Антенно-фидерное устройство СДВ, ДВ, СВ диапазонов
ANTENNA-FEEDER DEVICE FOR ULW, LW, AW WAVE BANDS

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике и, в частности, заявляемое антенно-фидерное устройство (АФУ) может быть использовано в качестве приемной ненаправленной антенны СДВ, ДВ, СВ диапазонов волн постоянной готовности при необходимости ее размещения в полупроводящем грунте.
Известна антенная система, состоящая из фазированной антенной решетки и диаграммообразующей системы, содержащей 32-полюсник, включающий в себя 12 квадратурных направленных ответвителей с двумя входами и двумя выходами каждый, равномерно распределенных по трем уровням, направленные ответвители первого и второго уровней соединены между собой попарно каскадно-перекрестно, образуя первый и второй 16-полюсники, выходы которых соединены соответственно с левыми и правыми входами направленных ответвителей третьего уровня, при этом в диаграммообразующую систему введены восемь симметрирующих устройств с одним входом и двумя выходами каждое, фазированная антенная решетка выполнена в виде четырех турникетных излучателей с фазовыми центрами, расположенными в вершинах квадрата, выходы симметрирующих устройств соединены с входами соответствующих излучателей, а входы подключены к выходам направленных ответвителей третьего уровня (Патент №2096874 Опубл. 20.11.1997 г.).
Недостатком данного технического решения является ограниченная область применения, обусловленная работой устройство в КВ-УКВ диапазонах, так как для реализации работы данной антенны в СВ-СДВ диапазонах, она будет обладать большим габаритами, и как следствие низким коэффициентом усиления (КУ), в виду больших потерь из-за несогласованности входов приемного устройства с электрически короткими плечами вибраторов и быстрым затуханием амплитуды тока вдоль плеч вибратора.
Прототипом изобретения является подземная антенна, содержащая N≥2 излучателей, подключенных к коаксиальному фидеру и установленных в скважинах, пробуренных в толще земной возвышенности параллельно ее склонам, при этом каждый из излучателей выполнен в виде отрезка коаксиального кабеля, в средней части которого в экранной оболочке выполнен разрез, причем верхние концы излучателей электрически соединены друг с другом, а их нижние концы с помощью дополнительных отрезков коаксиального кабеля подключены в параллель к коаксиальному фидеру, причем общее количество излучателей N выбрано четным.
Недостатком прототипа являются ее низкие эксплуатационные характеристики, обусловленные недостаточным коэффициентом усиления (КУ) и его неравномерностью, в виду больших потерь из-за несогласованности выхода радиосредства с электрически короткими плечами вибраторов, а также отсутствие возможности дистанционного изменения формы диаграммы направленности (ДН).
Задачей изобретения является усовершенствование подземной антенны, позволяющее улучшить ее эксплуатационные характеристики, а также расширить арсенал средств подобного назначения.
Техническим результатом изобретения является повышение равномерности диаграммы направленности и повышение коэффициента усиления, а также обеспечение возможности диагностирования состояния устройства.
Технический результат достигается тем, что антенно-фидерное устройство СДВ, ДВ, СВ диапазонов постоянной готовности содержит четное количество симметричных вибраторов, размещенных в толще земной возвышенности, и подключенных к коаксиальному фидеру, при этом симметричные вибраторы группируют в антенное полотно, состоящее из двух диаграммообразующих ортогонально расположенных секций, каждая из который состоит из двух параллельно расположенных вибраторов - длинного и короткого, причем длина короткого вибратора на ¼ часть меньше длинного, объединенных тройниковой муфтой, сообщенной через соответствующее фидерное устройство с вводно-защитным устройством, вход которого подключают к соответствующему выходу направленного ответвителя блока защиты дополнительно установленного устройства контроля, включающего также радиочастотный блок, блок мониторинга и управления и блок контроля и индикации, при этом первый вход направленного ответвителя подключают к соответствующему отдельному выходу блока согласования антенн, подключенного к выходу двухканального радиоприемного устройства, а второй вход - к соответствующему каждой секции отдельному выходу радиочастотного блока, подключенного через отдельные для каждой секции входы к блоку мониторинга и управления, вход которого сообщен с выходом блока контроля и индикации.
