частота настройки f=f антенны связана с резонансной длиной волны λ и длиной вибратора следующими соотношениями: 4·ℓ=λ; f=C/λ, где C - скорость света (3·10, м/с). Режим работы с параметрами 4·ℓ=λ; f=C/λ называется режимом собственной длины волны. Коэффициент перекрытия для штыря равен 1,2. Поэтому антенны несимметричный вибратор работает в узкой полосе частот.
Например, штырь с установкой заданной длиной для работы в режиме собственной длины или в диапазоне близкому к данному режиму при длине: ℓ=4 метра - настраивается на частоты от 17 до 24 МГц; ℓ=5 метров - настраивается на частоты от 13 до 17 МГц; ℓ=7 метров - настраивается на частоты от 9 до 12 МГц; ℓ=8 метров - настраивается на частоты от 7,5 до 10 МГц; ℓ=10 метров - настраивается на частоты от 5 до 8 МГц.
Таким образом, для работы в KB диапазоне (от 3 до 30 МГц) необходимо иметь не менее 7 штыревых антенн, которые обозначаются: так 4 метровый как Ш4 (штырь четырехметровый); 5 метровый - Ш5; 7 метровый - Ш7; 8 метровый - Ш8; 10 метровый - Ш10.
Однако такое количество штыревых антенн не целесообразно использовать, поэтому создают сложные конструкции штырей с целью расширения рабочего диапазона их использования.
K
На фиг. 2 приведены типовые варианты совершенствования конструкции антенн для расширения диапазонных свойств антенны. Системы связи, работающие в коротковолновом диапазоне радиочастотного спектра, повсеместно используют вертикальные несимметричные вибраторы практически одинаковой конструкции. Их различие состоит только в том, что используют различное количество включенных сосредоточенно индуктивностей 4 (L), а также емкостных штырей на конце антенны 5.
A
Вариант фиг. 2(а) представляет конструкцию штыря работающего в узкой полосе частот и содержит излучающую часть 1 и заземлитель 2, к клеммам «а» и «б» антенны подключен генератор ~U. Для судов разработана такая антенна:
- судовая передающая антенна штырь типа АС-8С, имеющая различные варианты исполнения в зависимости от их размещения и представленные в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 271-272, - Л.: изд. «Судостроение», 1990;
судовая передающая антенна под названием «Антенна - мачта», представляет собой изолированную от палубы мачту (как правило, с верхним питанием при заземленной мачте) высотой 25 метров в качестве излучателя - 1 и палуба судна - заземлитель - 2. Рабочий диапазон антенны от 1,5 МГц до 4,5 МГц. Антенна относится к аналогу «Антенна-мачта», патент №191651, СССР, МКИ H04d. «Антенна-мачта», патент №816355, СССР, МКИ H01Q 1/34. Недостатком антенны является: очень малый коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот и большие массогабаритные характеристики.
K
Вариант фиг. 2(б) представляет собой несимметричный вибратор с включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Z=(R+jωL). Длина антенны ℓ=10 метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 4 до 25 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Широкополосная передающая антенна - 11» - ШПА - 11 с RL - включением (представлена в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 139-141, -Л.: изд. «Судостроение», 1990). Недостатком антенны является: неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массогабаритные характеристики.
Вариант фиг. 2(в) представляет собой несимметричный вибратор подобный варианту фиг. 2(б) но отличающийся тем, что имеется емкостная нагрузка 5 на конце антенны. Емкостная нагрузка компенсирует в верхней части диапазона индуктивное сопротивление антенны, чем расширяет диапазонные свойства антенны в сравнении с вариантом фиг. 2(б). Таким образом, антенна работает в диапазоне от 4 до 30 МГц. Недостатком антенны является: неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массогабаритные характеристики.
Вариант фиг. 2(г) представляет собой несимметричный вибратор подобный варианту фиг. 2(б), но отличается тем, что сделана попытка удлинить антенну включением третьей индуктивности. Удлинение позволяет использовать частоты от 3 до 25 МГц. Однако дополнительная реактивность снижает величину тока и понижает эффективность антенны. Более трех совместно используемых индуктивностей в антеннах не используют. Недостатком антенны является: повышенное сопротивление антенны, неравномерность частотной характеристики входного сопротивления антенны и большие массо-габаритные характеристики.
