Излучающий коаксиальный кабель для контроля антенн в проводящих средах

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве излучателя в системах контроля антенн, расположенных в проводящих средах. Технический результат состоит в повышении точности и достоверности измерений при проведении контроля параметров системы разнесенных антенн в проводящих средах. Излучающий коаксиальный кабель содержит внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями. Новым в излучающем коаксиальном кабеле является то, что внешний проводник с отверстиями покрыт слоем диэлектрика и электрически соединен с проводящей средой посредством введенных электродов, равноудаленно расположенных между отверстиями внешнего проводника и охватывающих внешний проводник, причем длина каждого электрода не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве излучателя в системах контроля антенн, предназначенных для работы в проводящих средах.

Известны вибраторные антенны (см., например, в кн. Р. Кинг, Г. Смит “Антенны в материальных средах”. Пер. с англ., М., Мир, 1984, т. 1 с. 189-239), которые могут быть применены в качестве излучателей для контроля антенн в проводящих средах, например воде, земле. Вибраторные антенны содержат вибраторы из проводящего материала, покрытые или не покрытые слоем диэлектрика.

Недостатком вибраторных антенн, в случае применения их для контроля системы из нескольких разнесенных разно ориентированных антенн, расположенных в проводящей среде, является необходимость применения для каждой из контролируемых антенн отдельной контрольной вибраторной антенны, располагаемой в непосредственной близости от контролируемой антенны и снабженной своим отдельным контрольным кабелем, что усложняет систему и повышает ее стоимость..

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является излучающий коаксиальный кабель, описанный в патенте РФ №2181518, МКИ Н 01 Р 3/06, H 01 В 11/18 (опубл. 20.04.2002. Бюлл.№11), который мы принимаем за прототип. В соответствии с патентом РФ №2181518 излучающий коаксиальный кабель содержит внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями. Внутренний проводник излучающего коаксиального кабеля содержит радиальные проводящие вставки, расположенные между внутренним и внешним проводниками, соосно с отверстиями. Площади поперечных сечений радиальных проводящих вставок меньше площадей соответствующих отверстий, а форма поперечных сечений и ориентации радиальных проводящих вставок совпадают с формой и ориентацией соответствующих отверстий.

Такое конструктивное решение благодаря введению радиальных проводящих вставок обеспечивает эффективное излучение электромагнитных полей из отверстий внешнего проводника и постоянство волнового сопротивления кабеля за счет компенсации неоднородностей канала коаксиального кабеля.

Недостатками этого излучающего кабеля при использовании его в качестве излучателя для контроля системы разнесенных антенн в проводящих средах являются низкая точность и достоверность результатов контроля даже при расположении антенн в зоне отверстий.

Эти недостатки вызваны тем, что для случая использования излучающего кабеля в проводящих средах, с целью исключения коррозии внешнего проводника и исключения затекания кабеля, его необходимо покрывать защитной герметичной оболочкой из диэлектрических материалов, например полиэтилена или резины.

Однако при этом электромагнитные поля, излучаемые из отверстий внешнего проводника, возбуждают электромагнитные волны в коаксиальном канале, образованном внешним проводником кабеля, диэлектрической оболочкой и проводящей средой. Электромагнитные волны, возбужденные отверстиями, распространяясь в образованном коаксиальном канале, накладываются друг на друга, образуя сложную картину поля с пучностями, не всегда совпадающими с координатами отверстий. При изменении частоты сигнала распределение результирующего поля в коаксиальном канале и в окружающей проводящей среде, где расположены контролируемые антенны, также изменяется.

Это приводит к тому, что сигналы даже от однотипных антенн оказываются различными, причем при изменении частоты контрольного сигнала оказывается также различным характер изменения сигналов от каждой из антенн. Эти причины приводят к неоднозначности оценки результатов контроля, снижают точность и достоверность измерений.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности и достоверности измерений при проведении контроля параметров системы разнесенных антенн, расположенных в проводящих средах.

Поставленная задача решается таким образом, что в излучающем коаксиальном кабеле, содержащем внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями, согласно изобретению внешний проводник покрыт слоем диэлектрика и электрически соединен с проводящей средой посредством введенных электродов, равноудаленно расположенных между отверстиями внешнего проводника и охватывающих внешний проводник, причем длина каждого электрода не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений.

Покрытие внешнего проводника слоем диэлектрика позволяет удалить проводящую среду от поверхности отверстий и, следовательно, исключить затухание излученных электромагнитных волн вблизи отверстий. Тем самым обеспечивается достаточно высокий уровень излучений из отверстий.

Введение электродов, электрически соединяющих внешний проводник кабеля с проводящей средой, охватывающих внешний проводник и расположенных равноудалено между отверстиями, закорачивает коаксиальный канал распространения электромагнитных волн, образованный внешним проводником кабеля, диэлектрическим слоем и проводящей средой, что исключает возможность наложения друг на друга излученных из отверстий волн, образование стоячих волн в образованном коаксиальном канале и сохраняет расположение максимумов излучения над поверхностью отверстий.

Благодаря выбору длины электродов не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений удается разделить участки излучения электромагнитной энергии в проводящую среду и тем самым практически исключить наложение излучений в проводящей среде над отверстиями, где расположены контролируемые антенны от различных участков коаксиального канала.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения “новизна”. Существенные признаки предлагаемого излучающего кабеля известны из литературы, но в совокупности в применении к излучающему кабелю, используемому в качестве излучателя в системах контроля разнесенных антенн в проводящих средах, создают положительный эффект, выражающийся в повышении точности и достоверности измерений при проведении контроля антенн.

