Высокочастотная приемопередающая антенная система
Владельцы патента RU 2262783:
Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) (RU)
Изобретение относится к антенным системам и может использоваться в качестве приемной и передающей антенны для дальней и ближней связи в диапазоне коротких волн. Технический результат заключается в создании широкополосной приемопередающей антенной системы с единым выходом/входом. Сущность изобретения состоит в том, что в высокочастотную приемопередающую антенную систему, содержащую два провода, расположенных наклонно к поверхности Земли и расходящихся между собой от их верхних к их нижним концам, электрические фильтры, включенные в разрывы обоих проводников, и приборную часть коаксиального разъема, дополнительно введены симметрирующий трансформатор импедансов, несимметричный выход/вход которого соединен с приборной частью коаксиального разъема, и выполненное в виде отрезка неоднородной двухпроводной линии согласующее симметричное снижение, выход/вход которого соединен с входом/выходом симметрирующего трансформатора импедансов, а его вход/выход - с верхними концами названных проводов, провода с включенными в их разрывы электрическими фильтрами выполнены идентичными, а амплитудно-частотные характеристики пар этих фильтров, расположенных симметрично общей продольной оси обоих проводов, - одинаковыми, при этом приборная часть коаксиального разъема образует выход/вход антенной системы. 2 ил.
Изобретение относится к радиотехнике, конкретно к антенным системам, и может использоваться в качестве приемной и передающей антенны для дальней и ближней связи в диапазоне коротких волн.
Известна антенна, содержащая два расположенных в одной плоскости неоднородных вибратора, каждый из которых выполнен в виде двух перфорированных сегментов [1]. Криволинейные части сегментов обращены друг к другу, линейные части сегментов расположены под острым углом. Начальные части вибраторов жестко закреплены в диэлектрической пластине. Между вибраторами образован плавно возрастающий от их начал к их концам зазор. Точки подсоединения симметричного фидера к вибраторам располагаются от их начал на расстоянии, не превышающем λмин/16, где λмин - минимальная рабочая длина антенны. Такая антенна используется в коротковолновой части метрового и в дециметровом диапазонах волн. Ее достоинством является относительно широкий диапазон рабочих частот, недостатком - невозможность использования из-за неприемлемых габаритов в длинноволновой части KB диапазона (например, при длине волны 160 м длина вибраторов должна составлять не менее 40 м).
Наиболее близкой к заявляемому устройству является высокочастотная приемопередающая антенная система, содержащая два провода, расположенных наклонно к поверхности Земли и расходящихся между собой от их верхних к их нижним концам, электрические фильтры, включенные в разрывы обоих проводников, и две приборные части коаксиальных разъемов, соединенных с нижними концами проводов и образующих два входа/выхода антенной системы [2]. Приемные/излучающие части обоих проводов имеют разную длину, а все электрические фильтры - различные амплитудно-частотные характеристики. Такая антенная система, по существу, состоит из двух слабосвязанных посредством электромагнитного поля антенн, каждая из которых перекрывает отдельные участки общего диапазона рабочих частот антенной системы. При ее работе необходимо переключение антенн (описанная в [2] антенная система имеет шесть поддиапазонов, три из которых обеспечивает короткая антенна и три - длинная). Каждый провод такой антенной системы, расположенный наклонно по отношению к поверхности Земли, представляет собой как бы половину V-образной антенны, расположенной в свободном пространстве.
Недостатком такой антенной системы-прототипа является наличие в ней двух выходов/входов, обусловленных тем, что каждая из антенн работает на нескольких отдельных участках общего рабочего диапазона частот. Это усложняет схему коммутации сигналов между антенной системой и приемным и передающим устройствами.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - создание широкополосной приемопередающей системы с единым выходом/входом.
Это достигается тем, что в высокочастотную приемопередающую антенную систему, содержащую два провода, расположенных наклонно к поверхности Земли и расходящихся между собой от их верхних к их нижним концам, электрические фильтры, включенные в разрывы обоих проводов, и приборную часть коаксиального разъема, дополнительно введены симметрирующий трансформатор импедансов, несимметричный выход/вход которого соединен с приборной частью коаксиального разъема, и выполненное в виде отрезка двухпроводной неоднородной линии согласующее симметричное снижение, выход/вход которого соединен с входом/выходом симметрирующего трансформатора импедансов, а его вход/выход - с верхними концами названных проводов, провода с включенными в их разрывы электрическими фильтрами выполнены идентичными, а амплитудно-частотные характеристики пар этих фильтров, расположенных симметрично относительно общей продольной оси обоих проводов, - одинаковыми, при этом приборная часть коаксиального разъема образует выход/вход антенной системы.
В частных случаях угол между названными проводами находится в пределах 45-90°, а угол между этими проводами и поверхностью Земли - в пределах 5-85°, длина согласующего симметричного снижения выполняется соизмеримой с длиной этих проводов, а двухгранный угол между плоскостью, в которой расположено снижение, и поверхностью Земли выбирается в пределах 60-90°.