K
Вариант фиг. 2(д) представляет собой несимметричный вибратор включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Z=(R+jωL). Длина антенны ℓ=10 метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 5 до 30 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Импедансная многовибраторная передающая антенна - 11-2» - ШПА-11-2 с RL - включением и четырех вибраторов (патент СССР №285837 МКИ H01Q 9/18). Для устранения неравномерности частотной характеристики входного сопротивления установлены дополнительно четыре штыря 5, которые обеспечивают выравнивание ее частотной характеристики в рабочем диапазоне частот от 5 до 30 МГц. Описание представлено в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 142-150, - Л.: изд. «Судостроение», 1990. Общим параметром перечисленных антенн является коэффициент бегущей волны, который находится в пределах от 0,3 до 0,4.
1
2
3
4
N-1
N
На фиг. 3 представлен общий вид размещения антенного модуля любого из 1, 1, 1, 1, …, 1, 1 на металлической поверхности корабля 2 или судна, вертикально, например, на палубе или надстройки, где 1 - цилиндрический излучатель, высотой 40 см и диаметром 5 см, изолированный изолятором 10 от металлической поверхности (корпуса) корабля - 2 (например, палубы)
1
2
3
4
N-1
N
1
N
На фиг. 4 представлена корабельная передающая антенная система, содержащая высокочастотный генератор - 3, усилитель мощности - 6, согласующее устройство - 7, N антенных модулей - 1, 1, 1, 1, …, 1, 1, фидерные линии (коаксиальный кабель) - 8: при этом выход высокочастотного генератора 3 соединен коаксиальным кабелем 8 через усилитель мощности 6 с входом согласующего устройства 7; N выходов согласующего устройства 7 коаксиальными кабелями 8 одинаковой длины соединенные с входами каждого из N антенных модулей, начиная с 1 по , при этом кабели соединены через отверстия в металлической поверхности (корпуса) корабля (судна) 2.
На фиг. 5 представлено согласующее устройство корабельной передающей антенной системы 7, содержащее согласующий трансформатор Тр. 1 с одной первичной обмоткой - I, и N - вторичных обмоток II с первой -1 по N, при этом вход согласующего устройства 7 соединен коаксиальным кабелем с клеммой «а» первичной обмотки трансформатора Тр.1, клемма «б» первичной обмотки трансформатора Тр. 1 заземлена; клемма «в» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 соединена с собственным выходом, начиная с первого 1 по N, с центральной жилой коаксиального кабеля, а клемма «г» каждой из N вторичных обмоток трансформатора Тр. 1 заземлена.
1
2
На фиг. 6 сечение антенного модуля в горизонтальной плоскости, где 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-N - вертикальные излучатели изолированные друг от друга, D - диаметр антенного модуля равный 5 см, D - диаметр внутренней полости антенного модуля в котором располагается наполнитель с параметрами ε=10 и µ=10 и спиральной проволочной нагрузкой равен 4 см, D - диаметр вертикальных излучателей (изолированных друг от друга проводников) с изоляцией равен 1 мм; поверх вертикальных излучателей располагается изолирующее покрытие Пл, образующий цилиндрический излучатель.
