Кардиоидная антенна для подводного радиоприема

Изобретение относится к антенной технике. Кардиоидная антенна состоит из двух взаимно перпендикулярных рамок, подключенных через устройство вращения диаграммы направленности к первому входу сумматора, а ко второму входу через согласующее устройство подключена ненаправленная антенна, выполненная в виде двух последовательно соединенных взаимно перпендикулярных разнесенных по горизонтали противофазных компланарных рамок. С выхода сумматора сигналы поступают на вход радиоприемного устройства. Все проводники антенны, контактирующие с морской водой, изолированы. Техническим результатом является повышение скрытности подводных лодок при приеме сообщений в условиях радиоэлектронного подавления путем замены штыревой антенны на антенну, выполненную в виде двух последовательно соединенных взаимно перпендикулярных рамочных антенн, каждая из которых состоит из двух разнесенных по горизонтали противофазных компланарных рамок. 1 ил.

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемной антенны радиосвязи в диапазоне очень низких частот (ОНЧ - 3-30 кГц) на подводных объектах в условиях действия сосредоточенных по спектру помех.

Такие помехи могут создавать радиостанции ОНЧ диапазона, размещенные на территориях стран США, Англии, Норвегии, Франции и ряда других государств - всего более двадцати.

По размещению, количеству и энергетическому потенциалу такие станции в ряде районов обладают преимуществами по отношению к аналогичным отечественным объектам [5]. В таких условиях для приема электромагнитных колебаний на подводных объектах можно использовать антенны с кардиоидной диаграммой направленности. При этом минимум кардиоиды выводится на направление прихода помехи, в результате чего происходит ее существенное ослабление. Полезный сигнал принимается с другого направления и ослабляется незначительно, чем и достигается пространственная селекция.

Известны антенны [1, 6, 7], в которых для формирования кардиоидной диаграммы направленности приема сигналов применяют одну ненаправленную (штыревую) и две взаимно ортогональные направленные (рамочные) антенны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является антенное устройство с кардиоидной диаграммой направленности [1, с.288, фиг.155], содержащее две взаимно ортогональные рамки, подключенные через гониометр (может быть эквивалентно заменен электронным устройством вращения диаграммы направленности [4]) к первому входу суммирующего устройства (сумматора), выход которого является выходом устройства, а ко второму входу сумматора подключена через согласующее устройство штыревая антенна. Это устройство принято заявителем за прототип.

Недостатками прототипа являются:

- проводники антенны не изолированы от внешней среды, что делает невозможным ее использование в проводящей среде (морской воде);

- низкая скрытность подводных объектов при радиоприеме (даже при обеспечении надежной изоляции), поскольку штыревую антенну необходимо выдвигать за пределы водной среды, в результате чего она может быть обнаружена визуальными и радиолокационными средствами;

- при действии подводного объекта подо льдом использование штыревой антенны в принципе невозможно.

Цель изобретения - повышение скрытности подводных объектов при кардиоидном радиоприеме в ОНЧ диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в прототипе штыревая антенна заменяется на другую антенну, состоящую из двух идентичных рамочных антенн, каждая из которых представляет собой две разнесенные по горизонтали, противофазно включенные компланарные (лежащие в одной плоскости) рамки [3, с.258, рис.6-4 а и в], причем плоскости, в которых расположены рамочные антенны, взаимно перпендикулярны, а плоскость, проходящая через центры всех четырех рамок, параллельна поверхности воды.

Заявляемое устройство (см. фиг.1) содержит рамочные антенны 1 и 2, компланарные рамочные антенны 3 и 4, гониометр (устройство вращения диаграммы направленности - УВДН) 5, согласующее устройство 6 и сумматор 7. При этом рамочные антенны 1 и 2 подключены к первому и второму входу гониометра, выход которого соединен с первым входом сумматора. Компланарные рамочные антенны 3 и 4 соединены последовательно, а их выход подключен к входу согласующего устройства, выход которого соединен со вторым входом сумматора, выход которого является выходом устройства. Все входы и выходы заявляемого изобретения - симметричны.

Для описания работы устройства рассмотрим сначала работу одиночной прямоугольной рамки, погруженной в морскую воду на глубину Z и расположенной в вертикальной плоскости, причем ее верхний провод размещен горизонтально относительно поверхности воды, а направление распространения электромагнитной волны в воздухе составляет угол φ с плоскостью рамки.

