НАПРАВЛЕННАЯ РАМОЧНО-ЛУЧЕВАЯ АНТЕННА

Техническое решение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике и может быть использовано в технике связи.
Известна антенна «Замкнутая ромбическая антенна» К.Ротхамель «Антенны», издание одиннадцатое, издательство «Данвел» г.Москва 2005 г. Том №1 стр.221-226, которая содержит два горизонтально расположенных протяженных электрических проводника (например, проволока, стержень, труба) длиной не менее одной длины волны, выполненных в виде ромба, установленных на четырех мачтах (опорах) и оборудованных поглощающим резистором.
Недостатком аналога является необходимость обеспечить высоту подвеса антенны, не мене ½ длинны волны, для обеспечения малого угла возвышения в вертикальной плоскости диаграммы направленности, необходимость четырех опор для монтажа антенны, потери мощности в поглощающем резисторе, невозможность обеспечить вращение антенны ввиду ее громоздкости.
Также известна антенна «Квадратный куб» К.Ротхамель «Антенны», издание одиннадцатое, издательство «Данвел» г.Москва 2005 г. Том №1 стр.258-262, которая содержит активную петлю в виде квадратного элемента и отстоящего от него на расстоянии 0,1-0,2 длины волны, второго такого же проволочного квадрата, который с помощью дополнительного настроечного шлейфа превращается в рефлектор.
К недостаткам второго аналога относятся сложность несущей конструкции антенны, необходимость обеспечить высоту подвеса антенны, не мене ½ длинны волны для обеспечения малого угла возвышения в вертикальной плоскости диаграммы направленности, значительная ветровая нагрузка на антенну, ввиду большой парусности конструкции, искажение диаграммы направленности при наличии проводящих предметов и других антенн вблизи антенны.
В качестве прототипа выбрана «Рамочно-лучевая антенна», патент на полезную модель №: 92574 от 13 Ноября 2009 г., которая содержит вертикально расположенную рамку из материала с малыми омическими потерями с коаксиально расположенным в ней проводником, рамка и внутренний проводник подключены к конденсаторам настройки С-1 и С-2 и образуют два сильно связанных между собой контура. Наружный контур соединен с горизонтально расположенными лучами, образуя, вместе сними антенную систему
К недостаткам прототипа относятся, отсутствие возможности антенны работать только в одно, выбранном направлении, не способность подавлять сигналы во всех других направлениях.
Задачей технического решения является разработка антенны обладающей возможностью работать только в одном, выбранном направлении, со способностью подавления сигналов во всех других направлениях, обладающей незначительной парусностью, требующей для установки одну опору, с возможностью поворота антенны в необходимом направлении, обладающей малым углом возвышения в вертикальной плоскости диаграммы направленности, при высоте подвеса значительно менее ½ длинны волны, невосприимчивой к наличию проводящих предметов и других антенн в непосредственной близости от нее.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в направленной рамочно-лучевой антенне содержащей вертикально расположенную рамку из материала с малыми омическими потерями с коаксиально расположенным в ней проводником, внутренний проводник и рамка подключены к конденсаторам настройки С-1 и С-2 соответственно и образуют два сильно связанных между собой контура при этом, контур образованный внутренним коаксиальным проводником и настроечным конденсатором С-1 не участвует в излучении и служит для обеспечения синфазности либо противофазности, в необходимых случаях, магнитных и электрических полей элементов антенны. В направленной рамочно-лучевой антенне, наружный контур соединен с горизонтально расположенными излучающими и компенсирующими лучами, выполненными жесткими самонесущими, из легких материалов, образуя, вместе сними антенную систему. В предлагаемой антенне предусмотрены следующие отличия: два, более длинных, излучающих луча, выполненые жесткими самонесущими, из легких материалов и расположены в плоскости рамки. Оба излучающих луча присоединены к одному из выводов конденсатора С-2, в свою очередь соединенного с одной из двух сторон излучающей рамки. Два других, вчетверо более коротких, чем излучающие лучи, компенсирующих луча, также выполненны жесткими самонесущими, из легких материалов и расположены они в месте соединения длинных лучей с рамкой. Но расположены они поперек излучающих лучей и соответственно поперек рамки и присоединены к противоположному выводу конденсатора С-2 и соответственно противоположному выводу излучающей рамки.
Напряжение и ток в излучающем луче, находящемся со стороны той части рамки, к которой он подключен, так же как и в прототипе, находится в фазе по отношению к напряжению и току протекающем в этой части рамки. При этом, так же как в прототипе, вертикально расположенная рамка излучает вертикально поляризованную магнитную составляющую, а горизонтально расположенный луч горизонтально поляризованную электрическую составляющую, что обеспечивает формирование фронта излучаемой электромагнитной волны, в направлении этого луча.
В противоположном же, излучающем луче, подключенном к рамке в той же точке, что и первый луч, но находящимся со стороны противоположной части рамки, напряжение и ток луча находится по отношению к напряжению и току в этой части рамки в противофазе, в результате этого происходит взаимная компенсация полей наведенных этими напряжениями и токами. Ввиду взаимной компенсации полей, прием и передача, в направлении этого луча, невозможна.