N
На фиг. 7 представлено сечение в вертикальной плоскости одного из N антенных модулей корабельной передающей антенной системы, например, 1, где 7 - согласующее устройство, 8 - коаксиальный кабель, 2 - металлическая поверхность корпуса корабля (судна), 1-1 и 1-N - вертикальные излучатели изолированные друг от друга, образующие цилиндрический излучатель, причем каждый вертикальный излучатель соединен в нижней части клеммой «б» с блоком питания 12, а в верхней части через клемму «в» с общей клеммой «а» для всех N излучателей, 13 - активный наполнитель цилиндрического излучателя с параметрами ε=10 и µ=10, 9 - спиральная проволочная нагрузка цилиндрического излучателя 1, 10 - изолятор, 11 - крепление изолятора 10 к корпусу корабля 2, 12 - блок питания N вертикальных излучателей антенного модуля, при этом один из N выходов согласующего устройства 7 соединен центральной жилой коаксиального кабеля 8, проходящего через отверстие в металлической поверхности корпуса корабля (судна) 2, с входом блока питания вертикальных излучателей антенного модуля 12, а экранная оболочка коаксиального кабеля 8 соединена с корпусом корабля 2 через клемму «г»; первый выход блока питания вертикальных излучателей антенного модуля 12 соединен клеммой «б» с первым вертикальным излучателем 1-1 в нижней его части, в верхней части первый вертикальный излучатель 1-1 через клемму «в» соединен с общей клеммой «а» цилиндрического излучателя; каждый последующий вертикальный излучатель соединен с собственным выходом блока питания вертикальных излучателей антенного модуля 12 через клемму «б» в нижней части, собственную для каждого вертикального излучателя, а через клемму «в», собственную для каждого излучателя в верхней его части, вертикальный излучатель соединен с общей для цилиндрического излучателя клеммой «а»; N-ый выход блока питания излучателей антенного модуля 12 соединен клеммой «б» с N-ым вертикальным излучателем 1-N в нижней его части, в верхней части N-ый вертикальный излучатель 1-N через клемму «в» соединен с общей клеммой «а» цилиндрического излучателя 1; общая для всех вертикальных излучателей с первого 1-1 по N-ый излучатель клемма «а» соединена с клеммой «к» через спиральную проволочную нагрузку 9 цилиндрического излучателя 1, расположенного в активном наполнителе 13 с параметрами ε=10 и µ=10, а клемма «к» заземлена на корпус корабля через клемму «с», N вертикальных излучателей образуют цилиндрический излучатель 1, размещенный на изоляторе 10, который соединен с корпусом корабля (судна) 2 креплением изолятора 11.
На фиг. 8 представлен блок питания вертикальных излучателей антенного модуля 12, где трансформатор Тр. 1 содержит одну первичную обмотку 1 и N вторичных обмоток начиная с первой 2-1 по N-ую - (2-N), при этом вход блока питания излучателей антенного модуля 12 соединен с первичной обмоткой трансформатора Тр. 1 через клемму «а», а через клемму «б» первичная обмотка заземлена; N вторичных обмоток начиная с первой 2-1 по N-ую - (2-N) образуют N выходов, каждая из N вторичных обмоток соединена через клемму «в» к одному из выходов блока питания вертикальных излучателей антенного модуля 12, а клеммой «г» каждая из N вторичных обмоток начиная с первой 2-1 по N-ую - (2-N) заземлена.
На фиг. 9 представлены графики активной части входного сопротивления цилиндрической антенны с экспоненциальной нагрузкой, помещенной в активный наполнитель цилиндрического излучателя с параметрами:
1) ε=1 и µ=100;
2) ε=100 и µ=1;
3) ε=10 и µ=10
На фиг. 10 представлены графики реактивной части входного сопротивления цилиндрической антенны с экспоненциальной нагрузкой, помещенной в активный наполнитель цилиндрического излучателя с параметрами:
1) ε=1 и µ=100;
2) ε=100 и µ=1;
3) ε=10 и µ=10
K
A
K
Системы связи, работающие в коротковолновом диапазоне радиочастотного спектра, повсеместно используют вертикальные несимметричные вибраторы практически одинаковой конструкции. Их различие состоит только в том, что используют различное количество включенных сосредоточенно индуктивностей L, а также емкостных штырей на конце антенны. При этом, генератор электродвижущей силы ~U возбуждает ток в антенне, где элементами для настройки на заданный диапазон частот могут являться сосредоточенно включенные индуктивность L и емкость C. Включение индуктивностей в качестве неоднородностей в электрическую схему вертикального несимметричного вибратора более трех не целесообразно. Обосновано это тем, что суммарная индуктивность увеличивает активное сопротивление провода и как следствие, уменьшает величину тока в антенне.
K
A
A
Включение сосредоточенно элементов индуктивность L и емкость C приводит к увеличению добротности антенны, что снижает рабочий диапазон. Добротность зависит от волнового сопротивления W и активного сопротивления вибратора R
A
A
A
Q=W/R.
Таким образом, в разделе рассмотрены варианты типовых антенны и показаны особенности их конструктивных решений, позволяющих изменять диапазонные свойства. Эти примеры дают основание для дальнейшего изменения конструкции для совершенствования излучающих возможностей описанных антенн.