В соответствии с [2, с.51, 135, 165], если в точке приема в воздухе действует электромагнитное поле сигнала с вертикальной поляризацией электрической составляющей E=EBsinωt (EB - амплитуда вертикальной электрической составляющей напряженности поля), то э.д.с, наводимая в рамке, погруженной в морскую воду, будет определяться выражением:

ε = Е Г l Д cos ϕ cos ω t , ( 1 )

где cosφ=G1(φ) - поляризационная характеристика (диаграмма направленности) элементарной рамки в морской воде;

E Г = E B 60 σ λ Г exp [ 2 π Z 30 σ λ Г ] - напряженность горизонтальной электрической составляющей электромагнитного поля сигнала в морской воде на глубине Z в точке приема;

σ - удельная электрическая проводимость морской воды;

λ Г = λ 0 30 σ - длина волны в морской воде;

λ0 - длина волны в воздухе;

l Д = 2 2 π n S λ Г = 2 β n a b - действующая длина рамки;

n - количество витков рамки;

S - площадь рамки;

a, b - длины горизонтальной и вертикальной сторон рамки соответственно;

β=2π/λГ - коэффициент затухания в морской воде;

ω - угловая частота.

С учетом вышеизложенного, (1) можно переписать в виде:

ε = E Г 2 2 π n S λ Г cos ϕ cos ω t . ( 2 )

Аналогичные соотношения имеют место и для круглой рамки, если площадь ее витка одинакова с прямоугольной.

Таким образом, поляризационная характеристика элементарной рамки, погруженной в морскую воду, идентична диаграмме направленности аналогичной рамки в воздухе, причем наводимые э.д.с. на границе раздела сред воздух-вода будут одинаковы [2, с.166].

Рассмотрим теперь работу антенн 3 и 4 в морской воде.

Поскольку каждая антенна состоит из двух рамок, то наведенная э.д.с. в одной рамке ε1 будет опережать, а в другой (ε2) - отставать по фазе относительно оси симметрии на угол k d 2 cos ϕ (k=2π/λ0; d - расстояние между центрами рамок), что обусловлено разностью хода волн в воздухе. Так как рамки включены встречно, результирующая э.д.с. определится выражением:

ε p = ε 1 ε 2 = E Г l Д cos ϕ cos ( ω t + k d 2 cos ϕ ) E Г l Д cos ϕ cos ( ω t k d 2 cos ϕ ) = 2 E Г l Д cos ϕ sin ( k d 2 cos ϕ ) sin ω t .

При условии k d < < 1 sin ( k d 2 cos ϕ ) k d 2 cos ϕ , поэтому можно записать:

ε p = Е Г l Д k d cos 2 ϕ sin ω t . ( 3 )

Таким образом, поляризационная характеристика одной антенны (например, антенны 3) G(φ)=cos2φ [3, с.259]. Очевидно, что в антенне 4 будет наводиться э.д.с, пропорциональная cos 2 ( ϕ + π 2 ) = sin 2 ϕ . При последовательном соединении антенн результирующая э.д.с. определится выражением:

ε Σ = E Г l Д sin 2 ϕ sin ω t + E Г l Д cos 2 ϕ sin ω t = E Г l Д sin ω t ( sin 2 ϕ + cos 2 ϕ ) = E Г l Д sin ω t , ( 4 )

поэтому суммарная поляризационная характеристика антенн 3 и 4 - G2(φ)=1 и фаза сигнала на ее выходе не зависят от направления приема в горизонтальной плоскости так же как и у вертикальной штыревой антенны в воздухе [1, с.150, 277].

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Электромагнитная волна, проходя через границу раздела сред воздух-вода, наводит в антеннах 1 и 2 э.д.с: ε1ГlДсоsφcosωt; ε2ГlДsinφcosωt, которые поступают на первый и второй входы устройства вращения диаграммы направленности 5, э.д.с на выходе (первом входе сумматора 7) которого определяется выражением εВДГlДcos(φ-φ')cosωt, где φ′ - фазовый угол, вносимый УВДН для вращения диаграммы направленности [1, с.286-287]. Одновременно, наведенная э.д.с, определяемая выражением (4), с выхода последовательно соединенных антенн 3 и 4 поступает на вход согласующего устройства 6, осуществляющего поворот фазы сигнала на 90 и увеличивающего его амплитуду до величины U0, равной амплитуде сигнала на первом входе сумматора 7, так что э.д.с. на первом и втором входе сумматора становятся одинаковыми по амплитуде и фазе. В сумматоре 7 осуществляется сложение э.д.с, поступающих на его первый и второй входы. В результате э.д.с. на выходе сумматора 7 определяется выражением:

ε В Ы Х = U 0 sin ω t + U 0 cos ( ϕ ϕ ' ) sin ω t = U 0 sin ω t [ 1 + cos ( ϕ ϕ ' ) ] , ( 5 )

откуда G(φ,φ′)=1+cos(φ-φ′) - уравнение кардиоиды, вращаемой изменением фазового угла φ′.

Конструктивно согласующее устройство 6 и УВДН 5 могут быть выполнены аналогично прототипу.

