ДИПОЛЬНАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА С КРУГОВОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ И ШИРОКОПОЛОСНЫМ СОГЛАСОВАНИЕМ В ДМВ ДИАПАЗОНЕ

Настоящее техническое решение относится к антеннам для приема телевизионного цифрового сигнала.
В настоящее время антенны широко используются в быту для приема аналогового и цифрового телевизионного сигнала. В зависимости от условий приема телевизионного сигнала, применяются различные типы антенн: комнатные или наружные, пассивные или активные (с усилителем), горизонтальной, вертикальной или комбинированной поляризации. Зачастую, при использовании наружных антенн, возникает необходимость предварительной настройки антенны по направлению на источник сигнала, что достигается путем поворота антенны в горизонтальной плоскости вокруг оси мачты/кронштейна и последующей фиксации положения антенны в направлении наилучшего приема сигнала. Описанный метод настройки антенны является необходимым для достижения наилучших результатов приема, однако, ввиду длительности и сложности этого процесса, а иногда невозможности проведения настройки в силу различных причин, пользователь сталкивается с проблемой неуверенного приема сигнала, что мешает качественному просмотру телевизионных программ, при том, что прием качественного цифрового телевизионного сигнала в случае настройки антенны был возможен. Помимо эфирного аналогового телевизионного вещания, существует и эфирное цифровое телевизионное вещание, которое ведется в дециметровом (ДМВ) диапазоне длин волн, причем цифровой сигнал, в отличие от аналогового менее подвержен различного рода помехам и шумам, что позволяет принимать на одну антенну как прямой, так и отраженный сигнал без существенного ухудшения качества принимаемого цифрового сигнала. В таких случаях для приема качественного цифрового сигнала горизонтальной поляризации может помочь использование антенны без ярко выраженных направленных свойств, которая будет принимать сигнал со всех направлений и источников (как прямой, так и отраженный), независимо от ее ориентации в горизонтальной плоскости. Ключевая характеристика таких антенн - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, горизонтальная поляризация ее рабочих элементов и их согласование с линией передачи.
Из существующего уровня техники известны:
- антенна полуволновой вибратор (антенна диполь) [Большая советская энциклопедия, 1969-1978]. У полуволнового вибратора есть зоны с минимальным коэффициентом усиления, что ухудшает прием сигнала с определенных направлений - углы Θ=0° и Θ=180° (Фигура 1). Применение нескольких подобных антенн позволит достигнуть равномерности коэффициента усиления по всем направлениям в горизонтальной плоскости, однако это приведет к падению волнового сопротивления всей конструкции и, как следствие, сужению рабочей полосы системы и ухудшению согласования с коаксиальной линией передачи, в результате чего ухудшатся приемные характеристики данной системы.
Указанные недостатки препятствуют получению технического результата, который обеспечивается заявляемой полезной моделью.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание дипольной антенной системы для приема цифрового телевизионного сигнала в ДМВ диапазоне с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости с горизонтальной поляризацией и широкополосным согласованием в ДМВ диапазоне с коаксиальной линией передачи.
Данная задача решается за счет того, что дипольная антенная система с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и широкополосным согласованием в ДМВ диапазоне выполнена в виде антенной конструкции, содержащей: плоский несущий элемент, по обе стороны которого размещены 3 дипольных вибратора, состоящие из двух плеч, длина большей стороны плеча составляет 0.2…0.3*λ, (λ - средняя рабочая длина волны), запитанных с обеих сторон несущего элемента посредством 3 непосредственно подсоединенных четвертьволновых двухпроводных трансформаторов, соединяющихся в центре несущего элемента по обе стороны, и образующих, тем самым, две параллельно расположенные контактные площадки для подключения коаксиальной линии передачи сигнала к приемнику, причем каждая пара плеч дипольных вибраторов расположена по обе стороны от несущего элемента, а сами плечи расходятся в сторону от питающих точек таким образом, что каждый дипольный вибратор занимает сектор несущего элемента в 120 градусов, благодаря чему, антенная конструкция может принимать цифровой сигнал в горизонтальной поляризации от нескольких источников с разных направлений одновременно за счет круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости с одинаковым усилением сигнала по всем направлениям, а четвертьволновые двухпроводные трансформаторы, за счет повышения волнового сопротивления каждого дипольного вибратора, компенсируют падение волнового сопротивления антенной системы в точке соединения трансформаторов при суммировании дипольных вибраторов и обеспечивают минимальные потери сигнала при согласовании дипольных вибраторов с коаксиальной линией передачи, благодаря широкополосному согласованию с коаксиальной линией передачи в ДМВ диапазоне.
