Передающая туннельная антенна



Передающая туннельная антенна
Передающая туннельная антенна
Передающая туннельная антенна
Передающая туннельная антенна

 


Владельцы патента RU 2601280:

федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике. Заявленная передающая туннельная антенна (ПТА) относится к классу подземных антенн (ПА) и может быть использована в качестве передающей низкочастотной (НЧ) антенны, размещенной в туннеле, пробуренном в полупроводящем грунте (ППГ). Техническим результатом при использовании ПТА является повышение коэффициента усиления (КУ) и устойчивости при воздействии на ПТА дестабилизирующих воздействий. ПТА состоит из симметричного вибратора (СВ), плечи которого длиной L выполнены из K проводников 1, расположенных равномерно по образующей цилиндрической поверхности 2, осесимметричной с внутренней поверхностью туннеля 3. В сечениях туннеля 3 с интервалом lс по образующей поверхности туннеля 3 в ППГ 7 погружены по N металлических стержней (МС) 8 анкерной крепи. Проводники 1 плеч СВ скреплены с поверхностью туннеля с помощью подвесок 9, обеспечивающих гальваническую связь проводников 1 с МС 8 анкерной крепи. Приведены оптимальные соотношения элементов конструкции ПТА, обеспечивающие повышение КУ антенны и ее устойчивость при воздействии ударных и вибрационных нагрузок. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, и, в частности, заявляемая передающая туннельная антенна (ПТА) относится к классу подземных антенн (ПА) и может быть использована в качестве передающей низкочастотной (НЧ) антенны, устанавливаемой в туннеле, пробуренном в полупроводящем грунте, характеризуемом макроскопическими параметрами: εr - относительной диэлектрической проницаемостью и σ - удельной электропроводимостью.

Известна подземная антенна (ПА) по патенту США №3346864, которая состоит из совокупности параллельных друг другу симметричных вибраторов (СВ), плечи каждого из которых установлены в горизонтальных туннелях, пробуренных в полупроводящем грунте (ППГ). СВ подключены к выходу радиопередатчика (РПРД), размещенного в бункере, также заглубленном в ППГ.

Недостатком известной ПА является ее низкий коэффициент усиления (КУ), что обусловлено высокой концентрацией связного реактивного поля СВ, приводящего к значительным тепловым потерям в ППГ.

Известна также ПА по патенту РФ №2115980, 1998 г., состоящая из двух ярусов, разнесенных по высоте СВ, плечи которых установлены в горизонтальных туннелях, пробуренных в ППГ и подключенных к выходу РПРД, размещенном в бункере, также заглубленном в ППГ. Бункер окружен металлическим экраном.

Недостатком данной ПА является относительно малый КУ, что обусловлено высокой концентрацией нескомпенсированного реактивного поля СВ, приводящей к тепловым потерям в окружающем СВ ППГ.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по своей технической сущности к заявленной ПТА является подземная антенна по патенту РФ №2262164, опубл. 10.10.205, МПК H0Q 1/04. ПА - прототип состоит из двух ярусов СВ, плечи которых в виде совокупности проводников установлены в туннелях, пробуренных в полупроводящем грунте с макроскопическими параметрами εr и σ.

Плечи СВ подключены к выходам делителей мощности, которые в свою очередь подключены к выходу РПРД, размещенного в бункере, окруженном металлическим экраном. Плечи СВ первого и второго ярусов ортогональны, что обеспечивает формирование близкой к равномерной диаграммы направленности (ДН) в азимутальной плоскости.

Недостатками прототипа являются:

высокая вероятность повреждения конструкции из-за возможного обрушения сводов туннеля при воздействии на него дестабилизирующих факторов (вибрационных или ударных нагрузок);

относительно низкая эффективность (коэффициент усиления), обусловленная высокой концентрацией связанного реактивного поля СВ, приводящего к значительным тепловым потерям в ППГ.

Целью изобретения является разработка ПТА, обеспечивающей достижение более высокого КУ за счет снижения концентрации связного реактивного поля, при одновременном повышении устойчивости конструкции антенны при воздействии на нее дестабилизирующих факторов, например ударных и вибрационных нагрузок.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной передающей туннельной антенне, содержащей симметричный вибратор (СВ), плечи которого длиной L размещены в полости туннеля с диаметром поперечного сечения Dт, пробуренного в полупроводящем грунте с относительной диэлектрической проницаемостью εr и удельной электропроводимостью σ, примыкающие друг к другу концы плеч СВ подключены к выходу РПРД, установленного в бункере, окруженном металлическим экраном и размещенным в ППГ, по образующей поверхности туннеля с интервалом lс равномерно в ППГ погружены по N стержней анкерной крепи. Стержни длиной lст ориентированы в направлении от центра поперечного сечения туннеля вглубь ППГ. Каждое плечо СВ выполнено в виде совокупности из K проводников, расположенных равномерно по образующей цилиндрической поверхности с диаметром поперечного сечения Dв, меньшим Dт. Цилиндрическая поверхности с диаметром поперечного сечения Dв осесимметрична с внутренней поверхностью туннеля. Проводники плеч СВ скреплены механически с поверхностью туннеля и подключены кондуктивно к стержням анкерной крепи.