Целью разработки полезной модели является установление постоянства тока в антенне независимо от рабочей частоты и уменьшение массогабаритных характеристик антенны (уменьшения веса и размеров антенны). Это возможно на основании использования укороченных несимметричных вибраторов.
Эффективность излучения коротких антенн
Короткую антенну при определенных допусках можно рассматривать в качестве элементарного электрического излучателя. При этом мощность излучения для элементарного излучателя получается
,
но ,
СФ
A
где S=ℓ·2π·r. E/H=120π
Приравнивая выражения мощности излучения можно получить
; и
На основании анализа выражений для магнитной H и электрической E составляющих следует, что:
- напряженность поля, создаваемая вибратором зависит от объема поля, в котором оно сосредоточено ;
- значение векторных величин E и H уменьшается с увеличением длины волны при неизменности геометрических размеров излучателя;
- геометрические размеры антенны оказывают влияние на напряженность поля, поэтому, уменьшая размеры излучателя, следует для увеличения напряженности поля в объеме необходимо увеличение тока в антенне.
Последний пункт используется в основу разработки полезной модели, при этом возможны два пути.
Первый, укорачивая антенну необходимо увеличить ток в ней. Данный путь не изменяет электромагнитную обстановку (ЭМО).
Второй путь, который выбран для построения антенной системы -путь, при котором ток в антенне незначителен, но неизменен во всем диапазоне частотного спектра, причем величина установленного тока не оказывает влияния на ЭМО, а уровень излучаемой мощности достигается сложением мощности в пространстве работой маломощных излучателей. Для решения второго пути должна быть построена антенная система в виде фазированной антенной решетки (ФАР).
K
Поэтому в качестве прототипа использована модель варианта фиг. 2(д), которая представляет собой несимметричный вибратор с включенными в разрыв провода комплексными сопротивлениями Z=(R+jωL) и четырех вибраторов. Длина антенны ℓ=10 метров, комплексное сопротивление включено на высоте примерно 7 метров. Рабочий диапазон антенны от 5 до 30 МГц. Устанавливается на всех судах под названием «Импедансная многовибраторная передающая антенна - 11-2» - ШПА-11-2 с RL - включением и четырех вибраторов (патент СССР №285837 МКИ H01Q 9/18). Для устранения неравномерности частотной характеристики входного сопротивления установлены дополнительно четыре штыря 5, которые обеспечивают выравнивание ее частотной характеристики в рабочем диапазоне частот от 5 до 30 МГц. Описание представлено в монографии «Судовые антенны» М.В. Вершкова и О.Б. Миротворского на стр. 142-150, - Л.: изд. «Судостроение», 1990. Общим параметром перечисленных антенн является коэффициент бегущей волны, который находится в пределах от 0,3 до 0,4.
Целью разработки полезной модели является создание условий работы корабельной передающей антенной системы уменьшающей или исключающей влияние излучения системы на электромагнитную обстановку корабля в которой работает множество РЭС; упрощения системы согласования фидера с антенной; повышение мощности излучения передающей системы за счет сложения мощности излучения в пространстве от совместной работы нескольких укороченных излучателей; уменьшения массогабаритных характеристик для возможного размещения в любых условиях верхней палубы корабля, судна.
Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введены: антенная система, состоящая из N излучателей или антенных модулей 1, согласующее устройство 7 на N-каналов, экспоненциальная нагрузка 9 цилиндрического излучателя 1, размещенная в активном наполнителе 13 с параметрами ε=10 и µ=10, блок питания излучателей в каждом антенном модуле.
Вопросы разработки малогабаритных антенных устройств остаются актуальными всех диапазонов радиочастот, так как эффективность излучения любой антенны во многом зависит от соотношения между физическими размерами антенны и длиной волны. Например, наиболее оптимальный размер несимметричного вибратора равен четверти длины волны. Это наименьший размер, при котором возможен резонанс антенны, как колебательного контура, что дает чисто активное входное сопротивление и облегчает согласование антенны с фидером. При уменьшении физических размеров вибратора возрастает емкостная реактивная составляющая входного сопротивления антенны, что не позволяет эффективно передавать энергию из фидера в антенну.
