ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА МОДУЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И ДАЛЬНЕЙ СВЯЗИ МОБИЛЬНОГО МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛИТЕЛЬНОГО КАРДИОМОНИТОРИРОВАНИЯ И ЭРГОМЕТРИИ
SEND-RECEIVE POSITIONING AND LONG-DISTANCE MODULE ANTENNA ARRAY OF MOBILE MULTI-FUNCTION LONGTIME HEART MONITORING AND ERGOMETRY HARDWARE AND SOFTWARE COMPLEX

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток для ретрансляторов связи многофункциональных аппаратно-программных комплексов, беспилотных летательных информационных комплексов, ретрансляторов связи диспетчерских центров.
Аналогом заявляемого устройства является антенное ретранслирующее устройство, осуществляющее прием и передачу сигнала при измерении диаграмм вторичного излучения антенн. Устройство представляет приемопередающую антенну, состоящую из пирамидального рупора, соединенного с короткозамкнутым волноводным трактом, в котором установлен амплитудно-фазовый модулятор (авторское свидетельство №315128 от 1970 г, МПК G01R 29/10, Баренова И.В., Варшавчик М.Л., Кобак В.О.).
Недостатком аналога является узкий сектор рабочих углов Δϕ, где ϕ - пространственный угол (например, угол азимута).
Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого устройства является электродинамический антенный отражатель Ван-Атта, состоящий из N пар волноводных антенн в виде линейных вибраторов или волноводов, соединенных согласованными трактами одинаковой электрической длины (патент США №2908002, класс 343-776 от 1955 г.)
Прототип имеет узкую ширину диаграммы обратного рассеяния, т.е. меньшую или равную 80° (Δϕ≤80°), где ϕ - угол азимута, совпадающий с плоскостью расположения решетки антенных переизлучателей.
Целью изобретения является создание приемопередающей антенной решетки, имеющей более широкую диаграмму обратного рассеяния.
Заявляемое устройство позволяет решать следующие задачи:
- создавать переизлученный сигнал связи в широком секторе углов пространства до значения в два раза шире, чем прототип;
- использовать одно заявляемое устройство вместо двух прототипов;
- уменьшить массогабаритные характеристики ретранслятора связи.
Решение поставленных задач достигается тем, что в заявляемом устройстве все антенные излучатели выполнены в виде V-образных вибраторов с ортогональными плечами, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор с ортогональными плечами, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары, при этом плечи вибраторов первого излучателя N пары соединены друг с другом через трансформатор импедансов и через боковые плечи микрополоскового делителя СВЧ мощности, среднее плечо которого подключено к СВЧ-тракту в виде коаксиального кабеля, соединено со средним плечом микрополоскового делителя СВЧ мощности второго излучателя N пары, который дополнительно содержит второй V-образный вибратор с ортогональными плечами, соединенными противофазно с первым V-образным вибратором второго излучателя N пары, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары, а второе правое плечо первого вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго V-образного вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары, при этом плечи вибраторов второго излучателя N пары соединены друг с другом через трансформатор импедансов и через боковые плечи микрополоскового делителя СВЧ мощности, все V-образные дипольные антенны всех излучателей расположены на одной оси в пространстве так, что плечи составляют угол α равный от 30° до 60° с продольной осью, причем одноименные плечи первого и второго вибраторов излучателей направлены в разные стороны, кроме того, дополнительно содержит полупроводниковые СВЧ усилители-модуляторы, встроенные в согласованные СВЧ-тракты и подключенные к модулятору пульта управления, соединенному с источником питания, кроме того, дополнительно содержит металлизированный рефлектор, находящийся над диполями, кроме того, основание антенной решетки представляет аэродинамический обтекаемый корпус с радиопрозрачными диэлектрическими окнами для вибраторов антенн, имеющий форму в виде планера «единое крыло» с вертикальным аэродинамическим хвостовым стабилизатором.
