ВЕРТИКАЛЬНАЯ СТАЦИОНАРНАЯ АНТЕННА СРЕДНЕВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована как стационарная малогабаритная приемопередающая антенна для систем сети связи передачи данных работающих в диапазоне средних волн.
Известно, что при возникновении магнитных бурь наблюдается нарушение в работе KB и УКВ средств связи из-за возникающих неоднородностей в ионосфере. При этом устойчивая радиосвязь возможна только с помощью поверхностной волны.
Так же известно, что чем больше длина волны, тем дальше происходит распространение поверхностной волны, так как средние, и особенно длинные волны, мало поглощаются при прохождении околоземной поверхности, а также имеют свойства огибать препятствия, что важно при проведении двухсторонней радиосвязи в условиях гористой местности. Также длинные и средние волны хорошо огибают поверхность Земли, вследствие чего, распространение поверхностных волн может достигать расстояния в 300-400 км.
Однако увеличение длины волны неизбежно ведет к увеличению физических размеров антенной системы.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому устройству является вертикальная укороченная антенна [1] содержащая вертикальный вибратор (16,5 м.), согласующее устройство, включающее первую и вторую индуктивности, постоянные емкости, а также противовесы, расположенные в горизонтальной плоскости (18 шт.). Данная антенна предлагается радиолюбителям для работы в диапазоне коротких и промежуточных волн.
Недостатки: Вышеуказанная антенна не рассчитана на использование в диапазоне средних волн, со средней частотой 450 кГц, так как имеет большие линейный размеры.
Ранее задач по организации радиосвязи с мобильными подразделениями в ближней зоне (до 300 километров) в Арктическом регионе не ставилось.
Целью является разработка стационарной антенной системы для связи с подвижными объектами на удалении до 300 км в условиях Крайнего Севера.
Технический результат заявляемой модели заключается в снижении габаритных размеров антенны (до 20 м.) при сохранении достаточной эффективности излучения для расширения функциональных возможностей использования приемопередающей аппаратуры в системах СВ связи.
Данный технический результат достигается тем, что для согласования антенны с фидером используется концевая емкостная нагрузка, состоящая из шести лучевых проводников, одновременно являющихся оттяжками, усиливающими механическую прочность в условиях механических и ветровых нагрузок. Кроме этого, для согласования антенны используется система противовесов, состоящая из шестидесяти, расположенных радиально, лучевых проводников.
Заявляемая антенная система является укороченной антенной. Основное излучение происходит под низкими углами к горизонту, что является очень полезным свойством при радиосвязи с помощью прямой волны.
Эффективность работы антенны, а, следовательно, ее коэффициент полезного действия, прямо пропорционален ее физическим размерам и сопоставим с длиной волны. Длина волны на частоте 450 кГц составляет около 660 метров. Эффективно работающая на этой частоте антенна, должна иметь размеры не менее 120-150 метров и, примерно, такую же высоту подвеса (справедливо для дипольных антенн с горизонтальной поляризацией). Подобные антенны выполняются в виде антенн-мачт или антенн-башен и их использование определяется технико-экономическим обоснованием.
Предлагаемая модель предназначена для использования в диапазоне средних волн как стационарная укороченная вертикальная антенна для связи прямой и отраженной волной в условиях ограниченной площади, где размещения полноразмерных антенн не представляется возможным. Антенна предлагается для организации радиосвязи со стационарными подразделениями и мобильными группами. Предполагается использование данной антенны в северных широтах, где магнитное возмущение ионосферы в периоды магнитных бурь достигает высоких значений, и радиосвязь в коротковолновом диапазоне становится невозможной.
Полезная модель поясняется чертежами:
Фиг. 1 - Графическая схема стационарной вертикальной антенны СВ диапазона.
Фиг. 2 - Электрическая схема стационарной вертикальной антенны СВ диапазона.
Фиг. 3 - Диаграмма направленности стационарной вертикальной антенны СВ диапазона.
Фиг. 4 - График коэффициента стоячей волны (далее КСВ).
Предлагаемая модель представляет из себя - стационарную, укороченную концевой емкостью и удлиняющей катушкой в точке питания вертикальную антенну СВ диапазона, состоящую из вертикального излучателя с емкостной нагрузкой в виде шести лучей, запитанная в нижней части основания 50-омным кабелем через согласующее устройство. Согласующее устройство включает в себя катушки L1, L2, выполненные на немагнитном диэлектрическом каркасе, а также коммутационное устройство, имеющее N переключений (N комутаторов), которое позволяет менять индуктивность катушек, для согласования антенны с фидером на выбранной частоте (фиг. 2).
Емкостная нагрузка антенны состоит из лучей (б1-б6), которые располагаются веерообразно, симметрично в горизонтальной и вертикальной плоскостях (фиг. 1). При этом угол между вертикальным вибратором и лучами должен быть не менее 45 градусов.
Концевая емкостная нагрузка, состоящая из шести лучевых проводников понижает собственную резонансную частоту вибратора, а также увеличивает ток в вертикальной излучающей части антенны. Так как проводники емкостной нагрузки расположены симметрично, токи в проводниках емкостной нагрузки противофазны и излучение их минимально.
Кроме этого, используется система высокочастотного заземления-противовесов, состоящая из шестидесяти, расположенных радиально, в виде лучевых проводников, расположенных на поверхности земли или углубленных в землю. Система высокочастотного заземления-противовесов, является нерезонансной (широкополосной) и принимает высокочастотные токи на рабочей частоте передатчика. Длина противовесов определяется условиями установки антенны. Так как длина волны излучаемого сигнала очень велика, для постройки резонансной системы высокочастотного заземления-противовесов, потребуется очень большая площадь. Потери возникающие в системе высокочастотного заземления-противовесах из за малой длинны проводников и отсутствия резонанса на рабочей частоте компенсируются большим количеством проводников.
Все вышеперечисленные технические решения, а именно комбинированный метод понижения собственной резонансной частоты антенны (применение емкостной нагрузки и удлиняющей катушки индуктивности), применение большого количества нерезонансных проводников образующих систему высокочастотного заземления-противовесов, позволили спроектировать антенну средневолнового диапазона относительно небольших габаритных размеров с приемлемым КПД.
Полоса излучения антенны по коэффициенту стоячей волны 2 составляет около 3 кГц (фиг. 4). Этого достаточно, для работы на частоте резонанса антенны следующими видами излучения: однополосная модуляция, амплитудная телеграфия, цифровые узкополосные виды излучения.
Основное излучение антенны в вертикальной плоскости происходит под углом 20,5 градуса (фиг. 3), что оптимально для работы прямой волной с корреспондентами, находящимися в ближней зоне.
Антенная система может быть реализована промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".
Использованные источники: 1. http://dl2kq.de/ant/3-1.htm.