АНТЕННАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к антенной техники и предназначено для использования в качестве антенной системы в диапазоне сверхдлинных волн и крайне низких частот.
Известны антенны и антенные системы (Патент РФ №2314604, H01Q 1/04, Патент США №3984839, H01Q 21/06), в которых предусмотрены меры направленные на повышение их энергетической эффективности.
Наиболее близкой по техническим решениям является антенная система, которая описана в патенте РФ №2057386, H01Q 9/18 и принята в качестве прототипа.
Система содержит генератор, настроечные реактивные сопротивления, а также ряд параллельных излучателей. Устройства настройки и фазирования, вход каждого из которых соединен с выходом предыдущего излучателя. А выходы соединены с входом последующего. Генератор подключен к входу первого излучателя, причем настроечные сопротивления включены между входом и выходом в каждом излучателе.
Недостатком как аналогов, так и прототипа, использующих вертикально стоящие излучатели, является то, что максимум вектора Пойнтинга, определяющий направление максимального излучения, направлен не к горизонту, а вверх в пределах -25°…33° от вертикали.
Целью полезной модели является повышение энергии сигнала в направлении на корреспондента.
Поставленная цель достигается тем, что антенная система, содержащая генератор, настроечные реактивные сопротивления, ряд параллельных излучателей, устройства настройки и фазирования, вход каждого из которых соединен с выходом предыдущего излучателя, а выход соединен с входом последующего, генератор подключен к входу первого излучателя, а настроечные реактивные сопротивления включены между входом и выходом в каждом излучателе и параллельно выходу последнего, при этом в антенную систему введены опоры из диэлектрического материала (например из бетона) по числу излучателей для поддержания излучателей при их наклоне на угол равный 33° относительно горизонта.
Функциональная схема устройства представлена на Фиг.1. Она содержит:
а) 1 - генератор; 2 - излучатели; 3 - устройства настройки и фазирования; 4 - настроечные реактивные сопротивления.
б) 2 - излучатель; 5 - опору излучателя.
r
θ
φ
На основании известных соотношений для напряженностей электрического поля E - радиальной составляющей, E - поперечной составляющей (θ - угол между вертикальным излучателем и радиусом-вектором r) и магнитного поля H (φ - азимутальный угол), представленных в книге В.И.Вольман, Ю.В.Пименов Техническая электро-динамика, Москва, Связь, 1971 г., было выведено соотношение, определяющее величину вектора Пойнтинга П в зависимости от угла θ и параметра  (λ - длина волны излучаемого колебания ).
m
где: I - амплитуда тока в излучателе;
0
ε - абсолютная диэлектрическая проницаемость;
l - длина излучателя;
с - скорость света;
h
α=arctg(kr);
2
2
2
α=(kr+1)cosθ;
4
4
2
2
2
b=0,25(kr-kr+1)sinθ.
На Фиг.2 представлен пример векторных соотношений в излучаемом электромагнитном поле в ближней зоне. Как видно из графиков Фиг.2 угол отклонения вектора Пойнтинга от вертикальной оси, с учетом взаимной перпендикулярности векторов П и E, равен ψ=θ+90°-γ.
r
θ
Угол γ определяется из прямоугольного треугольника, образованного векторами Е, Е, Е.
ω - круговая частота.
Ө
Произведенные расчеты вектора Пойнтинга в зависимости от угла показали, что его максимальная величина, нормированная относительно его величины при угле θ равном 90°, меняется в пределах 1,1…1,4 при изменении kr от 0 до 1 и значения углов θ, соответствующих максимуму вектора Пойнтинга не равны 90°, т.е. максимум излучения не направлен к горизонту.
На Фиг.3 приведен график изменений, нормированного относительно первого сомножителя в формуле, вектора Пойнтинга от угла θ (в радианах) для случая, когда kr=0,7, который подтверждает вышесказанное.
Как видим, направив максимум излучения к горизонту можно получить увеличение потока излученной энергии в этом направлении от 10% до 40%.
Следует отметить, что значение угла (ψ=-25° соответствует только случаю kr = 1. Во всех остальных случаях ψ меняется в пределах 0°…33° при изменениях kr от 0 до 0,9.
Работа антенной системы осуществляется следующим образом.
Ток, создаваемый генератором 1, последовательно проходит через излучатели 2, обеспечивая излучение сигнала. Настроечные реактивные сопротивления 4 компенсируют реактивные сопротивления входных цепей излучателей. Устройства настройки и фазирования 3 производят компенсацию фазового набега излучающего тока между входами соседних излучателей. Наклон излучателей на 33° относительно горизонта обеспечивает направление максимального потока излученной энергии в интервале 0°…33° при всех значениях параметра kr в пределах 0…0,9.
Таким образом, ориентация максимума вектора Пойнтинга на горизонт обеспечивает увеличение энергии сигнала в направлении на корреспондента.