Для разработки антенны выбран сильно укороченный несимметричный вибратора в виде цилиндрической излучателя высотой антенны h=40 см с радиусом цилиндра R=5 см, размещенным на корпусе корабля (фиг. 3).
ВХ
С ростом радиуса R, растет и входное сопротивление RВХ. Если при радиусе цилиндра равным R=5 см входное сопротивление антенны R составляет доли Ома, то при радиусе R=20 см уже единицы Ом, а при радиусе R=50 см - более десяти Ом. Однако при этом заметна сильная неравномерность графика активного входного сопротивления, причем реактивная часть входного сопротивления имеет достаточно большой разброс в диапазоне частот от 3 до 30 МГц. Поэтому для разработки конструкции выбран радиус R=50 см, при этом работают совместно не менее пяти антенных модулей, расположенных произвольным образом. Высота антенны приемлема для кораблей и судов, на которых верхняя палуба необходима для размещения вспомогательных технических устройств различного назначения.
Так как активная часть сопротивления связана с сопротивлением излучения, то оно также будет иметь небольшие значения. Например, при подаче 1 В напряжения на антенну, излученная мощность будет составлять тысячные - десятые доли милливатта. Однако используя фазированную антенную решетку можно получить необходимые параметры излучения учитывая, что за счет сложения мощности в пространстве от N излучателей мощность излучения значительно увеличивается.
Принцип работы устройства.
1
2
3
4
N-1
N
1
N
ген
ген
ВТ
ПР
ВТ
ПР
N
N
N
ген
На фиг. 3 представлен принцип размещения антенных модулей 1 на металлической поверхности 2 корпуса корабля (судна). Антенный модуль 1 находится под напряжением, поэтому он изолирован от металлической поверхности 2 корпуса изолятором 10. Размещение модулей произвольное, в удобных для подвижного объекта местах. Количество антенных модулей 1 определено необходимой мощностью излучения, полученного на основе сложения мощности в пространстве за пределами верхней палубы корабля, где расположены РЭС. Для обеспечения сложения мощности в пространстве электромагнитных полей отдельных модулей 1 используется фазированная антенная решетка, причем фазирование модулей осуществляется установлением одинаковой длины питающих кабелей от согласующего устройства 7 до антенных модулей 1. Общая функциональная схема фазированной решетки представлена на фиг.4 и называется корабельная передающая антенная система. Корабельная передающая антенная система содержит: высокочастотный генератор - 3, усилитель мощности - 6, согласующее устройство - 7, N антенных модулей - 1, 1, 1, 1, …, 1, 1, размещенных на металлической поверхности корпуса корабля 2, фидерные линии (коаксиальный кабель) - 8: при этом выход высокочастотного генератора 3 соединен коаксиальным кабелем 8 через усилитель мощности 6 с входом согласующего устройства 7; N выходов согласующего устройства 7 коаксиальными кабелями 8 одинаковой длины соединены с входами каждого из N антенных модулей, начиная с 1 по 1, кабели проходят через отверстия в металлической поверхности корабля 2 (судна). Настроенный на заданную частоту f высокочастотный генератор 3 возбуждает усилитель мощности 6 на рабочей частоте f. Усилитель 6 усиливает колебания до заданной выходной мощности. Эта мощность поступает на вход согласующего устройства 7. Согласующее устройство 7 (фиг. 5) обеспечивает передачу по N своим выходам равную мощность, уменьшая общую мощность усилителя мощности на N антенных модулей. Обеспечивается достижение одинаковой мощности на каждом выходе согласующего устройства 3 за счет установленного равного отношения (K) числа витков в каждой вторичной обмотки (n) к виткам первичной обмотки (n), другими словами постоянства отношения для всех N выходов - K=(n)/(n). Каждый из N выходов согласующего устройства 7 подключен к собственному антенному модулю 1 с помощью коаксиального кабеля 8. Высокочастотный генератор 3, усилитель мощности 6 и согласующее устройство 7 (фиг. 4) располагаются внутри корпуса корабля (судна) в целях обеспечения высокой степени живучести высоковольтных устройств, поэтому для подключения антенных модулей 1 в корпусе корабля (судна) создают отверстия для прохождения питающих коаксиальных кабелей 8 отходящих от согласующего устройства 7. Коаксиальные кабели 8 находятся под низким уровнем напряжения, учитывая, что входное сопротивление антенного модуля не превышает 10 Ом. N коаксиальных кабелей 8 соединены с входом каждого из N антенных модулей In, таким образом, обеспечивая электрической энергией каждый антенный модуль 1 частотой f. (фиг. 4).