Длина L каждого плеча СВ выбрана из условия L≥0,1 λ max / | ε r ' | , где λmax - максимальная длина волны рабочего диапазона ПТА; ε r ' = ε r + j 60 σ λ max - относительная комплексная диэлектрическая проницаемость грунта.

Длина lст стержней анкерной крепи выбрана в пределах lст=(0,5-1,0)Dт, а число N стержней анкерной крепи в каждом сечении выбрана в пределах N=8-12. Число К проводников 1, образующих каждое плечо СВ выбирают в пределах К=4-8.

Интервалы lc между сечениями туннеля, в которых установлены металлические стержни, выбраны в пределах lc=(1,0-1,5)Dm.

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков в ПТА обеспечивается подкрепление свода туннеля и снижение вероятности его обвала из-за возможного возникновения трещиноватости при воздействии ударных или вибрационных нагрузок. Одновременно использование стержней увеличивает эквивалентный диаметр плеч СВ и, следовательно, снижает его волновое сопротивление, что приводит к снижению концентрации связного реактивного поля и уменьшению тепловых потерь в полупроводящем грунте. Отмеченное указывает на увеличение эффективности (КУ) ПТА, т.е. возможности достижения технического результата при использовании заявленной антенны.

Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг. 1 - общий вид ПТА (продольное сечение);

на фиг. 2 - вид ПТА (поперечное сечение);

на фиг. 3 - рисунок, поясняющий протекание высокочастотных токов по элементам ПТА;

на фиг. 4 - рисунок, поясняющий работу ПТА;

на фиг. 5 - результаты сравнительных измерений коэффициента усиления антенны.

Заявленная ПТА, показанная на фиг. 1, состоит из симметричного вибратора, плечи которого длиной L выполнены из K проводников 1, расположенных равномерно по образующей цилиндрической поверхности 2 с диаметром поперечного сечения Dв. Цилиндрическая поверхность 2, образованная проводниками 1, расположена осесимметрично с внутренней поверхностью туннеля 3. Примыкающие друг к другу концы проводников 1 плеч СВ подключены к выходу РПРД 4, установленного в бункере 5 и окруженного металлическим экраном 6. Подключение плеч СВ к РПРД 4 может быть выполнено различным образом:

подключением плеч СВ к симметричному выходу РПРД 4 (фиг. 1а);

по схеме с использованием двух однотипных РПРД, каждый из которых включен между центральным заземлителем 10, роль которого выполняет металлический экран 6 бункера 5, и соответствующим плечом СВ (см. фиг. 1б).

В сечениях туннеля 3 с интервалом lс по образующей поверхности туннеля 3 в ППГ 7 погружены равномерно по N металлических стержней 8 длиной lст и диаметром dст анкерной крепи. Стержни 8 ориентированы от центра поперечного сечения туннеля 3 (точка «о») вглубь ППГ 7 (см. также фиг. 2). На фиг. 2 показаны восемь стержней 8, устанавливаемых в каждом из сечений. Проводники 1 плеч СВ скреплены с поверхностью туннеля 3 с помощью подвесок 9, например, в виде проводников, обеспечивающих гальваническую связь проводников 1 плеч СВ с металлическими стержнями 8.

Длина L каждого из плеч СВ выбрана из условия L≥0,1 λ max / | ε r ' | , при этом обеспечивается минимально допустимое снижение эффективности (КУ) ПТА. Длина lст и диаметр dст стержней 8 анкерной крепи выбирают из условий lст=(0,5-1,0)Dт, dст=(0,005÷0,02) lст. При указанных размерах стержней 8 компромиссно учитываются требования по экономическим затратам на построение ПТА и обеспечению требуемого уровня надежности сохранения целостности туннеля при дестабилизирующих воздействиях.

Диаметр Dт туннеля и его протяженность 2L выбирают с учетом частотного диапазона ПТА, требуемой ее эффективности и с учетом особенностей выполнения горнопроходческих работ. Соотношение диаметров Dв/Dт выбирают с учетом как конструктивных соображений, так и требований по наиболее полному использованию внутреннего пространства туннеля, что необходимо для достижения максимально возможной эффективности ПТА. С учетом этих требований выбирают Dв/Dт=(0,8-0,95).

