Мобильная ориентируемая антенна диапазонов ДВ и СДВ

Область техники
Полезная модель относится к антенной технике, а именно к приемопередающим антеннам длинноволнового (ДВ) и сверхдлинноволнового (СДВ) диапазона частот.
Уровень техники
Из уровня техники известна многоэлементная магнитная антенна ДВ- и СДВ-диапазона частот (полезная модель РФ№181783). Недостатком такой антенны является техническая сложность проектирования антенного узла в силу того, что воплощение такого решения на практике невозможно без проектирования и изготовления механических приспособлений, неподвижно фиксирующих антенные элементы относительно друг друга.
Из уровня техники известны также магнитные антенны, предназначенные для передачи и приема электромагнитных сигналов ДВ- и СДВ-диапазона - передающая линейная магнитная антенна (RU 2428774 С1 МПК H01Q 7/06, опуб. 10.09.2011), и компактная параметрическая антенна (US 5495259А опуб. 27.02.1996, H01Q 7/06).
Недостатком, общим для всех вышеперечисленных антенн, представляющих собой типичную реализацию магнитного диполя Герца, является наличие ярко выраженных «слепых зон» диаграммы направленности, при отсутствии технической возможности динамичного перемещения и ориентирования в пространстве, с целью управления направленностью диаграммы излучения и вектором поляризации на ДВ и СДВ диапазонах частот.
Сущность полезной модели
Задачей заявленного технического решения является реализация приемопередающей антенны ДВ- и СДВ-диапазона частот (30 Гц - 300 кГц) с возможностью управления диаграммой направленности и вектором поляризации излучения, при сохранении увеличенной мощности излучения и возможности использования на борту мобильных объектов находящихся в движении.
Технический результат заявленного решения заключается в избирательном увеличении дальности передачи сигнала в заданном направлении.
Технический результат заявленного решения достигается за счет того, что мобильная ориентируемая антенная система ДВ- и СДВ-диапазона содержит приемопередающий магнитный антенный элемент, состоящий из продолговатой формы ферритового сердечника, при этом на внешнюю поверхность ферритового сердечника нанесена обмотка соленоида, выполненная с возможностью соединения с источником питания, при этом ферритовый сердечник и обмотка соленоида заключены во внешний диэлектрический каркас, выполненный с наличием на его внешней поверхности двух крепежных приспособлений.
В частном случае реализации, каждое крепежное приспособление выполнено в виде выступа с отверстием для возможности захвата рукой или механическим приспособлением.
В частном случае реализации заявленного технического решения крепежные приспособления выполнены со степенью свободы перемещения относительно продольной оси диэлектрического корпуса, посредством ручного или электромеханического приспособления.
В частном случае реализации заявленного технического решения крепежные приспособления содержат дополнительное отверстие для крепежа внешнего балласта.
При этом продолговатая форма ферритового сердечника позволяет увеличивать помехоустойчивость и усиливать передаваемую мощность антенны без использования многоэлементной компоновки (полезной модели РФ№181783), что технически упрощает ее использование на подвижных платформах при возможности управления поляризацией, посредством ориентации.
При этом сохраняются и улучшаются мобильные характеристики антенны в плане ее перемещения в пространстве на борту подвижной платформы - продолговатая (сигарообразная) форма готового изделия обладает минимальной парусностью при направлении движения, параллельном длине антенны, направление которой, при изменении направления движения несущей платформы, возможно динамично подстраивать для минимизации сопротивления воздуха.