Короткий вибратор, представляющий собой коаксиальный высокочастотный кабель, состоит из трех участков - начального, среднего и концевого, изолированных радиочастотными радиопрозрачными муфтами, а концевой участок с противоположной стороны изолирован радиочастотной концевой муфтой, соединенной с нагрузочным элементом.
Длинный вибратор, представляющий собой коаксиальный высокочастотный кабель, состоит из четырех участков - начального, двух средних и концевого, изолированных радиочастотными радиопрозрачными муфтами, а концевой участок с противоположной стороны изолирован радиочастотной концевой муфтой, соединенной с нагрузочным элементом.
Длину длинного вибратора выбирают в пределах соотношения
p
где λ - длина волны;
r
ε - относительная диэлектрическая проницаемость засыпаемого грунта.
Расстояние между вибраторами в секции определяют исходя из соотношения:
мин
где L - длина короткого вибратора.
Выполнение антенного полотна, состоящим из двух диаграммообразующих ортогонально расположенных секций, каждая из который состоит из двух параллельно расположенных длинного и короткого вибраторов, длина короткого вибратора на 1/4 часть меньше длинного, конечный участок каждого из них через муфту радиочастотную концевую сообщают с соответствующим нагрузочным элементом, а начальные участки объединяют тройниковой муфтой через фидерное устройство подключают к вводно-защитному устройству, позволяет улучшить условия формирования вращающегося поля излучения вибраторов, чем достигается максимально равномерная азимутальная ДН при любом угле возвышения, а также увеличить эффективность использования, разрешенную площадь размещения вибраторов. Заявляемое АФУ характеризуется равномерным распределением токов, протекающих в вибраторах, увеличенной долговременной стабильностью параметров, что обеспечивает качество согласования АФУ и входа приемного устройства, и как следствие улучшает равномерность ДН, КБВ и увеличивает КУ во всем рабочем диапазоне частот.
Кроме этого, дополнительное введение в АФУ устройства контроля, включающего блок защиты, содержащего два направленных ответвителя, радиочастотный блок, блок мониторинга и управления, а также блок контроля и индикации, позволяет осуществить, в интервалах между подачей сигналов, измерение и контроль параметров АФУ во всем рабочем диапазоне частот передающего устройства, т.е. обеспечить сканирование работы АФУ, а также информационное оповещение оператора (при наличии) формируя информационные предупреждающие сигналы (НОРМА, ПРЕДАВАРИЯ, АВАРИЯ) и транслируя их по волоконно-оптической линии связи на центральный пульт управления и контроля объекта эксплуатации. При этом измерение входного сопротивления (активного и реактивного) и коэффициента бегущей волны (КБВ) и сравнение этих значений со значениями, введенными в устройство контроля при строительстве АФУ или проведении регламентированного технического обслуживания (РТО). Таким образом, совокупность предлагаемых признаков, позволяет достичь поставленный технический результат, а именно улучшить эксплуатационные характеристики АФУ, а также расширить арсенал средств подобного назначения, счет повышения равномерности диаграммы направленности и повышения коэффициента усиления, а также обеспечения возможности диагностирования состояния устройства.
На фиг. 1 представлен коаксиально-разрезной короткий вибратор, на фиг. 2 представлен длинный вибратор, на фиг. 3 представлена антенная секция, на фиг. 4 представлено антенное полотно АФУ, на фиг. 5 - структурная схема АФУ.
