ВЫПУСКНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемая полезная модель относится к области техники аварийной связи, в частности, к средствам выпускных антенных устройств, используемых в аварийных ситуациях на подводных лодках (ПЛ).
На сегодняшний день все ПЛ оборудуются выпускными информационными устройствами (ВИУ). ВИУ размещается в выгородках на кормовой и носовой надстройках легкого корпуса ПЛ. (Катанович А.А. Аварийные системы ВКС ВМФ. - С.-Петербург; Судостроение, №6, 2000, С.40).
Известен спасательный буй с радиолокационным ответчиком. [Патент ЕПВ №114754, пл. В63В 21/52].
Буй снабжен радиолокационным ответчиком, передающим радиосигналы в ответ на сигналы, посылаемые радиолокационной станцией поискового судна. Буй содержит полый водонепроницаемый корпус из жесткой пластмассы, в котором размещены турникетная антенна, передатчик, батарея и др. вспомогательные элементы устройства.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и положительному эффекту к заявляемому устройству является «Выпускное информационное устройство» (ВИУ). Технические условия на изделие В-604. ШЕИА.464237.006.ТУ.КБ «Связьморпроект», С.-Петербург, 2004.
ВИУ - морской радиобуй односторонней радиосвязи, представляет собой радиобуй, выпускаемый из ПЛ и обеспечивающий передачу сообщений с погруженной ПЛ по каналам открытой радиотелефонной и телефонной связи в УКВ диапазоне на различные объекты (наземные, морские, воздушные).
Он состоит из: пневматического антенного устройства с турникетной антенной, передатчика УКВ диапазона, устройства управления, синтезатора, цифрового диктофона, опорного генератора, источника питания и системы контроля и ввода информации.
Недостатками как аналога, так и прототипа является то, что приемная турникетная антенна является узкополосной (из-за невозможности обеспечения квадратурного питания в широком диапазоне частот). А антенна космической
связи для ВБАУ должна быть широкополосной. Поэтому турникетная антенна не может быть использована в качестве приемной антенны выпускных буксируемых антенных устройств (ВБАУ). Кроме того, турникетная антенна имеет круговую поляризационную характеристику только в зенитном направлении, а по мере приближения к горизонту коэффициент эллиптичности поляризационной характеристики уменьшается, и она постоянно вырождается в линейную. Это обстоятельство также снижает эффективность антенны при низких углах места космического аппарата.
Целью полезной модели является обеспечение постоянства электрических характеристик в широком диапазоне частот (400-2000 МГц) и повышение эффективности антенны.
Поставленная цель достигается за счет того, что выпускное информационное устройство содержащее в своем составе передатчик УКВ диапазона соединенный с пневматическим антенным устройством, в котором размещается выпускная буксируемая антенна, устройство управления соединенное первым входом с передатчиком, вторым входом с синтезатором, третьим входом с системой контроля и ввода информации, а четвертым входом с цифровым диктофоном, причем синтезатор соединен с опорным генератором, в качестве выпускной буксируемой антенны для концевого буя используется коническая логарифмическая спиральная антенна, при этом радиусы основанного усеченного конуса антенны, ограничивающие спиральную антенну составляют 12,5 см и 1,9 см, а высота конической спиральной антенны (усеченного конуса) составляет 13,8 см, причем угол конусности спирали 14 см, угол намотки спирали составляет 24,4°, а угловая ширина заходов спирали δ=45°.
На фиг.1 показана схема выпускного информационного устройства состоящего из:
1 - пневматического антенного устройства со спиральной антенной; 2 - передатчика УКВ диапазона; 3 - устройства управления; 4 - синтезатора; 5 - цифрового диктофона; 6 - опорного генератора; 7 - источника питания; 8 - системы контроля и ввода информации.
На фиг.2 изображена схема конической логарифмической спиральной антенны. Где:
Θ - угол конусности спирали;
α - угол намотки спирали;
min
a - минимальный радиус оснований усеченного конуса;
max
a - максимальный радиус оснований усеченного конуса.
Параметрами конической логарифмической спиральной антенны, определяющими, наряду с числом заходов и точкой питания, геометрию антенны, являются:
- радиусы оснований усеченного конуса, ограничивающих спиральную антенну;
- высота конической антенны;
- угол конусности спирали;
- угол намотки спирали;
- число витков захода спирали;
- угловая ширина захода спирали.
Проведем расчет радиусов оснований усеченного конуса, ограничивающие спиральную антенну для диапазона частот 400-2000 МГц:
max
max
a=λ/6=12,5 см;
min
min
a=λ/8=1,9 см
При этом высота конической спиральной антенны (усеченного конуса) должна отвечать условию
n
n
где R - радиус внутренней полости буя (R=14 см).
