Антенная решетка круговой поляризации с форматом сигнала наземной системы функционального дополнения (GBAS)

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве наземной передающей и/или приемной антенны с эллиптической (круговой) поляризацией.
Известна антенная решетка эллиптической поляризации (патент RU 2628300, МПК H01Q 21/00, опубл. 15.08.201 - прототип), включающая четыре одинаковых симметричных вибратора, установленные на опоре-мачте и наклоненные на одинаковый угол по отношению к плоскости, включающая четыре одинаковых симметричных вибратора, установленные на опоре-мачте и наклоненные на одинаковый угол по отношению к плоскости. Каждый симметричный вибратор содержит излучатель, симметрирующее устройство и коаксиальный кабель. Излучатель выполнен из двух одинаковых соосных проводников, между которыми имеется зазор. Симметрирующее устройство выполнено в виде короткозамкнутой двухпроводной линии и включает в себя два одинаковых параллельных проводника, которые присоединены с одной стороны к проводникам излучателя в зазоре, а с другой стороны объединены заворачивающим третьим проводником, который присоединен к опоре-мачте. Коаксиальный кабель присоединен своим внешним проводником к одному из проводников излучателя в зазоре, а своим внутренним проводником присоединен ко второму проводнику излучателя в зазоре.
Недостатком прототипа является то, что данная конструкция антенной решетки не обеспечивает получение круговой диаграммы направленности (далее ДН) в горизонтальной плоскости с требуемым коэффициентом усиления не менее 6 дБ относительно изотропного излучателя в диапазоне частот 108…118 МГц. Данные технические характеристики необходимы для обеспечения дальности и зоны покрытия, цифровой линии передачи данных VDB для наземной системы GBAS. В прототипе излучатель не является законченной антенной, что усложняет настройку данной антенной решетки и проверку работоспособности при эксплуатации.
Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков прототипа и создание более надежной и технологичной антенн решетки.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является антенная система с эллиптической поляризацией с круговой ДН в горизонтальной плоскости с коэффициентом усиление не менее 6 дБ.
Технический результат достигается тем, что антенная система круговой поляризации с форматом сигнала GBAS содержит четыре одинаковых симметричных вибратора, установленных на опоре-мачте и наклоненных на одинаковый угол по отношению к плоскости для формирования эллиптической поляризации, каждый симметричный вибратор содержит излучатель, симметрирующее устройство и коаксиальный соединитель, излучатель выполнен из двух одинаковых соосных проводников, между которыми имеется зазор, симметрирующее устройство выполнено в виде короткозамкнутой двухпроводной линии и включает в себя два одинаковых параллельных проводника, которые присоединены с одной стороны к проводникам излучателя в зазоре, а с другой стороны объединены заворачивающим третьим проводником, который присоединен к опоре-мачте. Внутрь одного из симметрирующих проводников, на изолирующих втулках, установлен проводник для формирования коаксиальной лини передачи и трансформирования входного волнового сопротивления излучателя в волновое сопротивление 50 Ом. Затем этот коаксиальный проводник перемычкой соединяется со вторым симметрирующее проводником. Коаксиальный проводник соединен с высокочастотным соединителем с волновым сопротивлением 50 Ом.
Новым является то, что антенная система содержит три этажа излучателей, причем на первом этаже установлен общий синфазный равноамплитудный ВЧ-делитель, который подключен ВЧ-кабелями к синфазным равноамплитудным ВЧ-делителям на каждом этаже, а каждый излучатель этажа подключен ВЧ-кабелем к внутриэтажному ВЧ-делителю.
Внутри каждого этажа подводимая мощность сигнала делится для каждого излучателя, при помощи синфазного, равноамплитудного высокочастотного делителя мощности. Делитель мощности представляет собой высокочастотное устройство с одним входным ВЧ-соединителем и четырьмя выходами ВЧ-соединителями. Для получения требуемой круговой диаграммы направленности на каждом этаже излучатели должны быть запитаны ВЧ-сигналом с фазами: 180°, 270°, 270°, 0°. Требуемые фазы достигаются длинной ВЧ-кабеля от делителя до соответствующего излучателя.
Каждый этаж антенной решетки запитан от синфазного равноамплитудного делителя ВЧ-мощности. Необходимая фаза ВЧ-сигнала для каждого этажа формируется ВЧ-кабелями соединяющими межэтажный ВЧ-делитель с тремя внутриэтажными ВЧ-делителями.
Такое исполнение антенной системы в три этажа, где на опоре-мачте на каждом этаже установлено по четыре одинаковых симметричных вибратора, а также общий ВЧ-делитель, ВЧ-делитель на каждом этаже, и набор ВЧ-кабелей с определенной фазой,  как для каждого этажа, так и для каждого излучателя позволяет обеспечить круговую ДН в горизонтальной плоскости и требуемый коэффициент усиления, и форму ДН в вертикальной плоскости.
Для защиты от внешних воздействий при эксплуатации на каждый излучатель установлен стеклопластиковый обтекатель, который защищает вибраторы и симметрирующее устройство.
На фиг. 1 показан один из возможных вариантов выполнения антенной решетки эллиптической поляризации, предназначенной для приема и передачи электромагнитных волн, фиг. 2 - схема расположения этажных делителей и общего делителя, фиг. 3 - схема возбуждения этажных вибраторов и этажей антенной системы, фиг. 4 - ДН в горизонтальной плоскости, фиг.5 - ДН в вертикальной плоскости для углов места, заход с азимута 41°.
Основные элементы на фиг. 1-3 обозначены следующими позициями: 1 - опора-мачта, вибраторы первого этажа соответственно 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, вибраторы второго этажа 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, вибраторы третьего этажа 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 5 - делитель общий, 5-1 - делитель первого этажа, 5-2 - делитель второго этажа, 5-3 - делитель третьего этажа, L1 - L6 - ВЧ-кабели, соединяющие этажные делители с вибраторами.
Схема расположения этажных делителей и общего делителя с учетом длин соответствующих ВЧ-кабелей представлена на фиг. 2. Схема возбуждения этажных вибраторов и этажей антенной системы представлена на фиг. 3.
Измерения КСВ в рабочей полосе частот проводились на антенном полигоне. Анализ поляризационных характеристик поля излучения антенной системы показал (фиг. 4), что для интервала углов азимута 5°…8° и диапазона углов места 15°…25° наблюдается линейная (вертикальная) поляризация. Для остальных направлений коэффициент эллиптичности не менее 0.56 (эллиптическая поляризация).
Таким образом, требования к ДН в вертикальной и горизонтальной плоскости в основном выполняются, расчетный коэффициент усиления антенной системы равен не менее 6 дБ.