Интервалы lс между сечениями туннеля 3, где в ППГ 7 погружены металлические стержни 8, выбраны в пределах lс=(1,0-1,5)Dт.

В качестве РПРД можно использовать любой известный и выпускаемый промышленностью радиопередатчик, работающий в низкочастотном диапазоне, например радиопередатчик типа Р-643 или типа 15Э 1780.

Проводники 1 плеч СВ могут быть выполнены различным образом, например, из кабеля типа РК75-44-19Б со снятой наружной изоляцией. Для снижения шунтирующего действия торцевой емкости в местах подключения к выходу РПРД 4 проводников 1, образующих плечи СВ, их соединяют электрически между собой в виде конуса (см. фиг. 1).

Заявленная ПТА работает следующим образом. При включении РПРД 4 высокочастотный (в.ч.) ток проводимости Iпр протекает по плечам СВ, которые можно предоставить в виде линейного проводника, образованного проводниками 1, с эквивалентным диаметром Dвэ (см. фиг. 3). Кроме того, ток проводимости первого плеча вытекает на каждый из стержней 8, электрически соединенных с проводниками 1 плеч СВ. Далее через токи смещения Iсм в.ч. ток замыкается в виде тока проводимости Iпр по второму плечу. Такую модель можно представить в виде распределенного контура, включающего элементы погонной индуктивности L1 и погонной емкости С1 (см. фиг. 4).

Наличие стержней 8 увеличивает распределенную емкость эквивалентного вибратора, что приводит к снижению волнового сопротивления ρ эквивалентного вибратора (см. книгу Антенны, ч. 1, под ред. Ю.К. Журавцева. - Л.: ВКАС, с. 21), т.е ρ = L 1 / C 1 , где L1 - значение индуктивности на единицу длины антенны, С1 - усредненное по длине антенны значение емкости на единицу длины эквивалентного вибратора. Снижение ρ указывает на уменьшение концентрации связанного с антенной реактивного поля и, следовательно, снижение потерь в полупроводящем грунте, окружающем ПТА.

Проверка возможности достижения заявленного технического результата при использовании ПТА была выполнена в ходе сравнительных экспериментальных измерений эффективности заявленной антенны и прототипа.

Условия проведения измерений следующие:

наибольшая длина волны рабочего диапазона волн λmax=3·104 м; L=700 м; Dт=6 м; Dвэ=5 м; lст=4,5 м; dст=4,5 см; lс=7 м; N=8; K=8; грунт: εr=10; σ=5·10-5 См/м.

В процессе эксперимента измерялись уровни излученного поля в дальней зоне заявленной антенны и прототипа с последующей оценкой величины КУ в соответствии с известной методикой, описанной в книге: Фрадин А.З., Рыжков Е.В. Измерение параметров антенно-фидерных устройств. Изд. 2-е, дополненное, - М.; «Связь», 1972, с. 262-271.

Полученные результаты, представленные на фиг. 5, дают основания для следующих выводов. В диапазоне L/λ=0,03-0,3 коэффициент усиления заявленной антенны в сравнении с прототипом выше от 2 до 3,5 дБ. Одновременно введение в конструкцию ПТА стержней анкерной крепи делает заявленную антенну более устойчивой к ударным и вибрационным нагрузкам. Отмеченное указывает на возможность достижения сформулированного технического результата при использовании заявленной передающей туннельной антенны.

1. Передающая туннельная антенна (ПТА), содержащая симметричный вибратор (СВ), плечи которого длиной L размещены осесимметрично в полости туннеля с диаметром поперечного сечения Dт, пробуренном в полупроводящем грунте с относительной диэлектрической проницаемостью εr и удельной электропроводимостью σ, примыкающие друг к другу концы плеч СВ подключены к выходу радиопередатчика (РПРД), установленного в бункере, размещенном в полупроводящем грунте и окруженном металлическим экраном, отличающаяся тем, что по образующей поверхности туннеля с интервалом равномерно в грунт погружены по N металлических стержней анкерной крепи, стержни длиной ориентированы от центра поперечного сечения туннеля вглубь полупроводящего грунта, каждое плечо СВ выполнено в виде совокупности из К проводников, расположенных равномерно по образующей цилиндрической поверхности с диаметром поперечного сечения Dв меньшим диаметра Dт и осесимметричной с внутренней поверхностью туннеля, проводники плеч СВ скреплены с поверхностью туннеля и подключены гальванически к стержням анкерной крепи.

2. Передающая туннельная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что длина L каждого плеча СВ выбрана из условия , где λmax - максимальная длина волны рабочего диапазона волн, - относительная комплексная диэлектрическая проницаемость грунта.

3. Передающая туннельная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что длина стержней анкерной крепи выбрана в пределах .

4. Передающая туннельная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что число N стержней анкерной крепи, установленных в каждом из сечений туннеля, выбрано в пределах N=8-12.