1
2
На фиг. 6 сечение антенного модуля в горизонтальной плоскости, где 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, …, 1-N - вертикальные излучатели изолированные друг от друга, D - диаметр антенного модуля равный 5 см, D - диаметр внутренней полости антенного модуля в котором располагается наполнитель с параметрами ε=10 и µ=10 и спиральной проволочной нагрузкой равен 4 см, D - диаметр вертикальных излучателей (изолированных друг от друга проводников) с изоляцией равен 1 мм; поверх вертикальных излучателей располагается изолирующее покрытие Пл, образующий цилиндрический излучатель.
N
На фиг.7 представлено сечение в вертикальной плоскости одного из N антенных модулей корабельной передающей антенной системы, например, 1, где 7 - согласующее устройство, 8 - коаксиальный кабель, 2 - металлическая поверхность корпуса корабля (судна), 1-1 и 1-N - вертикальные излучатели изолированные друг от друга, образующие цилиндрический излучатель, причем каждый вертикальный излучатель соединен в нижней части клеммой «б» с блоком питания 12, а в верхней части через клемму «в» с общей клеммой «а» для всех N излучателей, 13 - активный наполнитель цилиндрического излучателя с параметрами ε=10 и µ=10, 9 спиральная проволочная нагрузка цилиндрического излучателя 1, 10 - изолятор, 11 - крепление изолятора 10 к корпусу корабля 2, 12 - блок питания вертикальных излучателей антенного модуля, при этом один из N выходов согласующего устройства 7 соединен центральной жилой коаксиального кабеля 8, проходящего через отверстие в металлической поверхности корпуса корабля (судна) 2, с входом блока питания вертикальных излучателей антенного модуля 12, а экранная оболочка коаксиального кабеля 8 соединена с корпусом корабля 2 через клемму «г»; первый выход блока питания вертикальных излучателей антенного модуля 12 соединен клеммой «б» с первым вертикальным излучателем 1-1 в нижней его части, в верхней части первый вертикальный излучатель 1-1 через клемму «в» соединен с общей клеммой «а» цилиндрического излучателя; каждый последующий вертикальный излучатель соединен с собственным выходом блока питания излучателей антенного модуля 12 через клемму «б» в нижней части собственную для каждого вертикального излучателя, а через клемму «в» собственную для каждого излучателя в верхней его части вертикальный излучатель соединен с общей для цилиндрического излучателя клеммой «а»; N-ый выход блока питания вертикальных излучателей антенного модуля 12 соединен клеммой «б» с N-ым вертикальным излучателем 1-N в нижней его части, в верхней части N-ый вертикальный излучатель 1-N через клемму «в» соединен с общей клеммой «а» цилиндрического излучателя 1; общая для всех вертикальных излучателей с первого 1-1 по N-ый излучатель клемма «а» соединена с клеммой «к» через спиральную проволочную нагрузку 9 цилиндрического излучателя 1, расположенного в активном наполнителе с параметрами ε=10 и µ=10, а клемма «к» заземлена на корпус корабля через клемму «с», N вертикальных излучателей образуют цилиндрический излучатель 1, размещенный на изоляторе 10, который соединен с корпусом корабля (судна) 2 креплением изолятора 11.
На фиг. 8 представлен блок питания вертикальных излучателей антенного модуля 12, где трансформатор Тр. 1 содержит одну первичную обмотку 1 и N вторичных обмоток начиная с первой 2-1 по N-ую - (2-N), при этом вход блока питания вертикальных излучателей антенного модуля 12 соединен с клеммой «а» первичной обмотки трансформатора Тр. 1, а через клемму «б» первичная обмотка заземлена; N вторичных обмоток начиная с первой 2-1 по N-ую - (2-N) образуют N выходов, каждая из N вторичных обмоток соединена через клемму «в» к одному из выходов блока питания вертикальных излучателей антенного модуля 12, а клеммой «г» каждая из N вторичных обмоток начиная с первой 2-1 по N-ую - (2-N) заземлена.
