АНТЕННАЯ РЕШЕТКА ТУРНИКЕТНОГО ТИПА КВ ДИАПАЗОНА

Полезная модель относится к антенной технике и может найти применение в качестве приемопередающей широкополосной фазированной антенной решетки декаметрового диапазона с управлением поляризации излучаемого поля и местоположением максимума главного лепестка диаграммы направленности, используемой на стационарных и мобильных объектах связи.
Известны антенны и антенные решетки с управляемой поляризацией излучаемого электромагнитного поля (патенты RU 128789 U1, №2189676 МПК: H01Q 11/10, А.С. СССР №248010 МПК: H01Q 9/24).
Общим свойством данных запатентованных решений является их работа в сантиметровом, метровом, дециметровом диапазонах.
Наиболее близкой по технической сущности и исполнению является широкополосная антенна по патенту РФ №62740 на полезную модель (МПК: H01Q 11/10), предполагающая работу в KB диапазоне с обеспечением управления поляризацией излучаемого поля.
Антенна, описанная в патенте №62740, содержит две логопериодические структуры, плоскости которых взаимно ортогональны и наклонены на угол 45° относительно поверхности земли. Каждая логопериодическая структура подключается к симметричной двухпроводной линии питания. Вибраторы подвешены к граням металлической конструкции в виде усеченной равносторонней пирамиды, причем грани и опора разделены диэлектрическими вставками на отрезки, длины которых выбраны с переменным шагом от 0,1 λmin до 0,1 λmax, где λmin и λmax - границы рабочего диапазона частот. Параллельно земле установлена ось пирамиды, вдоль которой на передней и задней опорах параллельно крепятся две двухпроводные линии питания от двух усилителей мощности.
Запатентованная конструкция может быть использована в антенных приемопередающих локационных устройствах.
Недостатками данной антенны являются:
- подключение радиопередающих устройств с несимметричным выходом к симметричным входам антенны, как указано в описании, не может обеспечить приемлемый уровень согласования в широкой полосе частот;
- конструкция в виде металлической фермы, разделенной изоляторами, является дорогостоящей, сложной и громоздкой даже для применения на стационарных объектах и не обеспечивает мобильность, быстроразвертываемость и транспортабельность антенны;
- не обеспечивает электронного управления местоположением главного лепестка диаграммы направленности.
Заявляемая полезная модель направлена на решение следующих задач:
- обеспечение повышения уровня эффективной изотропно излучаемой мощности, получаемой за счет улучшения уровня согласования между несимметричным выходом радиопередающего устройства и симметричным входом логопериодической антенны;
- упрощение конструкции, что позволит сократить время развертывания;
- обеспечение управления главного лепестка диаграммы направленности для каждого из четырех (линейные - горизонтальная, вертикальная и эллиптическая - круговая правого и левого вращений) видов поляризации излучаемого антенной решеткой электромагнитного поля на каждой частоте рабочего диапазона.
Задача повышения уровня согласования между выходами радиопередающих устройств и точками питания логопериодических элементов из состава антенной решетки решается за счет включения в высокочастотный тракт широкополосного устройства симметрирования и согласования (УСС), имеющего собственный КСВН не хуже 1,3 во всем KB диапазоне и выполненного на базе плоских спиральных проводников, обеспечивающего переход от несимметричного коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом к симметричному 300-омному выходу и наличием четырехпроводной 300-омной фидерной линии, соединяющий выход УСС и точку питания антенны. Применение УСС с собственным КСВН не хуже 1,3 позволяет добиться КСВН антенн и антенно-фидерного тракта относительно 75 Ом не хуже 3 в диапазоне рабочих частот.