5. Передающая туннельная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что интервалы между сечениями туннеля, в которых установлены металлические стержни, выбраны в пределах .



 

Похожие патенты:

Антенна полигона для измерения радиолокационных характеристик целей в зоне Френеля выполнена в виде фазированной антенной решетки (ФАР), которая содержит систему ответвителей с входом и N выходами, N четное число больше шести, N первых коммутаторов сигналов и N каналов передачи сигналов, в которые входят N вторых и N третьих коммутаторов, N первых, N вторых, N третьих и N четвертых смесителей, 2N циркуляторов, 2N переменных аттенюаторов, 2N фазовращателей, 2N излучателей.

Изобретение относится к антенной технике. Особенностью заявленного промежуточного возбудителя невыступающей коротковолновой передающей антенны подвижного объекта является то, что горизонтальные части П-образных элементов объединены и электрически соединены друг с другом и установлены вдоль продольной оси симметрии экранированного подкрышевого пространства подвижного объекта, а их периферийные трети выполнены в виде плавных переходов, подключенных к вершинам соответствующих пар вертикальных частей П-образных элементов, размещенных вне экранированного подкрышевого пространства подвижного объекта.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к конструкции передающей антенны для работы с широкополосными радиопередающими устройствами. Сущность: антенна ненаправленная в горизонтальной плоскости имеет ввод в виде корпуса, внутри которого проходит коаксиальный кабель, взаимодействующий с разъемом, закрепленным на корпусе ввода, и с коаксиальными металлическими стержнями проводниками, размещенными внутри изолятора состоящего из двух продольных половинок, зафиксированных к вводу полуцилиндром, коаксиальные металлические стержни проводники имеют канавки, взаимодействующие с выступами на внутренней части изолятора, один конец коаксиального металлического стержня проводника взаимодействует с коаксиальным кабелем, другой конец имеет резьбовую часть, взаимодействующую с металлическим цилиндром вибратором в виде стакана, посаженного на изолятор и взаимодействующего через изоляторы в виде колец с металлическими кольцами вибраторами, по внешнему диаметру все элементы антенны ненаправленной в горизонтальной плоскости зафиксированы оболочкой со вставками и трубками термоусаживаемыми.

Приемо-передающая антенна для поляризационного инструмента поисковой антенны, которая имеет установленный с возможностью вращения вокруг фиксирующего штифта (3) металлический резонатор (2) в качестве антенны и находящуюся на расстоянии под ним изоляционную пластину (6) с расположенным на обращенной от резонатора (2) стороне металлическим слоем (7) в качестве электрода или второй антенны, а также расположенную без возможности вращения на расстоянии от изоляционной пластины (6) магнитную пластину (8) с экраном (9) на обращенной от изоляционной пластины стороне.

Использование: изобретение относится к области электрорадиотехники, а именно к антенной технике, и может использоваться для развертывания на холмистой подстилающей поверхности проволочных антенн KB, СВ, ДВ и СДВ диапазонов.

Использование: изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, и предназначено для развертывания КВ, СВ, ДВ или СДВ проволочных антенн преимущественно на холмистой подстилающей поверхности.

Изобретение относится к антенной технике. Заявленный промежуточный возбудитель коротковолновой антенны подвижного объекта содержит индуктивный проводник, размещенный в экранированном подкрышевом пространстве подвижного объекта и подключенный одним концом к блоку дискретных реактивных нагрузок, а другим - через блок настройки и согласования к выходу бортовой коротковолновой радиостанции, причем периферийные трети индуктивного проводника, размещенного в подкрышевом пространстве, выполнены в виде сосредоточенных индуктивных нагрузок.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке гидроакустических антенн произвольной формы и назначения. Сущность: устройство содержит преобразователь давления в электрический сигнал, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, сдвиговый регистр, параллельный вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а последовательные вход и выход являются внешними входом и выходом приемника.

Изобретение относится к антенной технике. Плазменная антенна содержит плазменный генератор, формирующий плазменное образование, и первичный источник электромагнитных волн, при этом анод плазменного генератора выполнен в виде конического диффузора, состоящего из корпуса и конической вставки, диэлектрически соединенной с подводящим патрубком, поверхность которого выполнена перфорированной, кроме того, первичный источник радиоволн установлен на оси антенны на расстоянии от точки генерации плазменного образования, где γ=2,8…3,0 - постоянная величина, k - волновое число, b - максимальное расстояние от плазменного генератора до границы области с критической концентрацией электронов, θк - угол между осью антенны и направлением распространения плазмы с максимальной скоростью.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и предназначено для ретрансляции высокочастотного сигнала системы телеметрии ракеты-носителя на наземный измерительный пункт.
Наверх