АНТЕННА ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА С ПЛАВНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ РАЗМЕРОВ ИЗЛУЧАТЕЛЯ ВНУТРИ РАДИОПРОЗРАЧНОЙ МАЧТЫ
DECAMETER ANTENNA WITH SMOOTH MECHANICAL ADJUSTMENT OF SIZE OF EMITTER INSIDE RADIOTRANSPARENT MAST

Изобретение относится к конструкции антенных систем.
Известны самолетные жестко-выпускные антенны (SU 113586, SU 1160492), использующие, с целью возможности установки выходных цепей передатчика в оптимальный режим, переменную длину рабочей части.
Наиболее близким техническим решением является конструкция жестко-выпускной антенны (патент SU 113586) - прототип.
Данное устройство содержит приемо-передатчик, шаговый двигатель, на оси которого смонтированы два барабана из диэлектрического материала (текстолит, эбонит и т.п.), антенный провод, диэлектрический канат, которые своими концами крепятся к двум барабанам, антенный ввод, два переходных ролика, проходной изолятор.
Цель изобретения - построение конструкции антенны декаметрового диапазона с плавной механической перестройкой размеров излучателя внутри радиопрозрачной мачты.
Поставленная цель достигается тем, что в конструкцию жестко-выпускной антенны, содержащей передатчик, шаговый двигатель, на оси которого смонтированы два барабана из диэлектрического материала (текстолит, эбонит и т.п.), антенный провод, диэлектрический канат, которые своими концами крепятся к двум барабанам, антенный ввод, два переходных ролика, проходной изолятор дополнительно введены датчик КСВ, вход которого соединен с первым выходом передатчика, а первый выход - через проходной изолятор к антенному вводу; устройство управления, первый вход которого соединен со вторым выходом датчика КСВ, а первый выход - с входом электромеханизма; фиксатор антенного провода, вход которого соединен с вторым выходом устройства управления; стопор - фиксатор, вход которого соединен с выходом фиксатора антенного провода; третий переходной ролик, через который антенный провод соединен со вторым барабаном; натяжитель-демпфер, механически соединенный с третьим переходным роликом; система противовесов, соединенная со вторым выходом передатчика; радиопрозрачная мачта, внутри которой размещены все узлы антенны декаметрового диапазона, а внизу мачты - система противовесов.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями между собой. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перечисленные элементы, используемые в блоках, являются известными, однако их введение в указанной связи с остальными элементами приводит к расширению функциональных возможностей системы.
Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 представлена мачта сборной конструкции в сборе, на фиг. 2 - секция мачты сборной конструкции в разрезе, на фиг. 3, 4 представлена общая конструкция антенны декаметрового диапазона с плавной механической перестройкой размеров излучателя внутри радиопрозрачной мачты; на фиг. 5 - проходной изолятор в панели ввода ВЧ-сигнала (С), на фиг. 6 приведено фото платы широкополосного датчика падающей и отраженной волны, выполненного на основе использования датчика высокочастотного тока; на фиг. 7 - фото передатчика-усилителя, на фиг. 8 представлен шаговый двигатель, на оси которого смонтирован один барабан, на фиг. 9 представлено фото радиокабеля РК50 от блока 2 к узлу С, на фиг 10 - фото переходного ролика, на фиг. 11 показано фото платы устройства управления шаговым двигателем.
С целью облегчения мачты сборной конструкции и унификации производства каждого ее элемента, все секции мачты или часть секций изготовлены полностью или частично в виде трехслойной усеченной конической оболочки таким образом, что внутренний и внешний слои ее стенки выполнены из конструкционного пластика (стеклопластика, базальто-пластика, пластика на основе углеродных волокон), а средний слой оболочки выполнен в виде облегченного заполнителя (пенопласта, сото-пласта, заполнителя в виде гофр, складчатого заполнителя).
