АНТЕННАЯ СИСТЕМА
ANTENNA SYSTEM

Изобретение относится к радиотехнике, в частности, к антенной технике для приема и передачи радиоволн. Во многих случаях требуется связь в горизонтальном направлении при произвольной пространственной ориентации антенн приемника и передатчика. Это актуально, например, для аппаратуры шахтной радиосвязи, при попадании под завал. Изобретение решает задачу автоматической настройки антенной системы на вертикальную поляризацию возбуждаемого и принимаемого ей поля, независимо от пространственной ориентации самой антенной системы, с тем, чтобы обеспечить согласование по поляризации антенных систем приемника и передатчика, разнесенных в горизонтальной плоскости.
Известна антенна по патенту RU 2393597 C1, состоящая из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с совмещенными центрами, трех аттенюаторов, трех фазовращателей и делителя мощности, имеющего один вход и три выхода, при этом выходы делителя мощности отдельно связаны с входами вибраторов через каскадное соединение фазовращателя и аттенюатора. В частном случае использования двух значений фазы на выходе фазовращателя, отличающихся на 180 градусов, каскадно-соединенные фазовращатель и аттенюатор образуют балансный модулятор. Антенна по патенту RU 2393597 C1 обеспечивает возможность изменения пространственной ориентации вектора поляризации поля, возбуждаемого антенной, но не поля, воспринимаемого антенной, и не обеспечивает возможности автоматической настройки вектора поляризации по вертикали при произвольной пространственной ориентации антенны.
Наиболее близким к настоящему изобретению является приемопередатчик со встроенной настраиваемой антенной системой по заявке JP 2010233124 A, содержащий три магнитных антенны с взаимно ортогональной поляризацией по осям X, Y и Z. три умножителя, сумматор, три балансных модулятора, при этом приемные выходы антенн соединены по одному с первыми входами умножителей, выходы умножителей соединены по одному с разными входами сумматора, выход сумматора является приемным выходом антенной системы, передающий вход антенной системы связан с первыми входами балансных модуляторов, а выходы балансных модуляторов связаны по одному с передающими входами антенн. Антенная система по заявке JP 2010233124 A обеспечивает возможность изменения пространственной ориентации вектора поляризации поля, возбуждаемого и принимаемого антенной системой, но не обеспечивает возможности автоматической настройки на вертикальную поляризацию при произвольной пространственной ориентации антенной системы.
Технической задачей изобретения является обеспечение автоматической настройки антенной системы на вертикальную поляризацию при произвольной пространственной ориентации самой антенной системы.
Указанная техническая задача решена за счет того, что в известную антенную систему, содержащую три электрических или три магнитных антенны с взаимно ортогональной поляризацией по осям X, Y и Z, три умножителя, сумматор, три балансных модулятора, при этом приемные выходы антенн соединены по одному с первыми входами умножителей, выходы умножителей соединены с отдельными входами сумматора, выход сумматора является приемным выходом антенной системы, вход антенной системы связан с первыми входами балансных модуляторов, а выходы балансных модуляторов связаны по одному с передающими входами антенн, введен трехосевой акселерометр, оси чувствительности которого x, у и z параллельны осям поляризации антенн X, Y и Z, соответственно, а выходы акселерометра по осям x, у и z связаны по одному со вторыми входами умножителей и балансных модуляторов, связанных с антеннами, поляризованными по осям X, Y и Z, соответственно.
Для НЧ диапазона радиоволн имеет преимущество вариант осуществления изобретения, в котором магнитные антенны выполнены в виде ферритовых стержней с намотанными на них катушками индуктивности.
В описании и формуле изобретения использованы термины «связаны» и «соединены», а также их производные. Следует понимать, что эти термины использованы не как синонимы друг друга. В некоторых случаях предпочтение отдано термину «соединены», чтобы показать, что два или более элементов могут находиться в непосредственном контакте друг с другом. Термин «связаны» использован, чтобы показать, что два или более элементов сотрудничают или взаимодействуют друг с другом, но они могут быть или не быть в непосредственном контакте.
Вариант осуществления изобретения, имеющий преимущество для НЧ диапазона радиоволн, иллюстрирован функциональной электрической схемой.
Антенная система содержит три магнитных антенны 1, каждая из которых выполнена в виде ферритового стержня с намотанными на него двумя катушками индуктивности.
Выводы одной катушки являются приемным выходом антенны, в выводы другой катушки - передающим входом антенны. Ферритовые стержни ориентированы таким образом, что их оси X, Y и Z, совпадающие с осями поляризации соответствующих магнитных антенн, взаимно ортогональны. Приемные выходы трех антенн 1 соединены по одному с первыми входами трех умножителей 2, выходы которых соединены с отдельными входами сумматора 3, выход которого является приемным выходом антенной системы. Передающий вход антенной системы связан с входами трех балансных модуляторов 4, выходы которых по одному связаны с передающими входами антенн 1. Трехосевой акселерометр 5 ориентирован в пространстве таким образом, что его оси чувствительности x, у и z параллельны осям ферритовых стержней X, Y и Z, соответственно. Выходы акселерометра 5 по осям x, у и z связаны по одному со вторыми входами умножителей 2 и балансных модуляторов 4, связанных с антеннами, ферритовые стержни которых ориентированы по осям X, Y и Z, соответственно.
В стационарном положении выходные сигналы акселерометра 5 по осям чувствительности x, у и z пропорциональны проекции на эти оси вектора ускорения, вызванного силой реакции опоры на силу тяжести. Вектор ускорения направлен вертикально вверх. Балансные модуляторы 4 в режиме «передача» и умножители 1 в режиме «прием» производят знаковое «взвешивание» передаваемых и принимаемых магнитными антеннами сигналов, чем достигается вертикальная настройка вектора поляризации антенной системы при произвольной ее механической ориентации. Вертикально поляризованные антенные системы передатчика и приемника при разносе по горизонтали (например, по горизонтальному штреку шахты) в любом азимутальном направлении будут согласованы по поляризации. В горизонтальном направлении вертикально поляризованные антенные системы имеют максимальное усиление, что наряду с согласованной поляризацией обеспечивает наилучшие условия связи.