АНТЕННА
ANTENNA

Изобретение относится к антеннам мобильных передающих телевизионных центров дециметрового диапазона волн, временно разворачиваемых в процессе устранения природных и иных катастроф для информации населения.
Изобретение может быть использовано: во временных информационных телевизионных центрах дециметрового диапазона волн для оперативной информации населения; для передачи видеоинформации на проводящие мониторинг беспилотные или пилотируемее летательные аппараты для оперативного изменения программы мониторинга по мере анализа разрушений катастрофы.
Антенные системы передающих телевизионных центров дециметрового диапазона строятся с использованием широкополосных вибраторных излучателей вибраторного типа, реже из излучателей оптического типа [1, 2].
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой антенне является антенна, разработанная для микроволновой интегрированной телеинформационной системы (МИТРИС) и описанная в [3].
Прототип построен по двухзеркальной схеме. Антенна состоит из облучателя, в качестве которого использован волновод с гофрированным фланцем, квазипараболического зеркала и конического отражателя. Размеры раскрыва зеркала и основания конуса совпадают. Раскрывом антенны является высота усеченного конуса h. Выбором угла наклона α можно регулировать угол наклона Δθ максимума диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Азимутальная диаграмма - круговая.
Недостатками известного технического решения являются: применение зеркала специальной квазипараболической (модифицированной) формы; узкополосность и изменение формы диаграммы в широкой полосе частот в обеих плоскостях, зависящие от параметров волновода облучателя и гофра фланца; сокращение вертикального раскрыва антенны из-за необходимости применения гофрированного фланца достаточно большого диаметра, чтобы ограничить уровень боковых лепестков облучателя; высокий уровень боковых лепестков из-за интенсивного облучения края зеркала и перелива энергии за края рефлектора; значительный уровень стоячей волны в фидере из-за реакции зеркала; высокий уровень лепестка диаграммы, направленного в зенит из-за значительных токов на тыльной стороне зеркала.
Решаемая техническая задача заключается в упрощении технологии изготовления антенны применением отражающего зеркала параболической формы; в устранении узкополосности и изменении формы диаграммы направленности в широкой полосе частот в обеих плоскостях с использованием сверхширокополосного спирального излучателя круговой поляризации; в исключении сокращения вертикального раскрыва антенны, так как диаметр сверхширокополосного спирального излучателя не превышает величины , где λ - наиболее длинная волна дециметрового диапазона; в снижении уровня боковых лепестков диаграммы направленности установкой радиопоглощающего материала в виде колец по краю отражающего зеркала и основанию переотражателя конической формы; в устранении влияния (реакция) зеркала на величину согласования с фидером к передатчику введением металлического конуса; в снижении уровня лепестка диаграммы направленности, ориентированного в зенит установкой на тыльной стороне отражающего зеркала дополнительных металлических кольцевых экранов.
В предлагаемой антенне, содержащей отражающее зеркало и переотражатель в виде конической поверхности, у которых размеры раскрыва отражающего зеркала и основания конуса переотражателя совпадают, а также облучатель, решение поставленной технической задачи достигается тем, что отражающее зеркало параболическое, облучатель выполнен сверхширокополосным в виде конического спирального излучателя круговой поляризации с конической диаграммой во всем дециметровом телевизионном диапазоне, а по краю отражающего зеркала и на нижней образующей конуса переотражателя размещены кольца из радиопоглощающего материала, в центре отражающего параболического зеркала установлен металлический конус, который закреплен на винте, а на тыльной стороне отражающего зеркала размещены два последовательно расположенных дополнительных металлических кольцевых экрана, причем к спиральному облучателю присоединен коаксиальный кабель через разъем.
На чертеже изображена схема антенны.
Антенна (чертеж) содержит отражающее зеркало 1 и переотражатель 2 в виде конической поверхности, у которых размеры раскрыва отражающего зеркала 1 и основания конуса переотражателя 2 совпадают, а также облучатель 3, причем отражающее зеркало 1 параболическое, облучатель 3 выполнен сверхширокополосным в виде конического спирального излучателя круговой поляризации с конической диаграммой во всем дециметровом телевизионном диапазоне, а по краю отражающего зеркала 1 и на нижней образующей конуса переотражателя 2 размещены кольца 4 из радиопоглощающего материала, в центре отражающего параболического зеркала 1 установлен металлический конус 5, который закреплен на винте 6, а на тыльной стороне отражающего зеркала 1 размещены два последовательно расположенных дополнительных металлических кольцевых экрана 7, причем к спиральному облучателю 3 присоединен коаксиальный кабель 8 через разъем 9.
Работа антенны может быть пояснена следующим.