На фиг. 1 представлена конструкция заявляемого устройства, где обозначено:
1 - основание,
2, 4 - левое и правое плечи первого V-образного вибратора первого излучателя N пары,
3, 5 - правое и левое плечи второго V-образного вибратора первого излучателя N пары,
6 - два трансформатора импедансов первого излучателя, каждый в виде полоскового трехшлейфового трансформатора с короткозамкнутыми на концах шлейфами [1],
7 - делитель СВЧ мощности первого излучателя, в виде полоскового «двукратного» делителя мощности пополам [1],
8 - СВЧ-тракт в виде коаксиального кабеля,
9 - два трансформатора импедансов второго излучателя, каждый в виде полоскового трехшлейфового трансформатора с короткозамкнутыми на концах шлейфами [1],
10 - делитель СВЧ мощности второго излучателя, в виде полоскового «двукратного» делителя мощности пополам [1],
11, 13 - первое левое и второе правое плечи первого V-образного вибратора второго излучателя N пары,
12, 14 - второе правое и первое левое плечи второго V-образного вибратора второго излучателя N пары,
15 - полупроводниковые СВЧ усилители-модуляторы, встроенные в согласованные СВЧ-тракты,
16 - модулятор пульта управления,
17 - источник питания,
18 - металлизированный рефлектор.
Конструкция заявляемого устройства представляет и содержит следующее.
Электродинамическая приемопередающая антенная решетка вибраторов жестко закреплена на основании п. 1 фиг. 1, и состоит из N пар антенных излучателей в виде V-образных вибраторов с плечами п. 2 и п. 4, соединенных с помощью согласованных СВЧ-трактов п. 8 одинаковой электрической длины, каждый антенный излучатель N пары дополнительно содержит второй V-образный вибратор с плечами п. 3 и п. 5, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала первого излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго V-образного вибратора положительного потенциала первого излучателя N пары, при этом плечи вибраторов первого излучателя N пары соединены друг с другом через трансформаторы импедансов п. 6 и через боковые плечи микрополоскового делителя СВЧ мощности п. 7 первого излучателя N пары, среднее входное плечо которого подключено к СВЧ-тракту в виде коаксиального кабеля п. 8, соединено со средним входным плечом микрополоскового делителя СВЧ мощности п. 10 второго излучателя N пары, который дополнительно содержит второй V-образный вибратор с плечами п. 12 и п. 14, соединенный противофазно с первым V-образным вибратором с плечами п. 11 и п. 13, второго излучателя N пары, когда первое левое плечо первого V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары соединено со вторым правым плечом второго V-образного вибратора отрицательного потенциала второго излучателя N пары, а второе правое плечо первого V-образного вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары соединено с первым левым плечом второго V-образного вибратора положительного потенциала второго излучателя N пары, при этом плечи вибраторов второго излучателя N пары соединены друг с другом через два трансформатора импедансов п. 9 и через боковые плечи микрополоскового делителя СВЧ мощности п. 10, все линейные дипольные антенны всех излучателей расположены на одной оси в пространстве так, что плечи составляют угол α равный от 30° до 60° с продольной осью, причем одноименные плечи первого и второго вибраторов излучателей направлены в разные стороны, кроме того, дополнительно содержит полупроводниковые СВЧ усилители-модуляторы п. 15, встроенные в согласованные СВЧ-тракты и подключенные к модулятору п. 16 пульта управления, соединенному с источником питания п. 17, кроме того, дополнительно содержит металлизированный рефлектор п. 18, находящийся над диполями на расстоянии равном одна четвертая средней длины волны рабочего диапазона волн, кроме того, основание антенной решетки представляет аэродинамический обтекаемый корпус с радиопрозрачными диэлектрическими окнами для вибраторов антенн, имеющий форму в виде планера «единое крыло» с вертикальным аэродинамическим хвостовым стабилизатором.