Антенно-фидерное устройство СДВ, ДВ, СВ диапазонов постоянной готовности, симметричные вибраторы 1 и 2 сгруппированы в антенное полотно 22, состоящее из двух диаграммообразующих ортогонально расположенных секций 21. Секция 21 состоит из двух параллельно расположенных вибраторов 2 длинного и короткого 1, длина короткого вибратора 1 на 1/4 часть меньше длинного вибратора 2, конечный участок каждого из них через муфту радиочастотную концевую 19 сообщают с соответствующим нагрузочным элементом и компенсатором, а начальные участки 8 объединяют тройниковой муфтой 3, сообщенной через фидерное устройство 4 с вводно-защитным устройством 6. Для снятия внешних помех и наводок на ВЧ кабель секции 21 оснащены устройством заземления 5. Выход вводно-защитного устройства 6 подключают к соответствующему первому входу направленного ответвителя 12 блока защиты 13 дополнительно установленного устройства контроля 14. При этом блок контроля 14 также включает радиочастотный блок 15, блок мониторинга и управления 16 и блок контроля и индикации 17. Вход направленного ответвителя 12 подключают к соответствующему отдельному входу блока согласования антенны 20, подключенного к входу двухканального радиоприемного устройства 11, а второй вход - к соответствующему каждой секции 21 отдельному выходу радиочастотного блока 15, подключенного через отдельные для каждой секции 3 входы к блоку мониторинга и управления 16, вход которого сообщен с выходом блока контроля и индикации 17.
Длинный вибратор 2, представляющий собой коаксиальный высокочастотный кабель, состоит из участков - начального 8, среднего 15 и концевого 10, изолированных радиочастотными радиопрозрачными муфтами 18, а концевой участок 10 с противоположной стороны изолирован радиочастотной концевой муфтой 19.
Короткий вибратор 1, представляющий собой коаксиальный высокочастотный кабель, состоит из участков - начального 8, двух средних 15 и концевого 10, изолированных радиочастотными радиопрозрачными муфтами 18, а концевой участок 10 с противоположной стороны изолирован радиочастотной концевой муфтой 19.
Длину вибратора 1 выбирают в пределах соотношения
р
где λ - длина волны;
r
ε - относительная диэлектрическая проницаемость засыпаемого грунта.
Расстояние между вибраторами 1 и 2 в секции 21 определяют исходя из соотношения:
мин
где L - длина короткого вибратора.
Каждый вибратор 1 и 2 заканчивается нагрузочным элементом, соединенным с ним посредством компенсатора, который обеспечивает компенсацию электрических и механических нестабильностей. В бункере располагают вводно-защитное устройство 6, блок согласования антенны 14, обеспечивающие защиту радиосредств объекта от внешних электромагнитных воздействий, что способствует улучшению согласования входа приемного устройства с антенным полотном 22 и обеспечивает управление ДН, также в бункере установлено и устройство контроля 14 исправности антенно-фидерного тракта. Каждая антенная секция 21 имеет свое фидерное устройство 4, которое проходит в бункер.
После монтажа АФУ в память устройства контроля 14 вводят данные:
- диапазон частот;
- значения КСВ (КБВ), полученные после настройки широкополосных согласующих устройств;
- значения полного входного сопротивления каждой секции 21 вибраторов 1 и 2.
При осуществлении контроля работы АФУ отклонение измеренных параметров от эталонных отображается индикацией:
- «ИСПРАВНО» - минимальное отклонение;
- «ПРЕДАВАРИЯ» - отклонение до максимально допустимого;
- «АВАРИЯ» - отклонение более максимально допустимого.
Антенно-фидерное устройство СДВ, ДВ, СВ диапазонов постоянной готовности работает следующим образом. В режиме приема наведенный в вибраторах 1 и 2 секций 21 сигнал через тройниковую муфту 3 и фидеры 4 поступает на вводно-защитное устройство 6, которое обеспечивает защиту входных цепей приемника от перенапряжения, возникающего при воздействии на антенну электромагнитного импульса. Далее сигнал через коаксиальный разъем на направленный ответвитель 12, далее на блок согласования антенн 20 и вход приемного устройства 11.