РАМОЧНАЯ АНТЕННА (ВАРИАНТЫ) И СОГЛАСУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)

РАМОЧНАЯ АНТЕННА (ВАРНАНТЫ) И СОГЛАСУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ)
Полезные модели относятся к средствам связи, в частности к антенной технике, и могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства (например, любых видах транспорта, радио, телевидении) для обеспечения устойчивой аудиовидеосвязи, а также радиорелейной, радиотелефонной связи на KB, MB, ДМВ диапазонах.
Исходя из практики известно, что в настоящее время для обеспечения дальнего приема сигналов наибольшее распространение получили рамочные антенны, которые при относительной простоте констр тсции обладают большим коэффициентом усиления при сравнительно узкой полосе пропускания. Благодаря этому, с выхода узкополосной антенны на вход приемника поступает повышенное по сравнению с широкополосными антеннами отношение сигнал/шум.
Частотная избирательность антенны особенно важна в условиях дальнего приема, когда необходимо обеспечить прием слабого сигнала, а по близости работает мошный передатчик на соседнем по частоте канале. Кроме того, интенсивная помеха, поступая на первый же нелинейный элемент схемы приемника (электронную лампу или транзистор), приводит к перекрестной модуляции сигнала, и в дальнейшем избавиться от этой помехи в приемнике невозможно.
Разновидностью рамочных антенн, которые получили наиболее широкое распространение, являются двухэлементные рамочные антенны (двойной квадрат) и трехэлементные антенны (тройной квадрат) (Шейко В.П. «Антенны любительских радиостанций, М., ДОСААФ, 1962г.)
2 О D О 1  2 i 7 3 i
MKH HOIQII/OO
Принцип работы указанных антенн заключается в следующем. В режиме приема высокочастотный сигнал передатчика, на который ориентирована антенна, возбуждает ЭДС на элементе, расположенном первым к принимаемому сигналу, а затем последовательно на очередных элементах антенны. Результирующая ЭДС всех пассивных элементов (директоров) суммируется на активном элементе (вибраторе) и по кабелю фидера поступает на вход приемника. Величина суммарной ЭДС (коэффициента усиления антенны) зависит от частотно-резонансньгс характеристик каждого из элементов антенны, качества их настройки и согласования элементов антенны в целом. Рефлектор в конструкции антенны выполняет функции отражателя и препятствует приему сигналов, поступающих с обратной стороны рамки рефлектора. Коэффициент усиления настроенной и согласованной антенны составляет 14-15дб. Достигнуть же коэффициента усиления, превьппающего указанные значения, практически не представляется возможным.
Известна рамочная антенна, состоящая из кольцевых рамочных элементов: рефлектора, вибратора и директоров, которые закреплены соосно-последовательно на общей штанге и электрически изолированно один от другого. Все рамочные элементы разомкнуты с минимальным зазором, а их нлоскости параллельны (описание к патенту США № 3491361 МКИ Н 01 Q 11/12, 1970г).
Указанная антенна обеспечивает относительно большой коэффициент усиления и частотную избирательность, однако наряду с указанньши недостатками, относящимися к рамочным антеннам в целом, она, кроме того, не обеспечивает устойчивой связи на частотах свьщ1е 30 МГц за пределами прямой видимости.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание рамочной антенны, обеспечивающей устойчивую связь на частотах свьщ1е 30 МГц за пределами прямой видимости.
задачи является сужение диаграммы направленности антенны.
Указанный технический результат достигается тем, что в рамочной антенне, содержащей рефлектор и вибратор, установленные соосно-последовательно на общей штанге электрически изолированно друг от друга, антенна снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным вибратором, а рефлектор и/или вибратор и дополнительные вибраторы вынолнены в виде сгруппированньгх пар элементов, соединённых между собой через согласующее устройство.
Рамочная антенна по второму варианту содержит рефлектор, вибратор и, по меньшей мере, один директор, установленные соосно-последовательно на общей штанге электрически изолированно друг от друга, при этом она снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным вибратором, а рефлектор и/или вибратор и дополнительные вибраторы и/или директор выполнены в виде сгруппированных нар элементов, соединённых между собой через согласующее устройство.