Колено мачты выполнено из композитного материала трехслойной структуры в виде конуса. Длина колена составляет 2500 мм. Все колена мачты имеют одинаковый линейный размер. Нижний внутренний конус колена и верхний наружный конус колена составляют соединительный конус колен мачты на длине 200 мм. Силовой контур конуса имеет длину 250 мм для применения конусного крепления растяжек мачты. Внутренний диаметр конуса 64 мм на 92 мм. Угол конуса имеет значение 0,0056 по всей длине колена. Внутренний слой колена выполнен из стекловолокна с чередующейся намоткой в 10°…15° и 75°…80° по длине колена. Толщина слоя 2 мм. Внешний слой структуры намотки состоит из слоя толщиной 2,5 мм со структурой укладки 75°…80° на 10°…15°. Внутренняя структура композитного материала выполнена в виде прямоугольной гофры со стороной 7 мм. Общая толщина композитного слоя на колене мачты составляет 11,5 мм. Вес одного колена мачты 4850 грамм.
Панель ввода ВЧ-сигнала (С) - это высоковольтный проходной изолятор (фиг. 5), провод в среде высокочастотного диэлектрика, с одной стороны к одному выводу провода подключается антенный провод (канатик), с другой стороны высокочастотный радиокабель типа РК-50 (фиг. 9). Для физического закрепления в конструкции.
Стопор 8 (электрический фиксатор): это, по сути, электрический зажим с приводом от электромагнита, якорь которого прижимает провод к фиксированному месту контакта. Прижим обеспечивает замыкание накоротко антенного провода (канатика), делая его одним проводом. Антенна - вертикальный вибратор переменной высоты с противовесами. Это антенный провод (канатик), его высота(длина) и есть четвертьволновый вибратор.
От передатчика или усилителя 1 по схеме выходит радиокабель типа РК-50 (радиокабель сопротивлением 50 Ом) (фиг. 9). У него есть центральная жила, диэлектрик, металлическая оплетка и защитная оболочка, как правило из полиэтилена. Центральная жила РК-50 (фиг. 9) подключается на панели ввода на контакт проходного изолятора (фиг. 5), а оплетка - на корпус или основание мачты, которое имеет заземление.
В основании мачты установлено кольцо (контакт), от которого на периферию по радиусу расходятся противовесы (радиалы) (фиг. 4). Длина противовесов бывает различная (от 6 до 12 метров) через 15 градусов. Оплетка РК-50 электрически соединяется с кольцом (контактом радиалов). Противовесы - радиалы просто лежат на земле, для их "красивого" вида прямолинейности они пришпилены к земле. По сути, радиалы - это квазистабильное заземления для четвертьволнового вибратора, не сильно зависимое от состояния и качества проводимости земли, в месте развертывания антенны.
Мачта, ее размеры по высоте могут быть до 40 м, низ антенны состоит из опорной рамы от мачты и от нее во все стороны расходятся канатики-противовесы (радиалы) (фиг. 4) для создания эффективного излучения вертикального вибратора.
Первый вывод передатчика подключается к антенному канатику на панели С. Сам канатик находится внутри мачты, в ней же размещены все устройства подъема-спуска. Второй вывод передатчика 1 (фиг. 3) подключатся к противовесам.
Во внутренней полости мачты размещаются: антенный канатик, диэлектрический канат и два переходных ролика (блоков) А и В (фиг. 4). Все остальное размещается в основании антенной рамы.
Блок В закрепляется на верхнем колене мачты в оголовнике и предназначен для подъема-спуска блока А. Один конец диэлектрического каната, проходящей через блок В, закрепляется па хомуте блока А, а второй конец сматывается-разматывается на катушке 7.1, которая закреплена на валу шагового двигателя 5 (фиг. 3).
Блок А предназначен для изменения длины и натяжения антенного канатика. Один конец канатика жестко закреплен в панели С ввода сигнала высокой частоты от передатчика (фиг. 7), а второй конец канатика проходит через устройство 8, блок Д натяжителя-демпфера 6 на катушку 7.2.