Краткое описание чертежей
Детали, признаки, а также преимущества настоящего технического решения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленной полезной модели с использованием чертежей, на которых показано:
Фиг. 1 - базовое исполнение мобильной ориентируемой антенной системы ДВ и СДВ диапазона, в продольном виде (А) и поперечном виде (В);
Фиг. 2 - исполнение антенной системы, при котором каждое крепежное приспособление выполнено в виде выступа с отверстием для возможности захвата рукой или механическим приспособлением;
Фиг. 3-иллюстрация диаграммы направленности приемопередающего магнитного антенного элемента (как магнитного диполя Герца);
Фиг. 4 - исполнение антенной системы, при котором крепежные приспособления выполнены со степенью свободы перемещения относительно продольной оси диэлектрического корпуса, посредством ручного или электромеханического приспособления;
Фиг. 5- схема соединения обмотки соленоида с источником питания;
Фиг. 6 - исполнение мобильной ориентируемой антенной системы ДВ и СДВ диапазона, при котором крепежные приспособления содержат дополнительное отверстие для крепежа внешнего балласта, в продольном виде (А) и поперечном виде (В);
Фиг. 7 - результат изменения ориентации антенной системы в горизонтальной плоскости;
Фиг. 8 - результат изменения ориентации антенной в вертикальной плоскости На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - ферритовый сердечник; 2 - диэлектрический каркас; 3 - обмотка соленоида; 4 - крепежные приспособления; 5 - отверстие в крепежном приспособлении для захвата рукой или механическим приспособлением; 6 - приемопередающий магнитный антенный элемент; 7 - диаграмма направленности магнитного диполя Герца; 8 - приспособление, обеспечивающее перемещение и фиксацию крепежного приспособления в желаемой позиции по длине диэлектрического каркаса; 9 - источник питания; 10 - дополнительное отверстие для крепежа балласта; 11 - внешний балласт; 12 - горизонтальная поверхность (вид сбоку).
Раскрытие полезной модели:
Мобильная ориентируемая антенна диапазонов ДВ и СДВ, как показано на фиг. 1, в продольном (А) и поперечном (Б) видах представляет собой приемопередающий магнитный антенный элемент, который состоит из ферритового сердечника (1), помещенного в диэлектрический каркас (2). При этом на ферритовый сердечник (1) нанесена обмотка соленоида (3), выполненная с возможностью соединения с источником питания (9). Диэлектрический каркас выполнен с наличием двух крепежных приспособлений (4). На фиг. 2 показано исполнение, при котором данные крепежные приспособления выполнены с отверстием (5) для захвата рукой или механическим приспособлением.
Длина ферритового сердечника (1) на порядки превышает его поперечное сечение - благодаря чему достигается увеличение излучаемой мощности одиночного передающего магнитного элемента, за счет увеличения длины прохождения силовых линий магнитного поля (индуцируемого обмоткой соленоида (3)) по телу сердечника (1). Увеличение мощности излучения практически линейно связано с повышением помехоустойчивости и точностных характеристик системы, улучшает разрешающую способность и повышает дальность действия распространения сигнала.
Приемопередающий магнитный антенный элемент (6) относится к типу магнитного диполя Герца. Данный факт определяет диаграмму направленности (7) такой антенны, показанной на фиг. 3.
Компоновка, показанная на фиг. 1, позволяет изменять ориентацию такой антенны ДВ и СДВ диапазона, посредством оказания физического воздействия (давление/натягивание) на одно из крепежных приспособлений (4) рукой или механическим инструментом (в качестве которого может выступать трос), в том числе при захвате через отверстие (5), изображенное на фиг. 2. Так же, изменение ориентации может производиться одновременном аналогичном воздействии на каждое из двух приспособлений в противоположных направлениях движения.
Посредством данных физических манипуляций, осуществляется динамичное изменение пространственного положения (поворота) антенны, а как следствие - изменение направленности излучения и/или вектора поляризации (вертикальный/горизонтальный), и избирательное направление максимально возможной излучаемой мощности в заданном направлении.
На фиг. 4 изображено исполнение заявленного технического решения, при котором крепежные приспособления (4) и диэлектрический каркас (2) выполнены со степенью свободы перемещения вдоль продольной оси друг друга, посредством ручного или электромеханического приспособления (8), в данном частном случае, представленного в виде скользящей по длинному телу диэлектрического каркаса (2) полой болванки, которая при целенаправленном ручном или электромеханическом воздействии на себя увлекает за собой крепежное приспособление (4), обеспечивая независимое перемещение и фиксацию крепежного приспособления (4) в желаемой позиции на длине диэлектрического каркаса (2).
На фиг. 5 изображена схема подключения обмотки соленоида (3) к источнику питания (9), при котором один из концов (вход) обмотки соединен с источником питания, а второй конец (выход), выведен на землю. Осуществление трансляции посредством мобильной ориентируемой системы ДВ и СДВ диапазона происходит посредством подачи мощности с выхода источника питания (9) на вход обмотки соленоида (3).
На фиг. 6 изображено исполнение заявленного технического решения, при котором крепежные элементы (4) выполнены с дополнительным отверстием (10), которое используется для установки балласта (11), с целью увеличения веса устройства и возможности беспрепятственного погружения в водную и иные жидкие среды, с целью осуществления трансляции электромагнитного сигнала в пространство на ДВ-СДВ-диапазонах частот в поглощающих средах (например - морская вода), посредством магнитного приемопередающего элемента.