Кроме того:
-нары элементов снабжены электрическим и/или механическим средством регулирования резонансной частоты;
-по меньшей мере, один элемент вибраторной и/или рефлекторной и/или директорной пары элементов выполнен в виде незамкнутого кольца;
по меньшей мере, один элемент рефлекторной пары выполнен в виде спирали;
-снираль вьшолнена концентрической;
-концентрическая снираль выполнена нлоской.
Рамочные антенны являются симметричными антеннами, ноэтому для точного согласования их с линиями передачи, носледние также должны быть симметричными, например ленточные кабели, экранированные двухпроводпые линии, двухнроводные линии с воздушной изоляцией. Однако во многих случаях в качестве линий питания симметричной антенны целесообразно иснользовать коаксиальный кабель, который не
обладает симметрией. При питании симметричной антенгщ ио коаксиальному кабелю, даже ири совпадении входного сонротивления антеипы и волнового сопротивления кабеля, антенна нагружается кабелем несимметрично и в результате возникают уравнивающие токи, протекаюгцие во внешней стороне оплётки кабеля. Последний начинает излучать электромагнитные волны, что является наразитным излучением, искажающим диаграмму направленности антенны. В связи с этим возникает необходимость введения симметрир тощих устройств между кабелем фидера и антенной.
Одним из распространённых симметрирующих устройств является четвертьволновой симметрир}ющий трансформатор (К. Ротхаммель «Антенны, М., Энергия, 1969г. с. 40-41), включающий металлический цилиндр длина L которого равна L(X/4)0,95, где X - длина волны на которую настроена антенна. Коаксиальный кабель фидера размещён вдоль оси цилиндра, при этом один торец цилиндра закрьгг металлической щайбой с осевым отверстием, а наружная онлётка кабеля фидера припаяна к шайбе.
Педостатком данного согласующего устройства является невозможность согласования нескольких антенн.
Задачей решаемой нолезной моделью является создание согласующего устройства обеспечивающего согласования нескольких ацтенн.
Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи является, суммирование нескольких сигналов пришедших в разное время на одном кабеле.
Указанный технический результат достигается тем, что в согласующем устройстве, включающем полый токопроводящий цилиндр с глухим торцем, вдоль оси которого размещена двухнроводная линия передачи фидера, первый провод которой соединён с цилиндром, на другом торце цилиндра расположецы, по меньшей мере, две
двухпроводные линии передачи, первые провода которых соединены с цилиндром, при этом вторые провода двухпроводных линий передачи соединены с первым или вторым проводом линии передачи фидера соответственно.
Согласующее устройство по второму варианту включает токопроводящий цилиндр с глухим торцем, вдоль оси которого размещена двухпроводная линия передачи фидера, первый провод которой соединён с цилиндром, при этом оно дополнительно снабжено, по меньшей мере, двумя двзоспроводными линиямтя передачи и, по меньшей мере, двумя группами двухпроводных кабелей-ответвителей, а первые провода линий передачи соединены между собой и с цилиндром, при этом двухпроводные липии передачи размещены вдоль оси цилиндра, а концы вторых проводов двухпроводных линий передачи, обращённые к двухпроводной линии передачи фидера, присоединены к цилиндру, при этом другие концы вторых проводов двухпроводных линий передачи объединены в общие точки с первыми проводами первой группы двухпроводных кабелей-ответвителей, а общие точки соединены с цилиндром через реактивные элементы, при этом вторые провода первой группы двухпроводных кабелейответвителей соединены с цилиндром, а первые провода второй группы кабелейответвителей соединены с первым и вторым проводом двухпроводной линии передачи фидера соответственно, при этом вторые провода второй группы кабелей-ответвителей соединены с цилиндром.