Упрощение конструкции антенной решетки, мобильность и сокращение времени развертывания достигается за счет применения принципиально новой системы подвеса на требуемую высоту взаимно-ортогональных логопериодических антенн плоскости которых имеют наклон к земной поверхности 45°. Система подвеса каждой антенны на мачтах состоит из верхних и нижних лееров. К леерам излучатели крепятся с помощью поводков. Леера и поводки выполнены из синтетических и стальных канатов, секционированных изоляторами через 2,5 м. Система подвеса лееров антенной решетки состоит из шести сборно-разборных секционных мачт. Мачты располагаются вдоль полотен антенн с учетом их наклона: передние имеют высоту 22 м, средние 26 м, задние 30 м. Оттяжки мачт выполнены из стальных канатов, секционированных такелажными изоляторами через 2,5 м.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображена конструкция антенной решетки турникетного типа; на фиг. 3 - электродинамическая модель двух ортогонально расположенных логопериодических антенн с распределительной линией и макет масштаба 1:1, развернутый на местности; на фиг. 4 - электрическая схема высокочастотного тракта: возбудитель, два усилителя мощности, два устройства симметрирования и согласования, две четырехпроводные фидерные линии, две логопериодические структуры со схемой подключения вибраторов к распределительной линии; на фиг. 5 -результаты измерений коэффициента стоячей волны по напряжению макета (масштаб 1:1) логопериодических антенн из состава турникетной решетки.
Две плоские логопериодические антенны с вибраторами 10, шлейфом заземления 6, двумя четырехпроводными фидерными линиями 2, распределительной линией 11 подвешены на шести мачтах 7, 8, 9, высоты которых равны 30, 26 и 22 метра соответственно, позволяют обеспечить требуемый наклон антенной решетки к горизонтальной плоскости в 12°. Верхние 4 и нижние 5 леера крепятся к мачтам, вибраторы 10 соединяются с леерами с помощью поводков 3. К точкам питания логопериодических антенн подходят две четырехпроводные симметричные линии 2, которые у земли подключаются к устройствам симметрирования и согласования 1.
Сформированные в возбудителе (модуляторе) ВЧ сигналы по двум каналам (канал 1, канал 2) поступают на входы радиопередающих устройств, где усиливаются до необходимого уровня. Далее сигналы с несимметричных выходов радиопередающих устройств (РПДУ) поступают по коаксиальным 75-омным кабелям на входы устройств симметрирования и согласования, где обеспечивается трансформация сопротивлений до 300 Ом и переход к симметричным четырехпроводным линиям, которые в свою очередь коммутируются к распределительным линиям логопериодических антенн.
1
2
Электронное переключение вида поляризации электромагнитного поля излучаемого антенной решеткой осуществляется путем формирования в возбудителе (модуляторе) двух сигналов с определенным соотношением фазовых сдвигов между каналами возбудителя Ψ (канал 1) и Ψ (канал 2):
1
2
- Ψ-Ψ = 0° - линейная вертикальная поляризация;
1
2
- Ψ-Ψ=180°- линейная горизонтальная поляризация;
1
2
- Ψ-Ψ=45°- эллиптическая (правого вращения) поляризация;
1
2
- Ψ-Ψ = -45° - эллиптическая (левого вращения) поляризация;
Управление лепестком диаграммы направленности на каждой частоте рабочего диапазона в вертикальной плоскости достигается за счет переключения вида поляризации - эллиптическая, вертикальная, горизонтальная. Для каждого вида поляризации максимум диаграммы направленности расположен под следующими значениями угла места (Δ°) в зависимости от рабочей частоты диапазона - горизонтальная (15≤Δ°≤25), вертикальная (35≤Δ°≤60), эллиптическая (25≤Δ°≤40).
В горизонтальной плоскости управление максимумом достигается путем изменения фазовых сдвигов.
Реализация достижения заявляемых отличительных признаков подтверждается:
1. результатами компьютерного моделирования в программном пакете 4NEC2X;
2. результатами натурных экспериментов макета антенной решетки диапазона 4-25 МГц, изготовленного в масштабе 1:1 и развернутого на местности, в рамках которых осуществлялась проверка диапазона рабочих частот, а также проверка управляемости ДН в двух плоскостях с проведением трассовых испытаний на различных корреспондентов.