Таким образом, с одного из выходов согласующего устройства 7 коаксиальным кабелем 8 обеспечивается подача высокочастотной энергии на первичную обмотку трансформатора Тр. 1 блока питания излучателей антенного модуля 12. Вторичные обмотки трансформатора Тр. 1 возбуждают ток в излучателях модуля, которые выполнены в виде вертикальных проволочных излучателей, расположенных по окружности цилиндрического модуля как это показано на фиг. 6.
Электрическая энергия высокочастотного генератора поступает по вертикальному излучателю к клемме «а», в точку к которой подключена спиральная проволочная нагрузка 9, размещенная в активном наполнителе 13 цилиндрического излучателя с параметрами ε=10 и µ=10.
A
Гop
A
Верт
Токи I=I, текущие к клемме «а» по поверхности закрытой верхней части антенны по направлению к цилиндрической поверхности, разнонаправленные, поэтому электромагнитное поле излучения они не создают. Но токи I=I по цилиндрической поверхности в каждом из проволочных излучателей одного направления образуют поле излучения модуля, чем интересна модель этого излучателя. Высота (или длина) цилиндрической антенны h=40 см с учетом взаимного сопротивления между одного направления токов в каждом вертикальном излучателе обладает большим индуктивным сопротивлением. Для компенсации индуктивного сопротивления к цилиндрической части антенны в точках «а» включен блок называемый спиральной проволочной нагрузкой 9, который расположен внутри цилиндрического модуля и заполнен искусственной средой - активным наполнителем 13 с установленными параметрами ε=10 и µ=10. Спиральная проволочная нагрузка заземлена на корпус корабля через клеммы «с». Спиральная проволочная нагрузка 9 цилиндрического излучателя 1 обеспечивает равномерную нагрузку во всем диапазоне рабочих частот от 3 до 30 МГц. Известно, что коэффициент распространения электромагнитных волн «к» определен свойствами параметров сред εµ следующей зависимостью: к=ω√εµ. Спиральная проволочная нагрузка введена для выравнивания сопротивления излучателей одинаковую для различных частот за счет работы нагрузки в особых параметрах среды. Работа цилиндрического излучателя 1 совместно с нагрузкой 9 в активном наполнителе 13 исследована и показала хорошие результаты. Эти результаты представлены на фиг. 9 и фиг. 10. На фигурах представлены исследования входного сопротивления антенны при размещении нагрузки 9 в активный наполнитель 13 с параметрами: 1) ε=1 и µ=100; 2) ε=100 и µ=1; 3) ε=10 и µ=10. На фиг. 9 представлены графики активной части входного сопротивления цилиндрической антенны с нагрузкой 9, помещенной в активный наполнитель 13 цилиндрического излучателя 1. Так если параметрами являются такие как ε=1 и µ=100, то цилиндрический излучатель имеет резонанс на частоте 6 МГц, а на остальных частотах наполнитель низкой активности; если параметрами являются такие как ε=100 и µ=1, то цилиндрический излучатель имеет резонанс на частоте 15 МГц, а на остальных частотах наполнитель низкой активности; если параметрами являются такие как ε=10 и µ=10, то цилиндрический излучатель не имеет острого резонанса и характеристика сопротивления изменяется плавно. Поэтому за основу разработки антенного модуля принята среда наполнителя с параметрами ε=10 и µ=10.
Процесс получения веществ с высокой магнитной проницаемости достаточно прост. Например, феррит. Однако, процесс получения веществ с высокой диэлектрической проницаемость осложнен. В настоящее время одним из наиболее распространенных веществ с высокой диэлектрической проницаемостью является титанат бария. Кроме того, патент РФ №2111568 позволяет получать подобный материал.
Совокупность существенных признаков заявляемого устройства обеспечит достижение поставленной цели. Авторам неизвестны технические решения из области радиосвязи, антенной техники, содержащие признаки, эквивалентные отличительным признакам заявляемого устройства. Авторам неизвестны технические решения из других областей техники, обладающие свойствами заявляемого технического решения. Таким образом, заявляемое техническое решение, по мнению авторов, обладает критерием существенных признаков.