Применение в кардиоидной антенне последовательно соединенных взаимно перпендикулярных рамочных антенн, каждая из которых состоит из двух разнесенных по горизонтали противофазных компланарных рамок, выгодно отличает предлагаемое техническое решение от прототипа, создает новый положительный эффект, который состоит в значительном увеличении скрытности подводных объектов и, в конечном счете, повышает эффективность управления ими при действии сосредоточенных по спектру помех.

Литература

1. Белоцерковский Г.Б. Антенны. М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1956. - 496 с.

2. Додонов А.В., Михеев А.В. Подводный радиоприем. - М.: Воениздат, 1996. - 190 с.

3. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. М.: Энергия, 1973. С.258-259.

4. Изделие Р-684 УС. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ШЕИА. 468151.003 ТО. 1995. С.21-23.

5. Пирумов В.С., Червинский Р.А. Радиоэлектроника в войне на море. - М.: Воениздат, 1987. - 176 с.

6. Патент РФ №2025841, H01Q 3/36, 1994.

7. Патент РФ №2130220, H01Q 21/29, 1996.

Кардиоидная антенна для подводного радиоприема, содержащая две взаимно перпендикулярные рамки, подключенные через устройство вращения диаграммы направленности к первому входу сумматора, выход которого является выходом устройства, а ко второму его входу через согласующее устройство подсоединена ненаправленная в горизонтальной плоскости антенна, отличающаяся тем, что, с целью повышения скрытности подводного радиоприема, ненаправленная антенна выполнена в виде двух последовательно соединенных взаимно перпендикулярных рамочных антенн, каждая из которых состоит из двух разнесенных по горизонтали противофазных компланарных рамок, причем все проводники антенны, контактирующие с морской водой, изолированы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике, в частности к мобильным средствам наблюдения, и может быть использовано в телескопических мачтах, устанавливаемых в кузовах специальных транспортных средств и предназначенных для оперативного подъема и опускания антенных и оптико-электронных средств наблюдения из внутреннего объема кузова.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в качестве приемных и передающих антенн средств связи декаметрового диапазона радиоволн.

Антенна // 2488201
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться при организации беспроводной связи в шахтах. .

Изобретение относится к антенной технике, а именно к кольцевым всенаправленным антеннам. .

Изобретение относится к антенному устройству и системе беспроводной связи. .

Изобретение относится к радиоприемной технике и может быть использовано в области радиосвязи, радионавигации или радиопеленгации. .

Изобретение относится к системам управления вентильными электродвигателями вращения антенны РЛС и может быть использовано в антенно-мачтовых устройствах (АМУ) радиолокационных комплексов.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано на всех воздушных и морских судах и кораблях, а также на обитаемых подводных аппаратах. .

Изобретение относится к радиочастотным устройствам, в частности к радиочастотным устройствам, содержащим электронный компонент, снабженный встроенной антенной, имеющей электромагнитную связь с усилительной или, так называемой, «бустерной» антенной.

Изобретение относится к антенной и микрополосковой технике и может быть использовано для идентификации радиочастотных меток, нанесенных на различные объекты. .

Изобретение относится к системам управления вентильными электродвигателями вращения антенны радиолокационной станции (РЛС) и может быть использовано в регулируемых электроприводах. Техническим результатом изобретения является улучшение тактико-технических и эксплуатационных характеристик системы управления вентильным электродвигателем вращения антенны РЛС. Технический результат достигается тем, что в систему управления вентильным электродвигателем вращения антенны РЛС, содержащую инвертор, вентильный электродвигатель, датчик скорости, редуктор, приемопередающие устройства, датчик величины изгиба полотна антенны, устройство коррекции скорости, блок управления инвертором и блок драйверов, вводятся диаграммообразующая система и аналого-цифровой преобразователь и, соответственно, новые связи между элементами, которые позволяют выравнивать скорость обзора пространства при изменении ветровой нагрузки на полотно антенны. Постоянство скорости обзора пространства, достигаемое за счет электронного сканирования диаграммы направленности в противофазе со скоростью вращения антенны, обеспечивает увеличение надежности сопровождения высокоскоростных целей. Ограничение скорости вращения антенны по допустимой величине изгиба, достигаемое за счет соответствующих связей между инвертором, вентильным электродвигателем, датчиком скорости, редуктором, датчиком величины изгиба полотна антенны, устройством коррекции скорости, блоком управления инвертором и блоком драйверов, приводит к уменьшению номинальной мощности электродвигателя и к увеличению коэффициента полезного действия (КПД) регулируемого электропривода. 1 ил.