Так как коаксиальный излучающий кабель благодаря этому приобретает новые свойства, то предложенная совокупность признаков удовлетворяет критерию “существенные отличия”.

На чертеже показан продольный разрез описываемого излучающего коаксиального кабеля.

Излучающий коаксиальный кабель содержит внутренний проводник 1, окруженный диэлектрическим слоем 2, и внешний проводник 3 с отверстиями 4. Внешний проводник 3 с отверстиями 4 покрыт слоем диэлектрика 5 и электрически соединен с окружающей проводящей средой 6 посредством электродов 7, охватывающих внешний проводник 3 и равноудалено расположенных между отверстиями 4. Электроды 7 имеют длину не менее скин-слоя проводящей среды 6 на нижней частоте диапазона измерений.

Излучающий коаксиальный кабель работает следующим образом.

Высокочастотная электромагнитная волна, распространяясь в коаксиальном кабеле между внутренним 1 и внешним 3 проводниками, частично излучается сквозь отверстия 4 во внешнем проводнике 3. Слой диэлектрика 5, покрывающий внешний проводник 3 кабеля, способствует эффективному излучению электромагнитной энергии из отверстий 4 и исключает ее поглощение проводящей средой 6 в непосредственной близости от отверстий 4.

Излученное из отверстий 4 электромагнитное поле возбуждает электромагнитные волны в коаксиальном канале, образованном внешним проводником 3, введенным слоем диэлектрика 5 и внешней проводящей средой 6. Электроды 7, охватывающие внешний проводник 3, равноудалено расположенные между отверстиями 4 и обеспечивающие электрический контакт внешнего проводника 3 с проводящей средой 6, закорачивают образованный коаксиальный канал распространения электромагнитных волн по всему периметру кабеля, исключая наложение волн друг на друга и образование в коаксиальном канале стоячих волн.

Так как расстояние между излучающими участками коаксиального канала определяется длиной электродов 7, которая должна быть не менее скин-слоя проводящей среды 6 на нижней частоте диапазона измерений, то практически в проводящую среду 6 над отверстиями 4, в точки размещения каждой из контролируемых антенн, поступают излученные мощности только с соответствующих участков образованного коаксиального канала.

При повышении частоты контрольных измерений величина скин-слоя проводящей среды уменьшается, затухание электромагнитной энергии, поступающей в точки расположения антенн от соседних участков, увеличивается и, следовательно, повышается точность проводимых контрольных измерений.

Электроды 7 могут быть выполнены в виде металлических трубок из морской латуни или титана, надетых на излучающий коаксиальный кабель и размещенных равноудаленно между отверстиями 4. Металлические трубки электрически соединяются с внешним проводником 3 кабеля. Места стыковки металлических трубок с внешним слоем диэлектрика, например полиэтиленом или резиной, герметизируются. При необходимости сохранения гибкости излучающего коаксиального кабеля электроды 7 выполняются в виде спирали из металлической ленты или проволоки, первые и последние витки которой заводятся под внешний слой диэлектрика, электрически соединяются с внешним проводником 3 кабеля и герметизируются. Длина электродов 7, составляющая величину не менее одного скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений, может быть рассчитана, исходя из известной формулы для затухания δ электромагнитных полей в проводящих средах (см. кн. М.П.Долуханов. “Распространение радиоволн” M., 1960 г., с.29)

где σ - проводимость среды, См/м;

λ - длина волны в свободном пространстве, м.

Как известно скин-слой - Δ, это расстояние, на котором электромагнитная волна затухает в e раз. Величина скин-слоя определяется выражением

учитывая, что λ= с/ƒ,

где с - скорость света в вакууме, м/с;

ƒ - частота, Гц,

получаем формулу для скин-слоя Δ

Для проводящей среды типа морской воды с проводимостью σ, равной 4 См/м, частотой измерений ƒ 1 МГц и 10 МГц величина скин-слоя, рассчитанная по формуле 3, и, следовательно, минимальные длины электродов 7 соответственно равны 0,25 м и 0,08 м.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: повышение точности и достоверности измерений при проведении контроля параметров системы разнесенных антенн в проводящих средах за счет повышения уровня электромагнитного поля в зоне расположения контролируемых антенн благодаря введению покрытия внешнего проводника с отверстиями слоем диэлектрика, а также за счет исключения наложения излученных из различных отверстий электромагнитных полей в точках расположения антенн благодаря электрическому соединению внешнего проводника кабеля с проводящей средой посредством введенных электродов, охватывающих кабель и равноудаленно расположенных между отверстиями внешнего проводника длиной не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений.

Формула изобретения

Излучающий коаксиальный кабель для контроля антенн в проводящих средах, содержащий внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями, отличающийся тем, что внешний проводник с отверстиями покрыт слоем диэлектрика и электрически соединен с проводящей средой посредством введенных электродов, равноудаленно расположенных между отверстиями внешнего проводника и охватывающих внешний проводник, причем длина каждого электрода не менее скин-слоя проводящей среды на нижней частоте диапазона измерений.

РИСУНКИ

Рисунок 1