На фиг. 7 показан результат динамичного ориентирования антенны (являющейся магнитным диполем Герца (6)) в пространстве (вид сверху) как следствие оказания физического воздействия на крепежные приспособления (4), - в горизонтальной плоскости, результирующей в изменении диаграммы направленности излучения (7));
На фиг. 8 показан результат динамичного ориентирования антенны (являющейся магнитным диполем Герца (6)) в пространстве (вид сбоку), как следствие оказания физического воздействия на крепежные приспособления (4), - в вертикальной плоскости, результирующей в изменении вектора поляризации антенны: в изначальном, горизонтальном положении (А) такой ДВ-СДВ-антенны - вектор поляризации излучения вертикальный; при изменении положения антенны из горизонтального в вертикальное (В) - вектор поляризации излучения становится горизонтальным.
Более подробно технический результат заявленной полезной модели достигается за счет увеличения длины ферритового сердечника приемопередающего магнитного элемента, реализуя, таким образом, конструкцию антенны, сохраняющей увеличенную мощность излучения и возможность использования на борту мобильных объектов, находящихся в движении, при этом обладающей возможностью динамической ориентации в пространстве в горизонтальной и/или вертикальной плоскости на борту мобильного объекта, за счет оказания физического воздействия (давление/натягивание) на одно из крепежных приспособлений рукой или механическим инструментом (в качестве которого может выступать трос), или одновременного воздействия на каждое из двух приспособлений в равнопротивоположных направлениях движения.
В отличие от описанного выше технического решения - многоэлементной магнитной антенны ДВ- и СДВ-диапазона частот (полезная модель РФ№181783), в данной полезной модели увеличенная мощность излучения реализуется не за счет множества антенных элементов, зафиксированных относительно друг друга неподвижно, а за счет применения одного приемопередающего магнитного элемента, обладающего продолговатой формы ферритовым сердечником, длина которого (L) превышает его поперечное сечение (S). Данная компоновка позволяет:
А) максимально увеличить путь прохождения по телу сердечника силовых линий магнитного поля (3), индуцируемого обмоткой соленоида, добиваясь таким образом увеличения излучаемой мощности при использовании данного типа одиночного антенного элемента;
Б) добиваться таким образом максимального увеличения эффективности приема и передачи антенны, при минимальном нарушении аэродинамики и увеличении парусности готового изделия, обладающего таким образом, продолговатым/сигарообразным силуэтом, обладающим лучшими мобильными характеристиками, нежели изделие идентичных суммарных габаритов, имеющее при этом поперечное сечение (S) которое равно или больше его длины (L);
При этом реализованная конструкция внешнего диэлектрического корпуса с двумя крепежными приспособлениями позволяет динамично изменять положение антенны в пространстве посредством оказания на крепежные приспособления разнонаправленного физического воздействия ручным или механическим способом.
Примером реализации заявленного технического решения является приемопередающий антенный элемент, в котором используются множество ферритовых деталей (цилиндров) для составления единого ферритового сердечника с круглым профилем, диаметром 87 мм и длиной 4000 мм. На поверхность такого сердечника наносится обмотка соленоида, на которую из источника питания подается электрический ток с целью осуществления трансляции. Вышеописанные элементы размещаются в диэлектрический каркас, закрывающий собой ферритовый сердечник по всей его длине (4000 мм) и выполненный с наличием двух крепежных приспособлений, в данном случае - замкнутых ручек, разнесенных таким образом, что каждая ручка находится в непосредственной близости от одного из концов длины изделия. Таким образом, появляется возможность манипулировать направленностью антенны, поворачивая ее в пространстве по горизонтальной или вертикальной оси, путем оказания ручного или электромеханического толкающего/тянущего воздействия на одну из ручек, либо разнонаправленного воздействия на каждую из них.
Дополнительным примером реализации заявленного технического решения является приемопередающий элемент схожей конструкции, но выполненный с использованием множества ферритовых деталей (цилиндров) для составления единого ферритового сердечника длиной 1000 мм и диаметром 56 мм. Такая конструкция еще более компактна, являясь в своей сущности портативной (мобильной), и дает возможность использования на небольших размеров летательных беспилотных аппаратах (дроны), оснащенных помимо несущего приспособления для установки антенны, механизмом позволяющим оказывать управляемое воздействие на ручки посредством тросов/штанг.