СОВМЕЩЕННОЕ АНТЕННО-ФИДЕРНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области связных антенн и может быть использована на морских судах и кораблях, а также на обитаемых подводных аппаратах.
В тех случаях, когда на морских судах и кораблях, а также на подводных аппаратах требуется разместить большое количество антенных устройств (АУ) различного назначения, а в возможных местах размещения ощущается недостаток, в проектировании антенной техники используется метод совмещения антенн разного назначения, разного диапазона в единую конструкцию при соблюдении правил электромагнитного совмещения (ЭМС).
Так в патенте США №2408034 кл. 343-728 от 1946 г.описана «Совмещенная антенна», где представлено конструктивное совмещение рамочных антенн и штыревой антенны с противовесом, где противовес предназначенный для увеличения эффективности работы штыревой антенны, выполнен в виде четырех трубок, расположенных под углом 45° по отношению к плоскостям рамок. Такое симметричное расположение противовеса штыревой антенны по отношению к рамочным антеннам является основой для электромагнитного совмещения двух антенн.
В патенте РФ №2372696 от 17.07.2008 «Рамочная антенна» описано конструктивное совмещение двух вертикальных взаимоперпендикулярных рамок с горизонтальной рамкой. ЭМС было достигнуто тем, что горизонтальная рамка была размещена над вертикальными рамками и разделена на четыре равные части симметрично относительно плоскостей вертикальных рамок с разрывами, в которые включены четыре горизонтальных отрезка симметричных линий электрически соединенных между собой последовательно или параллельно.
Прототипом предлагаемой полезной модели выбирается устройство, описанное в патенте РФ №2039399 от 1995 г. «Совмещенное антенное устройство», где было предложено конструктивное совмещение двух антенн различного использования с соблюдением правил ЭМС. Так, верхняя по расположению антенна, имея диаграмму направленности с максимумом в зенит, не влияет на работу другой антенны, расположенной внизу - биконической, которая имеет диаграмму направленности с максимумом вблизи горизонта. Работа этих антенн производится в одном диапазоне и эта узкополостность является недостатком устройства.
Данное конструктивное совмещение двух антенн различного использования (вертикальные рамки работают по вертикально поляризованному полю, горизонтальная рамка работает только по горизонтально поляризованному полю) относится к антеннам одного диапазона.
Для решения задачи совмещения нескольких антенн в единую конструкцию, где антенны работают в различных диапазонах частот, было создано многофункциональное устройство с каналами:
- связной приемный канал ДВ-КВ диапазона;
- приемопередающий канал ближней связи УКВ диапазона;
- канал спутниковой связи ДЦВ диапазона.
Для обеспечения работы указанных каналов использованы следующие антенные устройства:
0
0
- Симметричный вертикальный диполь (вибратор), длина плеч которого выбрана равной λ/4, где λ- средняя длина волны в УКВ диапазоне. К выходу вертикального диполя параллельно каналу УКВ диапазона подключены фильтр и усилитель ДВ-КВ диапазона, образуя связной приемный канал ДВ-КВ диапазона;
- Антенное устройство ДЦВ диапазона спутниковой связи, например «Sailor 250 Fleet Broadband», обеспечивающее работу терминала спутниковой связи (INMARSAT BGAN TT3742A Sailor 250).
На фиг.1 показано конструктивное совмещение двух антенн. Симметричный вертикальный вибратор (диполь) (поз.2) закреплен на основании (поз.5), на котором размещен и блок фильтра с усилителем ДВ-КВ диапазона (поз.3). Над верхним плечом вертикального диполя размещается антенное устройство ДЦВ диапазона. Такое размещение антенн (поз.2 и поз.4) отвечает требованиям ЭМС, т.к. в основе работы связных антенных устройств ДВ-КВ и УКВ диапазонов (поз.2) -наличие максимума направленности в вертикальной плоскости вблизи горизонта (см. «Антенно-фидерные устройства», Драбкин Л.А. и Зузенко В.Л., Сов. Радио, Москва 1961 г., стр.247, рис. VIII. 13), а для антенны спутниковой связи ДЦВ диапазона (поз.4) - наличие максимума диаграммы направленности в верхней полусфере (см. «Руководство пользователя» SAILOR 250 FLEET Broadband, стр.IV).
От воздействия внешней среды (например, гидростатического давления и набегающего потока) совмещенное антенное устройство защищено радиопрозрачным обтекателем (поз.1).
Нижняя антенна (поз.2, фиг.1) представляет собой симметричный вертикальный вибратор, и работает в диапазоне ДВ-КВ-УКВ. Для обеспечения независимой работы вибратора 2 в ДВ-КВ диапазоне от работы в УКВ диапазоне к выходу вибратора 2 подключен фильтр и усилитель ДВ-КВ диапазона (поз.3, фиг.1) с образованием приемного канала связи ДВ-КВ диапазона. Оба образованных канала ДВ-КВ и УКВ связи имеют развязку порядка 20 дБ. Оба антенных устройства (поз.2 и поз.4, фиг.1) смонтированы на корпусе совмещенного антенного устройства (поз.5, фиг.1), на который крепится общий обтекатель (поз. 1, фиг.1).