Согласующее устройство по третьему варианту включает токопроводящий цилиндр с глухим торцем, вдоль оси которого размещена двухпроводная линия передачи фидера, первый провод которой соединён с цилиндром, при этом оно дополпительно снабжено, по меньшей мере, двумя двухпроводными линиями передачи и, по меньшей мере, двумя группами двухпроводных кабелей-ответвителей, а первые провода двухпроводных линий передачи соединены между собой и с цилиндром, при этом двухпроводные линии передачи размещены вдоль оси цилиндра, а концы вторых
проводов двухпроводных линий передачи, обращённые к двухпроводной линии передачи фидера, приеоединены к цилиндру через первичные обмотки трансформаторов, при этом другие копцы вторых проводов двухпроводных линий передачи объединены в обнще точки с первыми проводами первой группы кабелейответвителей, а общие точки соединены с цилиндром через реактивные элементы, при этом вторые провода первой группы двухпроводных кабелей-ответвителей соединены с цилиндром, а первые провода второй группы кабелей-ответвителей соединены с первым и вторым проводом двухпроводной линии передачи фидера через вторичные обмотки трансформаторов соответственно, при этом вторые провода второй группы двухпроводных кабелей-ответвителей соединены с цилиндром. Кроме того:
-двухпроводные линии переда ш выполнены разной длины;
-двухпроводные линии передачи и/или двухнроводная линия передачи фидера и/или двухпроводные кабели-ответвители выполнены в виде коаксиального кабеля;
-глухой торец цилиндра выполнен в виде жёстко скреплённой с ним токопроводящей щайбой с осевым отверстием, электрически связанной с цилиндром;
-цилиндр и/или шайба выполнены металлическими;
-реактивные элементы вынолнены в виде конденсаторов и/или катушек индуктивности.
Полезная модель ноясняется чертежами, где на фиг. 1 показана рамочная антенна, на фиг. 2 - настраиваемый рефлектор антенны, на фиг. 3 - настраиваемый вибратор, на фиг. 4 - настраиваемый директор, на фиг. 5 - нервый вариант согласующего устройства для согласования двух антенн, на фиг. 6 - первый вариант согласующего устройства для согласования трёх антенн, на фиг. 7 - второй вариант согласующего устройства, на фиг. 8 - третий вариант согласующего устройства.
вибратора 3, третьего вибратора 4, четвертого вибратора 5.
Вибраторы 2, 3, 4 и 5 включают индуктивиые элементы 6 и 7, параллельио которым присоединены подстроечные конденсаторы 8 и 9. Индуктивные элементы 6 и 7 связаны между собой при помопщ трансформатора 10. Параллельно подстроечному конденсатору 9 включён кабель 11, наружная онлётка которого присоединена через нодстроечный конденсатор 12.
Рефлектор 1 включает плоскую концентрическую спираль 13, параллельно каждому из витков которой включены подстроечные конденсаторы 14, 15 и 16. Начало и конец снирали соединены между собой через нодстроечные конденсатор 17. Концентрическая спираль 13 связана через трансформатор 18 с колебательным контуром, образованным ршдуктивным элементом 19 и цодстроечным конденсатором 20.
Директор выполнен в виде двух колебатедьньтх контуров, образованных индуктивными элементами 21 и 22 и подстроечными конденсаторами 23 и 24, включёнными параллельно индуктивным элементам, при этом колебательные контуры связаны между собой через трансформатор 25.
Рамочная антенна работает следующим образом. Высокочастотный сигнал передатчика, на который ориентирована антенна, достигает в первую очередь индуктивного элемента 6 вибратора 5. ЭДС, наведенная нри этом на индуктивном элементе 6, нроизводит заряд подстроечного конденсатора 8, который электрически, на время заряда, представляет собой коротко замкнутый узел, шунтирующий вьгооды трансформатора 10. При достижении полного заряда подстроечного конденсатора 8, происходит его разряд по двум электрическим цепям:
1)по цепи индуктивного элемента 6;
формирует электромагнитный импульс, который индуктируется на индуктивном элементе 7 и совиадающий по времени с приходом на элемент 7 прямого высокочастотного сигнала передатчика. Суммарная ЭДС производит заряд подстроечного конденсатора 9. Аналогичные процессы, сдвинутые во времени, происходят в вибраторах 2, 3 и 4.
С целью согласования работы всех элементов антенны и обеспечения временной синхронизации прохождения сигнала передатчика по всем ее элементам, индуктивные элементы 6 и 7 каждого вибратора попарно настроены в резонанс на выбранную рабочую частоту в нолосе частот, заданной размерами антенны. Индуктивный элемент 19 рефлектора 1 идентичен индуктивному элементу 6 вибраторов 2, 3, 4 и 5, настроен с ним в резонанс и установлен на расстоянии ,12X, (где X - длина волны, на которую настроена антенна), обеспечивающем максимальное отражение сигнала в сторону активных элементов в заданной полосе частот.
Индуктивный элемент 13 рефлектора 1 , выполненный в виде концентрической спирали, выполняет функции комплексного широкополосного отражателя для всех контурных пар антенны, плоскости которых соосно-параллельны.