На фиг.1 изображена предлагаемая антенная система.
На фиг.1 обозначено:
1 и 2 - первый и второй провода;
3-6 и 7-10 - электрические фильтры, включенные в разрывы проводов 1 и 2;
11 - согласующее симметричное снижение;
12 - симметрирующий трансформатор импедансов;
13 - коаксиальный разъем;
14 - коаксиальный кабель (на чертеже изображена только его часть);
15 - телескопическая мачта (опора антенной системы);
16-19 - изоляторы;
20-22 - диэлектрические растяжки.
Первый 1 и второй 2 провода (с включенными в них диэлектрическими фильтрами 3-10) своими нижними концами соединяются с изоляторами 17 и 19, верхними - с изоляторами 16 и 18 и верхними концами симметричного неоднородного снижения 11. Электрические фильтры 3-10 - полосовые заграждающие (ПЗФ). Фильтры в каждой паре 3-7, 4-8, 5-9 и 6-10 имеют одинаковые амплитудно-частотные характеристики. Для антенной системы, изображенной на фиг.1, расположение полос заграждения фильтров показано на фиг.2, на которой горизонтальная ось является осью частот, а вертикальная - осью ослаблений фильтрами сигналов. Через fн и fв на фиг.2 обозначены верхняя и нижняя частоты антенной системы.
Четыре пары ПЗФ, обозначенных на фиг.1 через 6 и 10, 5 и 9, 4 и 8, 3 и 7, образуют полосы заграждения в четырех поддиапазонах частот: f1-f2, f2-f3, f3-f4 и f4-f5.
Работает предлагаемая антенная система следующим образом.
В поддиапазоне частот, нижняя частота которого равна fн, а верхняя - частоте, с которой начинается заметный рост ослабления фильтров 6 и 10, все отрезки отдельных проводов 1 и 2 участвуют в приеме и передаче сигналов. В поддиапазоне f1-f2 фильтры 6 и 10 "отключают" отрезки проводов, находящихся между изолятором 17 и фильтром 6 и между изолятором 19 и фильтром 10. В поддиапазонах f2-f3, f3-f4 и f4-f5 фильтры 5 и 9, 4 и 8, 3 и 7 "отключают" отрезки проводов 1 и 2, расположенные соответственно между фильтрами 6 и 5, 10 и 9, фильтрами 5 и 4, 9 и 8 и фильтрами 4 и 3, 8 и 7. В поддиапазоне частот, верхняя частота которого равна fв, а нижняя - частоте, ниже которой начинается заметный рост ослабления фильтров 3 и 7, работают только отрезки проводов 1 и 2, расположенные между фильтром 3 и изолятором 16 и между фильтром 7 и изолятором 18.
Другими словами, каждому поддиапазону рабочих частот предлагаемой антенной системы соответствуют свои (различные) длины приемопередающих участков проводов 1 и 2, отсчитываемые от изоляторов 16 и 18 (от мест соединения проводов 1 и 2 с согласующим симметричным снижением).
По отношению к антенной системе [2] (прототипу) предлагаемая антенная система имеет более узкую диаграмму направленности (в прототипе в каждом поддиапазоне частот работает однопроводная антенна, которая имеет более широкую диаграмму направленности).
Источники информации
1. Вершинин И.М., Малютин Н.Д. Широкополосные вибраторно-щелевые антенны. Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 40-летию Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники "Проблемы современной радиоэлектроники и систем управления". 2-4 октября 2002 г., Томск: Изд-во Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, 2002, T.1, С.108-111.
2. Reuster D.D., Cybert K.J. A High-Efficiency Broadband HF Wire - Antenna System // IEEE Antenas and Propagation Magazine, 2000, V.42, №4, P.53-61 - прототип.
Высокочастотная приемопередающая антенная система, содержащая два провода, расположенных наклонно к поверхности Земли и расходящихся между собой от их верхних к их нижним концам, электрические фильтры, включенные в разрывы обоих проводников, и приборную часть коаксиального разъема, отличающаяся тем, что в ее состав дополнительно введены симметрирующий трансформатор импедансов, несимметричный выход/вход которого соединен с приборной частью коаксиального разъема, и выполненное в виде отрезка неоднородной двухпроводной линии согласующее симметричное снижение, выход/вход которого соединен с входом/выходом симметрирующего трансформатора импедансов, а его вход/выход - с верхними концами названных проводов, провода с включенными в их разрывы электрическими фильтрами выполнены идентичными, а амплитудно-частотные характеристики пар этих фильтров, расположенных симметрично относительно общей продольной оси обоих проводов, - одинаковыми, при этом приборная часть коаксиального разъема образует выход/вход антенной системы.