Вибраторы первого излучателя 1-пары находятся в плоскости вибраторов первого излучателя N пары на прямой между ними, вместе они образуют левую половину апертуры заявляемого устройства. Вибраторы второго излучателя 1-пары находятся в плоскости вибраторов второго излучателя N пары на прямой между ними, вместе они образуют правую половину апертуры заявляемого устройства.
Таким образом, левая половина апертуры заявляемого устройства и правая половина апертуры заявляемого устройства образуют раскрыв заявляемого устройства в виде клина с углом при вершине β равным от 10° до 180° градусов (β = от 10° до 180°).
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Заявляемое устройство имеет V-образные вибраторы, каждое плечо которых работает на ортогональных поляризациях, следовательно, заявляемое устройство в целом работает на наклонной поляризации.
Предложенное устройство имеет антенные излучатели N пары в виде двух V-образных вибраторов, плечи которых возбуждаются противофазно в пространстве.
Диаграммы направленности этих антенных излучателей заявляемого устройства имеют ширину 135° и диаграммы обратного рассеяния тоже имеют ширину 135° на наклонной поляризации электромагнитных волн.
Диаграммы направленности антенных излучателей прототипа имеют ширину 45° и диаграммы обратного рассеяния тоже имеют ширину 45° и прототип не работает наклонной поляризации электромагнитных волн.
Заявляемое устройство работает на наклонной поляризации электромагнитных волн и обеспечивает приемопередачу сигнала в заданном направлении (например, на диспетчерский центр мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии), который усиливается и модулируется с помощью СВЧ диодов переключательного типа или генераторных и усиливающих СВЧ диодов, подключенных к НЧ модулятору информационного сигнала, т.е. обеспечивается ретрансляция, модуляция и усиление сигнала.
ЗУ
прот
Заявляемое устройство создает на наклонной поляризации электромагнитных волн усредненную диаграмму обратного рассеяния шириной Δϕ, которая более чем в три раза шире, чем диаграмма обратного рассеяния устройства прототипа Δϕ, т.е.
ЗУ
прот
Δϕ≥3ϕ.
Заявляемое устройство используется в Научно-образовательном центре защиты и поддержки интеллектуальной собственности Южного федерального университета (НОЦ ЗИС КТ ЮФУ), Научно-техническом центре «Техноцентр» Южного федерального университета, АНПОО «Кропоткинский железнодорожный техникум», Южном центре инжиниринга и трансфера технологий, открытом акционерном обществе «Научно-производственное предприятие космического приборостроения «Квант», кафедре дискретной математики и методов оптимизации (ДМиМО) ИКТИБ ЮФУ), кафедре САПР ИКТИБ ЮФУ - в качестве ретранслятора связи модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии при работе комплекса в труднодоступных горных районах (и в районах со слабым сигналом GSM сети) для повышения качества связи с диспетчерским центром комплекса, а также в качестве ретранслятора связи беспилотных летательных информационных комплексов и систем мониторинга.
Источники информации
1. В.О. Кобак. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. радио, 1975 г.
2. Огурцов Е.С., Огурцов С.Ф. «Устройство для измерения и калибровки диаграмм направленности светоизлучающих устройств в плоскости». Патент №2361183 от 10.07.09. М.: ФГУ ФИПС, 2009.
3. Огурцов Е.С. «Конструктивный синтез автономных пассивных и полуактивных ретрансляторов, работающих от динамогенераторов на энергии поля постоянных магнитов», Сборник трудов 7 Межвуз. науч.-практич. конфер., МГОУ, 2008 г.
4. Огурцов Е.С. Комплекс для измерения и калибровки диаграмм направленности излучающих устройств. Сборник трудов Международной конференции ИРЭМВ-2009.
5. Огурцов Е.С., Огурцов С.Ф., Курейчик В.В. и др. «Автоматизированный комплекс имитации движущихся объектов для испытаний радиотехнических систем самолетов-амфибий и беспилотных летательных аппаратов». Патент на полезную модель №113371 Бюллетень №4 от 10.02.2012, М.: ФГУ ФИПС, 2012.