Время прихода прямого и отраженного рефлектором сигналов нередатчика и суммированных антенной сигаалов, поступающих на вход кабеля фидера, синхронизировано за счет согласованного расстояния между всеми контурными парами.
Согласующее устройство по первому варианту выполнено в виде полого металлического цилиндра 26, на торце которого установлена металлическая шайба 27. Вдоль оси цилиндра 26 размещён коаксиальный кабель 28 фидера. На другом конце цилиндра 26 размещены коаксиальные кабели-отв твители 29, 30 и 31, наружные оплётки которых соединены с цилиндром 26, при этом центральные жилы кабелейответвителей 29 и 31 соединены с центральной жилой кабеля 28 фидера, центральная
жила кабеля-ответвителя 30 присоединена к наружной оплётке кабеля 28 фидера. Последний фиксируется в цилиндре 26 при помощи диэлектрической шайбы 32.
Согласующее устройство по первому варианту работает следующим образом. Высокочастотный сигнал, поступающий от антенн по кабелям-ответвителям 29, 30 и 31 суммируется на кабеле 28 фидера, при этом металлический цилиндр 26 согласует и симметрирует коаксиальный кабель 28 фидера, не обладающий симметрией, с симметричными антеннами.
Согласующее устройство по второму варианту включает металлический цилиндр 33 вдоль оси которого, па половине длины цилиндра размещён коаксиальный кабель 28 фидера, наружная оплётка которого соединена с цилиндром 33 в месте входа кабеля 28 в цилиндр. В нолости цилиндра 33 вдоль его оси размещены две коаксиальные линии 35 и 36, зафиксированные в цилиндре при помощи диэлектрических втулок 37. Концы центральных жил коаксиальных линий 35 и 36, обратдённые к кабелю 28 фидера присоединены к цилиндру 33, а противонолоз э1ые концы центральных жил объединены в общие точки с центральными жилами кабелей-ответвителей 38 и 39 соответственно. Одновременно общие точки соединены через конденсаторы 40 и 41 с цилиндром 33. Центральные жилы кабелей-ответвителей 42 и 43 соединены с центральной жилой кабеля 28 фидера и с его наружной оплёткой соответственно.
В согласующем устройстве по третьему варианту коаксиальные линии 35 и 36 связаны соответственно с кабелями-ответвителями 42 и 43 через трансформаторы 44 и 45. Первые концы первичных обмоток трансформаторов 44 и 45 соединены с цилиндром 33, а другие концы первичных обмоток - с центральными коаксиальных линий 35 и 36 соответственно. Первые концы вторичных обмоток трансформаторов 44 и 45 соединены с центральными жилами кабелей-ответвителей 42 и 43, а другие концы вторичных обмоток - с центргшьной жилой и наружной оплёткой кабеля 28 фидера.
образом. Кабели-ответвители 38, 39 и 42, 43 присоединяют к вибраторам рамочной антенны в норядке от наиболее удалённого вибратора к рефлектору. В этом случае наиболее удалённый вибратор первым принимает высокочастотный сигнал, который поступает по кабелю-ответвителю 38 на вход согласующего устройства. Высокочастотный сигнал производит заряд конденсатора 40. Далее высокочастотный сигнал следующего вибратора и, пройдя по кабелю-ответвителю 39, заряжает конденсатор 41. Затем высокочастотный сигнал достигает следующего вибратора и по кабелю 42 поступает на вход соглас тощего устройства, при этом он через обмотку трансформатора 44 поступает на кабель 28 фидера, одновременно с этим конденсатор 40 разряжается через коаксиальную линию 35 на обмотку трансформатора 44. Таким образом, высокочастотные сигналы, поступивише по кабелям-ответвителям 38 и 42 в разные моменты времени суммируются на кабеле 28 фидера. Аналогичным образом процессы происходят при прохождении высокочастотных сигналов по  кабелямответвителям 39 и 43. Длина  коаксиальных линий передачи 35 и 36 выбирается таким образом, чтобы обеспечить синфазную передачу сигналов с кабелей-ответвителей 38, 39 и 42, 43 на кабель 28 фидера.
Таким образом, использование полезных моделей позволяет достичь высокого коэффициента усиления рамочной антенны и обеспечить устойчивую связь на частотах свыше 30 МГц за пределами прямой видимости.