Устройство 8 фиксирует электрическую длину канатика при конечной фазе настройки антенны па частоту излучения.
Конструкция включает: Выходной каскад усилителя мощности 1, датчик КСВ 2, фиксатор антенного канатика 3, устройство управления шаговым двигателем 4, шаговый двигатель 5, натяжитель-демпфер антенного канатика 6, катушки смотки-намотки 7.1, 7.2; электрический фиксатор (стопор) 8, блок антенного канатика А, блок диэлектрического каната В, панель ввода ВЧ сигнала С, блок натяжителя (демпфера) D.
Работа всей системы происходит следующим образом.
По командам настройки антенны па заданную частоту связи по линии "управление" в устройство управления шаговым двигателем 4 поступает информация о выборке необходимой длины антенного канатика.
От устройства управления 4 шаговым двигателем 5 в сторону фиксатора антенного канатика 3 поступает команда па растормаживание антенного канатика в 8 и шаговый двигатель 5 вращается в заданную сторону. При его вращении катушки 7.1. и 7.2 одновременно наматывают-сматывают антенный канатик и диэлектрический канат. Намотка антенного канатика и диэлектрического каната выполнена разнофазово, потому при наматывании антенного канатика происходит сматывание диэлектрического каната с катушки и наоборот.
После выполнения заданного режима работы включается выходной каскад усилителя мощности 1 на излучение радиосигнала настройки и в устройстве управления шаговым двигателем 4 поступает информация от датчика КСВ 2 о направлении вращения шагового двигателя 5. При достижении заданного значения КСВ вращение двигателя 5 останавливается и через устройство управления шаговым двигателем 4 и фиксатор антенного канатика 3 происходит фиксирование антенного канатика в его рабочей длине.
Циклы настройки повторяются при переходе с одного номинала частоты на другой.
В случае обеспечения заданного КСВ по диапазону частот настройка длины антенного канатика не выполняется.
По сути решения данное устройство заменяет антенно согласующее устройство (АнСУ) в классическом понимании. Необходимая длина излучателя механически устанавливается через эквивалентную высоту (длину) антенного канатика-излучателя. Только такой способ позволяет всегда излучать энергию ВЧ колебании точно в согласованном эффективном режиме, без ее потерь в АнСУ, чем существенно увеличивается реальная мощность излучения.
Применяемые АнСУ всего лишь устанавливают режим бегущей волны от выходного усилителя к АнСУ, а АнСУ к антенне, то есть в самом АнСУ происходит существенная потеря генерируемой энергии.
Результаты расчетов антенны с изменяемой высотой.
В таблице 1 представлена зависимость частоты оптимального согласования на источник 50 Ом от высоты антенны. (Почва - богатая. Противовесы по 15 м 8 штук. Максимум диаграммы направленности на всех частотах расположен пример: под углом 25…27 градусов к горизонту).
Результаты моделирования процесса согласования усилителя мощности с антенной показывают, что во всем дека метровом диапазоне радиоволн выполняется перестройка частоты с КСВ в тракте передачи не хуже 1.2 в определенной полосе рабочих частот на оптимальной длине излучателя. Путем изменения высоты излучающего вибратора можно снизить КСВ ниже значения 1.2 при сужении систем излучаемых частот.
Таким образом, изменения высоты вибратора путем механического перемещения конструкции антенного канатика и диэлектрического каната, которые перемещаются внутри диэлектрической мачты с помощью блоков при сматывания или наматывания на катушки механического привода с шаговым двигателем, позволяет выполнить настройки антенны на заданную частоту связи и обеспечить максимальные потери мощности усилителя не более 0,8%.
Стабильность параметров излучается от внешнего влияния метеофакторов гарантируется размещением излучателя внутри мачты антенны, которая выполнена из радиопрозрачного композитного материала.