Вышеописанная конструкция позволяет избежать настройки антенны по направлению на источник сигнала после установки ее на мачту/кронштейн, а также обеспечивает широкополосный прием цифрового сигнала в ДМВ диапазоне. В качестве плоского несущего элемента может использоваться любой диэлектрический материал. Дипольные элементы и четвертьволновые двухпроводные трансформаторы могут быть исполнены из листового электропроводящего материала (жесть пищевая, сталь, латунь и т.п.) с последующим креплением на несущий элемент, причем в зависимости от условий производства, возможно изготовление единых цельно связанных элементов - диполь и четвертьволновый двухпроводный трансформатор, что приведет к большему расходу материала, но упростит процедуру сборки всей конструкции. Помимо описанных способов, также возможно изготовление конструкции по технологии печатных плат, где текстолит будет плоским несущим элементом, а на фольгированном слое будет вытравлена структура диполя и четвертьволнового двухпроводного трансформатора. Также допустим в применении способ трафаретного нанесения проводящего покрытия на диэлектрическую подложку, однако, стоит отметить, что подобные способы изготовления конструкции видятся более затратными с точки зрения производства.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является улучшение качества принимаемого антенной конструкцией цифрового телевизионного сигнала при минимальных потерях сигнала на широкополосном согласовании антенной конструкции с коаксиальной линией передачи в ДМВ диапазоне и возможность одновременного приема прямых и отраженных цифровых телевизионных сигналов горизонтальной поляризации от разных источников с разных направлений.
В заявляемом техническом решении одним из неотъемлемых конструктивных элементов являются четвертьволновые двухпроводные трансформаторы, которые, благодаря непосредственному подсоединению к парам плеч дипольных вибраторов с обеих сторон плоского несущего элемента повышают их волновое сопротивление, а в точке суммирования дипольных вибраторов компенсируют падение волнового сопротивления, что обеспечивает минимальные потери сигнала при широкополосном согласовании антенной конструкции с коаксиальной линией передачи в ДМВ диапазоне, а также за счет способа подключения к дипольным вибраторам через каждые 120 градусов обеспечивают прием цифрового телевизионного сигнала горизонтальной поляризации от разных источников с разных направлений при помощи формирующейся - круговой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, при отсутствии которых, при суммировании дипольных вибраторов в точке подключения коаксиальной линии передачи образуется падение волнового сопротивления антенной конструкции, в результате чего возрастут потери сигнала при согласовании антенной конструкции с коаксиальной, линией передачи, ухудшающие качество приема сигнала, а при другом способе подключения (или без подключения) четвертьволновых двухпроводных трансформаторов к дипольным вибраторам круговая диаграмма направленности в горизонтальной плоскости станет недостижимой, что повлечет за собой невозможность приема цифрового телевизионного сигнала горизонтальной поляризации от разных источников с разных направлений, а сама антенная конструкция не достигнет заявленного технического результата.
Заявляемое техническое решение является новым, характеризуется совокупностью признаков, отсутствующих во всех известных объектах техники аналогичного назначения.
Сущность технического решения поясняется изображением конструкции, представленным на фигуре 2:
1 - дипольные вибраторы;
2 - четвертьволновые двухпроводные трансформаторы;
3 - плоский несущий элемент;
4 - плечо дипольного вибратора;
5 - параллельно расположенные контактные площадки;
6 - коаксиальная линия передачи.
Рассмотрим работу устройства - пользователь монтирует антенную конструкцию на мачте/кронштейне, размещая антенну на максимально возможную высоту для наилучшего приема сигнала, дипольные вибраторы (1), размещенные на плоском несущем элементе (3) принимают эфирный телевизионный сигнал каждый со своего направления, к плечам дипольного вибратора (4) непосредственно подключены четвертьволновые двухпроводные трансформаторы (2), посредством которых, принятый дипольными вибраторами (1) сигнал поступает к параллельно расположенным контактным площадкам (5), где суммируется с сигналами, принятыми другими дипольными вибраторами устройства и поступают в коаксиальную линию передачи (6), при этом четвертьволновые двухпроводные трансформаторы (2), соединенные с плечами дипольного вибратора (4), повышают волновое сопротивление, образуемых ими дипольных вибраторов (1), в результате чего в точке суммирования дипольных вибраторов компенсируется падение волнового сопротивления и обеспечиваются минимальные потери сигнала при согласовании антенн с коаксиальной линии передачи (6), при помощи которой принятый антенной конструкцией сигнал поступает на вход ТВ приемника.
Преимуществом заявляемой полезной модели является возможность приема качественного цифрового телевизионного сигнала горизонтальной поляризации антенной с минимальными потерями на согласовании с коаксиальной линией передачи от разных источников сигнала с разных направлений без предварительного направления антенны на источник сигнала, известными техническими средствами, что подтверждено успешным результатом опытного использования заявляемого устройства.
Техническое решение может быть использовано как в быту, так и на производстве.