Направленная антенная система

 

Использование: передающие антенны, преимущественно длинноволного диапазона, для радиосвязи и радиовещания. Сущность изобретения: антенная система состоит из двух излучателей шунтового питания, излучающая поверхность которых образована двенадцатью наклонными проводниками, равномерно расположенными вокруг вертикального ствола мачты. За счет параллельного подключения короткозамкнутых настроенных шлейфов в точки питания каждого излучателя можно получить проводимость любого знака, т.е. обеспечить сложение или вычитание излучаемых электромагнитных полей в заданных азимутальных направлениях. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к передающим антеннам в длинноволновом диапазоне для радиосвязи и радиовещания.

Рост числа и мощности радиовещательных станций, работающих в ДВ диапазоне, увеличил взаимные помехи между радиостанциями, работающими в одном или соседних радиовещательных каналах. За счет распространения пространственных волн в темное время суток уровень взаимных помех между станциями существенно возрастает. Поэтому одной из важных особенностей радиовещания в диапазоне длинных волн является высокий уровень помех как направленного, так и ненаправленного характера. В связи с этим с одной стороны необходимо повышать качество радиовещания за счет направленности антенной системы и вмещаемой мощности, определяемой в том числе и конструкцией излучателя, а с другой стороны необходимо повысить защитное действие антенн (КЗД), т.е. способствовать повышению отношения сигнал/помеха, и с помощью антенн необходимо создавать большие значения напряженности поля полезного сигнала. Поэтому желательно использовать в этом диапазоне антенны, имеющие максимально возможный коэффициент направленного действия (КНД), а при наличии помех мешающих станций антенны должны иметь диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, обладающие направлениями максимального и минимального уровней излучения.

Целью изобретения является создание длинноволновой направленной антенной системы с высоким подавлением излучения (-25 дБ и более) в заданных азимутальных направлениях при уменьшении высоты и поперечного сечения мачт-излучателей, уменьшение количества оттяжечных изоляторов в конструкции излучателей, расширение полосы пропускания антенной системы и обеспечение заданной вмещаемой мощности.

На фиг. 1 представлена структурная схема направленной антенной системы; на фиг.2 то же, вид в плане, на фиг.3 конструкция одиночного излучателя; на фиг.4 экспериментальные диаграммы направленности (ДН) в горизонтальной плоскости.

Направленная антенная система содержит два излучателя 1 шунтового питания, расположенных на расстоянии (0,25-0,4)λ друг от друга, каждый из которых имеет вертикальный ствол мачты 2 высотой (0,15-0,32)λ и сечением (0,0025-0,004) λ, и излучающую поверхность 3, выполненную из двенадцати наклонных проводников 4, равномерно расположенных вокруг вертикального ствола мачты 2, имеющих гальванический контакт с ней и образующих между собой в сечении угол 80-90^о при вершине вертикального ствола мачты 2. Излучающая поверхность в сечении имеет вид биконуса (из образующих двух перевернутых конусов), где в точках излома с углом 90-100^о, наклонных проводников 4 введены заземленные токопроводящие по всей длине заземленные оттяжки 5, имеющие гальванический контакт с наклонными проводниками 4, а нижние концы наклонных проводников 4 внизу изолированы у основания вертикального ствола мачты и объединены собирательным кольцом 6, к которому подключен воздушный многопроводный воздушный коаксиальный фидер 7 длиной (0,25-0,4) λ с волновым сопротивлением близким к 2W_ср, объединяющий оба излучателя 1, поделенный точкой включения питающего фидера 8 на два неравных отрезка l₁ и l₂, где W_ср 60 Ом волновое сопротивление главного фидера 8. К собирательным кольцам 6 каждого излучателя подключены короткозамкнутые шлейфы 9 длиной в пределах (0,01-0,3) λ, настраиваемые подвижными короткозамыкателями 10, каждый из которых имеет волновое сопротивление равное соответствующему отрезку объединяющего фидера l₁ или l₂. При этом питающий фидер 8 и объединяющий (многопроводный воздушный коаксиальный фидер 7 объединены подвижной перемычкой 11, а секционированные изоляторами ярусы оттяжек заменены вновь введенными токопроводящими по всей длине заземленными оттяжками 12, имеющими гальванический контакт с мачтой и образующими дополнительные шунты излучателей 1, снижающие добротность антенной системы.