Вчетверо более короткие, компенсирующие лучи расположение перпендикулярно длинным лучам и самой рамке, служат для обеспечения симметрии антенны и создания электрического поля. Они находятся в такой точке антенны, где из-за взаимной компенсации противоположными ветвями рамки, в поперечном направлении, имеется сектор нулевого приема, и сами лучи расположены так, что обладают также, нулевым приемом в этом направлении, поэтому в формировании диаграммы направленности они не участвуют.
Таким образом, антенна выполнена в виде жесткой рамки с жесткими самонесущими лучами из легких материалов и установлена на одной опоре, имеет возможность вращаться и обладает незначительной парусностью. Антенна способна работать в одном, выбранном направлении, с возможностью подавления сигналов во всех других направлениях.
Кроме того, предложенная направленная рамочно-лучевая антенна отличается тем, что вертикально расположенная рамка излучает вертикально поляризованную магнитную составляющую, а горизонтально расположенные излучающие лучи горизонтально поляризованную электрическую составляющую, что обеспечивает формирование фронта излучаемой электромагнитной волны. Формирование фронта излучаемой электромагнитной волны происходит непосредственно у элементов антенны, характеристики антенны практически не зависят от высоты подвеса антенны. Угол излучения в вертикальной плоскости (угол возвышения) имеет небольшую величину и регулируется наклоном лучей по отношению к горизонту, антенна не подвержена влиянию окружающих предметов, проводников и других антенн, находящихся в непосредственной близости от нее.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно, наличие излучающих лучей, выполненных жесткими, самонесущими из легких материалов и расположенных с одной стороны антенны, в точке с синфазными полями рамки, а с другой стороны антенны в точке с противофазными полями рамки. Наличие компенсирующих лучей так же выполненных жесткими, самонесущими из легких материалов и не участвующих в формировании диаграммы направленности, позволяет осуществить работу антенны в выбранном направлении, с возможностью подавления сигналов во всех других направлениях. Формирование электрической и магнитной составляющей фронта излучаемой электромагнитной волны отдельными элементами антенны обеспечивает независимость угла возвышения в вертикальной плоскости от высоты установки антенны и исключает искажение диаграммы направленности при наличии проводящих предметов и других антенн в близи антенны.
Техническое решение позволяет осуществлять поворот антенны в нужном направлении, для обеспечения малого угла возвышения в вертикальной плоскости диаграммы направленности использовать высоту установки, антенны значительно менее ½ длинны волны. Кроме того, максимальный угол излучения в вертикальной плоскости диаграммы направленности регулируется наклоном лучей к основанию антенны. Антенна имеет простую несущую конструкцию и обладает незначительной парусностью.
Техническая сущность предложенного технического решения поясняются чертежом, на котором:
Фиг.1 Принципиальная электрическая схема направленной рамочно-лучевой антенны
Фиг.2 Технологическая схема направленной рамочно-лучевой антенны
Предложенная, направленная рамочно-лучевая антенна, состоит из рамочной части антенны, изготовленной из коаксиально расположенных проводников и оборудованной конденсаторами настройки, лучевой части выполненной из прямолинейных проводников, мачты и распорки, изоляторов, индуктивной петли связи с питающим кабелем.
Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом, рамочная часть антенны выполнена из коаксиально расположенных проводников и оборудована конденсаторами настройки для внутреннего проводника и внешнего проводника, лучевая часть выполнена в виде жестких самонесущих проводников из легких материалов. Питание антенны осуществляется петлей связи подобной петле связи использованной в прототипе. Рамочная часть и излучающие лучи расположены в одной плоскости. Компенсирующие лучи, в четыре раза более короткие, чем излучающие лучи, расположены перпендикулярно по отношению к излучающим лучам и рамке.
Описанное выше техническое решение направленной рамочно-лучевой антенны осуществляется следующим образом:
Рамочная часть антенны, выполненная из коаксиально расположенных проводников, в форме окружности из материала обладающим малыми омическими потерями и оборудованная конденсаторами настройки с помощью распорки монтируется на диэлектрическую мачту. Лучи изготовлены из легких материалов в виде жестких, самонесущих проводников. Настройка антенны производится по минимуму коэффициента стоячей волны или по максимуму показаний индикатора напряженности поля. Изменением угла наклона лучей по отношению к мачте регулируется угол излучения в вертикальной плоскости, чем больше угол наклона лучей, тем меньше угол излучения. Питание антенны осуществляется петлей связи подобной описанной К. Hagenbuchner. Magnetische Anfennen - ein Erfahrung-bericht. - QSP, 1988, N 7, S.28-3.
Технико-экономическое обоснование:
1. способностью работать только в одном, выбранном направлении, с возможностью подавления сигналов во всех других направлениях
2. возможность монтажа антенны с помощью одной опоры.
3. возможность поворота антенны в необходимом направлении.
4. отсутствие значительной парусности
5. отсутствие искажения диаграммы направленности при наличии проводящих предметов и других антенн в близи антенны
6. обеспечение малого угла возвышения в вертикальной плоскости диаграммы направленности при высоте подвеса значительно менее ½ длинны волны.