Изобретение относится к скважинным измерительным устройствам, используемым для измерения электромагнитных свойств ствола скважины. Техническим результатом является обеспечение направленного действия антенны с возможностью принимать сигналы с разных сторон. Предложен скважинный измерительный инструмент, включающий, по меньшей мере, одну неплоскую антенну, сконфигурированную для передачи и/или приема электромагнитного излучения. При этом неплоская антенна включает в себя, по меньшей мере, одну неплоскую петлю антенного провода, развернутого вокруг корпуса инструмента. Причем в одном примере варианта осуществления неплоскую антенну можно считать двухплоскостной, включающей в себя первую и вторую секции полуэллиптической по форме, образующие первую и вторую пересекающиеся геометрические плоскости. В другом примере варианта осуществления аксиальное разделение между неплоской петлей антенного провода и проходящей по окружности центральной линией антенны изменяется, по существу, синусоидально относительно азимутального угла по окружности инструмента. Являющиеся примером неплоские антенны согласно изобретению могут быть предпочтительно выполнены с возможностью приема и передачи излучения, по существу, чисто x-, y- и z-моды. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к радиоприемной технике и может быть использовано в области радиопеленгации, радионавигации и радиомониторинга. Техническим результатом изобретения является уменьшение составляющей аппаратурной погрешности определения пеленга, обусловленной неравенством коэффициентов преобразования верхней и нижней приемных магнитных антенн. Для этого широкополосное двухкомпонентное приемное антенное устройство содержит две балластные обмотки, содержащие один или более витков, нагруженные каждая на малоиндуктивный резистор, располагаемые по одной на концах стержневого ферритового сердечника верхней приемной магнитной антенны и выполненные с возможностью перемещения по сердечнику. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к направленным антеннам ВЧ-УВЧ-диапазона. Техническим результатом является увеличение действующей высоты рамочной антенны в заданном диапазоне рабочих частот при сохранении ее геометрических размеров. Сущность: рамочная антенна содержит две многоканальные полурамки с поперечным разрезом и трансформаторный блок, причем каждая полурамка выполнена в виде изогнутой металлической трубы, в которой проложено m отрезков коаксиального кабеля, экраны коаксиальных кабелей и соответствующих металлических труб с обеих сторон соединены накоротко, экраны первых концов полурамок соединяют с экраном трансформаторного блока, центральные проводники коаксиальных кабелей первой многоканальной полурамки на втором конце соединяют с экранами на втором конце второй многоканальной полурамки, центральные проводники коаксиальных кабелей на втором конце второй многоканальной полурамки соединяют с экраном на втором конце первой многоканальной полурамки, на первом конце многоканальных полурамок между центральным проводником и экраном каждого коаксиального кабеля включают нагрузку в виде элемента первичной трансформаторной обмотки трансформаторного блока, среднюю точку вторичной трансформаторной обмотки заземляют, а ее крайние точки являются симметричным выходом рамочной антенны. 4 ил.

Изобретение относится к антеннам. Заявлена индуктивная антенна, сформированная из, по меньшей мере, двух пар сегментов, геометрически состыкованных друг с другом, каждая из которых содержит первый и второй параллельные проводники, изолированные друг от друга, при этом упомянутые пары относятся к первому типу, в котором проводники прерываются в своих средних точках, образуя два сегмента, причем первый (соответственно второй) проводник одного сегмента подключен ко второму (соответственно первому) проводнику другого сегмента пары, или ко второму типу, в котором первый проводник прерывается приблизительно в своей средней точке, образуя два сегмента, и второй проводник не прерывается. Техническим результатом является обеспечение большой индуктивной антенны, адаптированной к передачам в диапазоне частот от одного МГц до нескольких сотен МГц. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Трехкомпонентное приемное антенное устройство содержит металлическое основание, на котором размещены две взаимно ортогональные приемные магнитные антенны на стержневых ферритовых сердечниках с обмотками на каждом из сердечников, три симметрирующих трансформатора, три разъема, емкостную антенну, торцевые элементы антенного снижения. При этом дифференциальные выводы обмоток через симметрирующие трансформаторы соединены с соответствующими разъемами. Электрические экраны антенн выполнены с продольными щелями, линии связи выполнены экранированными, магнитные антенны смещены относительно друг друга по вертикали, расположены над металлическим основанием, плоскость которого параллельна продольным осям магнитных антенн, обмотки каждой из магнитных антенн помещены в собственный электрический экран. Емкостная антенна содержит верхний и нижний металлические электроды, состоящие из четырех плоских сегментов, которые расположены аксиально симметрично в одной плоскости вокруг центральной оси устройства и электрически соединены между собой в общей точке. Причем плоскость верхнего электрода расположена над верхней магнитной антенной, а плоскость нижнего электрода расположена под нижней магнитной антенной. Технический результат - устранение двузначности определения пеленга. 3 ил.
Наверх