Работает такая антенная система следующим образом.

По питающему фидеру 8 подводится мощность передатчика и в точке подключения питающего фидера 8 к объединяющему фидеру 7 с помощью перемычки 11 эта мощность разветвляется по отрезкам фидеров l₁ и l₂ и подводится к точкам питания излучателей, т.е. к собирательным кольцам 6. Излучающая поверхность излучателей 1 возбуждается и создается поле с необходимыми фазами и равными амплитудами, которое складывается или вычитается в заданных азимутальных направлениях. За счет высокого согласования и параллельного включения излучателей 1 с одинаковыми входными сопротивлениями подводимая мощность делится пополам при одинаковых отрезках фидера l₁ и l₂, создавая синфазный режим работы излучателей либо изменяя соотношения длин этих отрезков, получаем режим создания глубокого подавления излучаемых в заданных направлениях, например, в эксперименте подавление излучения более -24 дБ при неравных отрезках l₁ и l₂ и их равных волновых сопротивлениях 2W_ср с короткозамкнутыми шлейфами, имеющими волновое сопротивление 2W_ср 120 Ом.

Излучатели имеют конструкцию, при которой в зависимости от количества проводников в излучающей поверхности и от количества плоских шунтов, включенных параллельно, расположенных в плоскости оттяжек и излучающей поверхности в азимутальных направлениях, входные сопротивления излучателей могут изменяться в рабочем диапазоне от 2 W_ср до 8 W_ср. Например, когда три проводника в излучающей поверхности, расположенных под углом 120^о в азимутальных направлениях, то активная составляющая входных сопротивлений имеет порядка 460-480 Ом (и индуктивный характер) по крайней мере на двух частотах.

Простота конструкции излучателей позволяет незначительным изменением конструкции излучателя обеспечить высокое согласование без применения дополнительных устройств согласования на двух и более частотах (например, установка дополнительных перемычек в шунтах, увеличение количества проводников в плоскости и т.д.), т.е. получить более широкую полосу антенной системы без сложных трудоемких изменений конструкции и без применения настроечных громоздких павильонов.

Формула изобретения

1. НАПРАВЛЕННАЯ АНТЕННАЯ СИСТЕМА, состоящая из двух излучателей, каждый из которых содержит вертикальный ствол мачты, и питающего фидера, отличающаяся тем, что излучатели расположены на расстоянии (0,25-0,4)λ один от другого, где l - рабочая длина волны, при этом каждый излучатель выполнен в виде биконуса, образованного двенадцатью полуплоскостями, ориентированными равномерно по азимуту вокруг вертикального ствола мачты, который заземлен, и содержащими вертикальный ствол мачты и наклонные проводники, верхние концы которых имеют гальванический контакт с вертикальным стволом мачты и образуют между собой угол 80 - 92^o, а нижние концы изолированы от него и присоединены к токопроводящему собирательному кольцу диаметром (0,0025-0,004)λ+(3÷4)м, к которому подключены введенные многопроводный воздушный коаксиальный фидер длиной (0,25-0,4λ), объединяющий оба излучателя и имеющий волновое сопротивление 2 W_ср, где W_ср = 60 Ом - волновое сопротивление питающего фидера, и шлейф, выполненный в виде отрезка воздушного коаксиального фидера, короткозамкнутого на конце посредством подвижного короткозамыкателя, при этом питающий фидер подключен к многопроводному воздушному коаксиальному фидеру посредством подвижной перемычки, причем точка подключения делит его на два неравных по длине отрезка.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нее введены 12 токопроводящих по всей длине заземленных оттяжек, имеющих гальванический контакт с наклонным проводником в точке излома.

3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что токопроводящие по всей длине заземленные оттяжки развернуты в плане относительно излучающих полуплоскостей, размещены между ними и имеют гальванический контакт с вертикальным стволом мачты.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4