Пусть с учетом конструктивного запаса, Н=11,9 см. Тогда высота полного конуса, служащего основой спиральной антенны h+H, определенная из условия:
min
max
tqθ=a/h=a/h+H,
где θ - угол конусности спирали, будет равен
а минимальное значение угла конусности спирали составит
Если каждый заход спирали содержит n витков, то угол намотки спирали будет равен:
min
max
где R и R - минимальный и максимальный радиус-векторы спирали, отсчитанные от вершины полного конуса до верхнего и нижнего оснований усеченного конуса по образующей, соответственно:
min
min
R=a/h
max
max
R=a/(H+h)
Как следует из выражения для α, максимальное значение угла намотки спирали, соответствующее наибольшей ширине диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости, достигается n=1 и составляет 24,4°. Однако, как показала предварительная оценка, для обеспечения равномерности диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости в диапазоне частот 400-2000 МГц необходимо использовать двухвитковые заходы спирали (n=2). В этом случае значение угла намотки составит 12,7°.
Значение угловой ширины заходов спирали примем равным угловой ширине щели между ними, что для четырехзаходной спирали составит δ=45°.
Определенные таким образом параметры антенны были положены в основу расчета ее геометрии в прямоугольной системе координат.
При совмещении вершины полного конуса с основанием координат радиус-векторы и координаты внутренней (индекс in) и наружной (индекс out) кромок спирали определяются выражениями:
R<sub>in</sub>=R<sub>min</sub>·l<sup>tgα·sinθ·φ</sup>
x<sub>in</sub>=R<sub>in</sub>·sinθ·cosφ
y<sub>in</sub>=R<sub>in</sub>·sinθ·sinφ
z<sub>in</sub>=R<sub>in</sub>·cosθ
R<sub>out</sub>=R<sub>min</sub>·l<sup>tgα·sinθ·(φ+δ)</sup>
x<sub>out</sub>=R<sub>out</sub>·sinθ·cosφ
y<sub>out</sub>=R<sub>out</sub>·sinθ·sinφ
z<sub>out</sub>=R<sub>out</sub>·cosθ,
где φ - азимутный угол.
o
o
Тогда координаты внутренней (индекс in) и наружной (индекс out) кромок первого захода спирали, установленной на основании большого радиуса на расстоянии h от подстилающей поверхности и запитанной сверху, могут быть получены путем поворота спирали вокруг оси y и сдвига ее по оси z на величину H+h+h, то есть:
x1<sub>in</sub>=-x<sub>min</sub>
x1<sub>out</sub>=-x<sub>max</sub>
y1<sub>in</sub>=y<sub>min</sub>
y1<sub>out</sub>=y<sub>max</sub>
z1<sub>in</sub>=-z<sub>min</sub>+H+h+h<sub>0</sub>
z1<sub>out</sub>=-z<sub>max</sub>+H+h+h<sub>0</sub>
Координаты кромок второго, третьего и четвертого заходов спирали определяются путем поворота первого захода спирали вокруг оси z на π/2, π и 3·π/4, соответственно, то есть:
x2<sub>in</sub>=-y1<sub>in</sub>
x3<sub>in</sub>=-x1<sub>in</sub>
x4<sub>in</sub>=y1<sub>in</sub>
y2<sub>in</sub>=x1<sub>in</sub>
y3<sub>in</sub>=-y1<sub>in</sub>
y4<sub>in</sub>=-x1<sub>in</sub>
z2<sub>in</sub>=z1<sub>in</sub>
z3<sub>in</sub>=z1<sub>in</sub>
z4<sub>in</sub>=z1<sub>in</sub>
x2<sub>out</sub>=-y1<sub>out</sub>
x3<sub>out</sub>=-x1<sub>out</sub>
x4<sub>out</sub>=y1<sub>out</sub>
y2<sub>out</sub>=x1<sub>out</sub>
y3<sub>out</sub>=-y1<sub>out</sub>
y4<sub>out</sub>=-x1<sub>out</sub>
z2<sub>out</sub>=z1<sub>out</sub>
z3<sub>out</sub>=z1<sub>out</sub>
z4<sub>out</sub>=z1<sub>out</sub>
Использование выпускного информационного устройства с конической логарифмической спиральной антенной позволяет обеспечить постоянство электрических характеристик в диапазоне частот 400-2000 МГц, повысить ее эффективность, а также расширить диаграмму направленности в вертикальной плоскости в пределах диапазона рабочих частот - не менее 160°, диаграмму направленности в горизонтальной плоскости в пределах диапазона рабочих частот - круговая.
Такая антенна размешается во внутренней полости буксируемого концевого буя над изолированной от воды проводящей подложки. Диаметр антенны не более 170 мм а ее высота не более 100 мм.