Известно [1], что основными факторами, определяющими зону уверенного приема сигналов в дециметровом диапазоне волн, являются, кроме возможного выбора более или менее удачного места расположения передающего центра, высоты расположения передающей антенны, величина эквивалентной изотропно-излучаемой мощности. Эквивалентная изотропно-излучаемая мощность определяется как произведение подводимой к антенне мощности на коэффициент усиления антенны, а при малых потерях в антенне - на коэффициент направленного действия.
В связи с тем, что место возникшей катастрофы обычно случайно и, следовательно, частотно-территориальный план для этой местности может быть выяснен только в процессе развертывания телевизионного центра, то назначаемый для передачи информации телевизионный канал реально может находиться в любой из полос частот дециметрового диапазона 568…790 МГц [1]. Поэтому рабочая полоса частот антенны должна удовлетворять требованиям [1] к телевизионным центрам всего дециметрового диапазона.
При развертывании центра практически возможна только простейшая проверка-регулировка перед установкой антенны на мачту по указателю коэффициента стоячей волны канала передатчика, расположенного в блоке сопряжения с антенной. Эти измерения выполняются на минимальном уровне мощности на новой заданной частоте, т.е. перед поднятием мачты с антенной в рабочее положение. Такое требование исключает использование в антенне узкополосных (резонансных) излучателей и фазирующих элементов. Для получения достаточно высокого значения уровня эквивалентной изотропно-излучаемой мощности от передатчиков с мощностью до 500 Вт мобильного исполнения, чрезвычайно важно иметь антенну с предельно большим значением коэффициента направленного действия при минимальных массогабаритных характеристиках и при выполнении минимума регулировочных работ. При установке антенны практически исключены работы, связанные с фазированием излучающих элементов на вновь заданных участках частотного диапазона для реализации вращающегося поля в горизонтальной плоскости, в том числе при многоэтажной конструкции антенны из групп излучателей.
Поскольку по возможности желательно размещать передатчик в центре обслуживаемой территории, то диаграмма направленности в плоскости горизонта должна быть близкой к круговой, а основной рост коэффициента направленного действия реализуется за счет сжатия диаграммы направленности в угломестной плоскости путем увеличения этажности антенны. Однако сужение диаграммы направленности в вертикальной плоскости целесообразно ограничить величиной в 40-45°, так как предполагается передача видеоинформации летательным аппаратам, производящим оперативный мониторинг территории по результатам разворачивающегося анализа катастрофы. Высота подъема антенны ограничена до 12 м (телескопическая мобильная) мачта.
Облучатель 3, возбуждающий параболическое отражающее зеркало 1 антенны, выполнен в виде конической спиральной антенны с широкой диаграммой конической формы, создающей поле вращающейся поляризации в горизонтальной плоскости и равномерно облучающей отражающее зеркало 1 во всем дециметровом телевизионном диапазоне [4, 5].
Сформированная отражающим параболическим зеркалом 1 плоская волна облучает коническую поверхность переотражателя 2, создающего ненаправленную диаграмму в горизонтальной плоскости, с вращающейся в этой плоскости поляризацией. Ширина диаграммы в плоскости угла места определяется высотой конуса h (Фиг.1), а угол α наклона образующей определяет положение максимума диаграммы в этой плоскости. Для снижения уровня боковых лепестков в плоскости угла места из-за высокого уровня облучения кромки отражающего зеркала 1 и основания конуса переотражателя 2, по краю отражающего зеркала 1 и по основанию конуса переотражателя 2 кольцеобразно укреплен радиопоглощающий материал в виде опоясывающих колец. 4. На тыльной стороне отражающего зеркала 1 последовательно установлены два дополнительных металлических кольцевых экрана 7, снижающих уровень излучения, направленного в зенит. Возбуждение облучателя 3 осуществляется коаксиальным кабелем 8, заканчивающимся разъемом 9. В центре отражающего параболического зеркала 1 установлен металлический конус 5, предназначенный для согласования фидерного тракта при оперативной установке заданной частоты, обусловленной реакцией зеркала, с помощью вращения винта 6.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания: Справочник. / Локшин М.Г. и др. М.: Радио и связь, 1988. - 144 с.
2. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. М.: Связь, ч.1, 1977, 384 с; ч.2, 1977, 288 с.
3. Гряник М.В. и др. Всенаправленная передающая антенна для микроволновых систем передачи информации. Электросвязь, №2, 1999, стр.26-28.
4. Сверхширокополосные антенны. / Под ред. Бененсона Л.С. Изд. МИР, М.: 1964 г., 416 с.
5. Юрцев О.А. и др. Спиральные антенны. М.: Сов. Радио, 1974, 223 с.