Верхняя антенная система - SAILOR 250 FLEET Broadband (поз.4, фиг.1) - морская спутниковая широкополосная система, обеспечивающая высокоскоростную передачу данных и телефонию через сеть BGAN (Broadband Global Area Network - глобальная широкополосная сеть).
В антенной системе SAILOR 250 (поз.4, фиг.1) используется фазированная антенная решетка дециметрового диапазона волн. Наведение и удержание максимума диаграммы направленности осуществляется автоматизированной системой управления в блоке SAILOR 250.
http://www.speedtest.net/,
На фиг.2 представлены результаты измерения уровня сигнала средствами программы Fleet Broadband Launch Pad в совмещенном АУ без обтекателя и с обтекателем, откуда видно, что при установке обтекателя сигнал падает на 2% (с 54% до 52%). Значение этих показателей говорит о том, что совмещение антенн и установленного обтекателя незначительно влияет на работу терминала в целом, и не вносит дополнительных ограничений на его использование по прямому назначению. Скорость соединения, измеренная на сайте  составила 0,33 Мбит/с, при допустимой скорости для терминала 0,25 Мбит/с.
В представленной ниже таблице 1 «Зависимость оценки слышимости от уровня сигнала» видно, что совмещенное антенное устройство обеспечивает работоспособность в части приема сигналов на частотах 0,1-60 МГц.
Таблица 1. Зависимость оценки слышимости от уровня сигнала
№ п/п
Частота МГц
Уровень сигнала дБ/мкВ
Оценкаслышимости
№ п/п
Частота МГц
Уровень сигналадБ/мкВ
Оценка слышимости
1
0,1000
10
5
28
3,7959
7
2
2
0,1228
15
3
29
3,9986
42
5
3
0,1960
56
5
30
5,0286
21
4
4
0,2620
29
5
31
5,2976
7
3
5
0,4340
27
3
32
5,5653
12
2
6
0,4523
13
2
33
5,7881
57
5
7
0,5519
58
5
34
5,9162
52
4
8
0,5690
24
5
35
6,1208
61
5
9
0,6113
38
5
36
7,1984
16
2
10
0,6262
23
4
37
7,2167
40
5
11
0,6590
28
5
38
7,2533
53
5
12
0,6727
29
5
39
7,7310
36
4
13
0,7624
32
5
40
8,8894
25
3
14
0,8265
34
5
41
9,4203
51
5
15
0,8368
28
5
42
9,5322
55
5
16
0,8706
65
5
43
9,8978
62
5
17
1,0000
33
5
44
11,7590
40
5
18
1,0230
37
5
45
11,8220
42
5
19
1,0488
51
5
46
13,8030
36
5
20
1,1541
35
5
47
15,0820
46
5
21
1,1793
32
5
48
15,5710
25
3
22
1,3794
28
5
49
15,7190
55
5
23
1,5490
25
5
50
17,5330
31
4
24
1,7747
22
5
51
19,0060
21
5
25
1,8944
9
3
52
27,6390
4
5
26
2,1030
16
5
53
56,7500
14,5
4
27
2,3784
8
2
В представленной таблице 2 «Зависимость уровня коэффициента бегущей волны (КБВ) от частоты» показаны результаты функционирования совмещенного антенного устройства в части приема и передачи сигналов УКВ диапазона.
Таблица 2. Зависимость уровня коэффициента бегущей волны (КБВ) от частоты
F,МГц
КБВ
КСВн
F,МГц
КБВ
КСВн
100
0,483
2,07
220
0,592
1,69
105
0,474
2,11
227
0,543
1,84
110
0,529
1,89
240
0,87
1,15
115
0,568
1,76
250
0,775
1,29
120
0,658
1,52
260
0,719
1,39
125
0,649
1,54
270
0,752
1,33
130
0,735
1,36
280
0,645
1,55
135
0,725
1,38
290
0,617
1,62
140
0,667
1,5
300
0,51
1,96
145
0,73
1,37
310
0,602
1,66
150
0,87
1,15
321
0,51
1,96
155
0,885
1,13
330
0,621
1,61
160
0,893
1,12
340
0,885
1,13
165
0,763
1,31
350
0,719
1,39
170
0,645
1,55
360
0,585
1,71
175
0,606
1,65
370
0,617
1,62
380
0,526
1,9
390
0,532
1,88
400
0,571
1,75
Примечание: Измерения проводились с кабелем, затухание которого эквивалентно затуханию в фидерном тракте
Из таблицы 2 видно, что коэффициент стоячей волны (КСВ) не превышает значения 2,1. Этим обеспечивается работоспособность приема и передачи в рабочем диапазоне.