Приймальна антена біжучої хвилі

Винахід відноситься до радіотехніки зокрема до антеною техніці стаціонарних радіоцентрів. Технічним результатом є розробка антени біжучої хвилі (АБВ) з збиральної лінією (СЛ), що забезпечує здвоєний прийом по поляризації при одночасному зниженні габаритів конструкції. Антена містить грати вібраторів 1, підключених до СЛ 3, навантаженої на узгоджений резистор. Вібратори зігнуті під кутом 2 в горизонтальній, вертикальній або похилій площинах. Симетрично щодо осі СЛ 3 по поверхні циліндра з радіусом підстави r розміщені додаткові провідники 6. Одні кінці провідників 6 через додатковий резистор підключені до середньої точки узгодженого резистора, а інші - до несиметричного входу розв'язує пристрої (РУ) 5. До симетричного входу РУ 5 підключена СЛ 3, а до його виходів - фідери 8 і 9. Вибором співвідношень розмірів елементів конструкції АБВ досягається рівність її параметрів по ортогональним складовим прийнятої електромагнітної хвилі. 3 з.п.ф-ли, 4 іл.

Винахід відноситься до радіотехніки, а саме до антеною техніці, і, зокрема, заявляється антена біжучої хвилі (АБВ) може використовуватися в якості прийомної антени з рознесенням по поляризації на стаціонарних радіоцентрах.

Відомі прийомні АБВ з рознесенням по поляризації для стаціонарних радіоцентрів (науково-технічний збірник 70 років радіо / Под ред. Фортушенко А. Д. - М.: Зв'язок, 1965, с. 65 - 68, рис. 6, 7). Відомі аналоги для забезпечення прийому електромагнітних хвиль з розносом по поляризації утворюють систему з двох АБВ, одна з яких є горизонтальною симетричною, а друга - вертикальної несиметричною (рис. 6). Обидві антени закріплені на загальних опорах. В іншому варіанті (рис. 7) система включає дві несиметричні АБВ, полотна яких взаємно перпендикулярні і нахилені по відношенню до поверхні землі на 45o. Однак відомі аналоги мають недоліки, а саме невисоку ефективність в умовах поляризаційних замираний, обумовлену розбіжністю кутів підвищення максимумів діаграм спрямованості (ДН) по вертикальній і горизонтальній компонентів прийнятого електромагнітного поля (ЕМП). Крім того, конструкції аналогів громіздкі. Найбільш близькою за своєю технічною суттю до заявленої є відома приймальня АБВ з рознесенням по поляризації (Сичов Б.В., Доценко Н.Є. КВ радіозв'язок на залізничному транспорті. - М .: Транспорт, 1986, с. 53, рис. 2.30) . Пристрій-прототип складається з двох несиметричних АБВ. У свою чергу кожна несиметрична АБВ складається з збиральної лінії у вигляді повітряного коаксіального фідера, навантаженого на узгоджений резистор. Другий кінець повітряного коаксіального фідера підключений до фідера від навантаження. До збиральної лінії через розв'язують опору підключені вібратори. Осі вібраторів орієнтовані під кутом 80o до осі збиральної лінії, яка встановлена ​​під кутом 10o до напрямку на кореспондента. Несиметричні АБВ встановлені дзеркально щодо направлення на кореспондента, а їх вібратори нахилені до поверхні землі. При такій схемі виявляється можливим частково усунути розбіжність орієнтації максимумів ДН для вертикально і горизонтально поляризованих компонент ЕМП, обумовлене розходженням залежностей коефіцієнтів Френеля від кута піднесення для вертикально і горизонтально поляризованих хвиль. Однак відома антена має недоліки. Конструкція антени громіздка і вимагає для розміщення великої площі. Відмінність якості узгодження антени при прийомі сигналів з вертикальною і горизонтальною поляризацією відповідно призводить до зниження ефективності (ККД) антени в цілому. Метою винаходу є розробка приймальні АБВ з рознесенням по поляризації, що забезпечує рівність параметрів по ортогональним компонентів прийнятого ЕМП і одночасно вимагає меншої площі для її розгортання. Мета досягається тим, що певною приймальні АБВ, що містить грати вібраторів, попарно встановлених під кутом один до одного і підключених через розв'язують опору до збиральної лінії, навантаженої на узгоджений резистор, і два фідера, збірна лінія виконана симетричною і вирівняний належним чином щодо поверхні землі. Паралельно збиральної лінії і симетрично щодо її поздовжньої осі встановлені додаткові провідники. Перші кінці всіх додаткових провідників через додатковий резистор підключені до середньої точки узгодженого резистора, а другі - об'єднані і підключені до несиметричного входу введеного розв'язує пристрої. До симетричного входу розв'язує пристрої підключена збірна лінія, До першого і другого виходів розв'язує пристрої підключені відповідно перший і другий фідери. Пари вібраторів, підключені в одному перерізі збиральної лінії до її протилежними провідникам, нахилені один до одного. Площина, в якій зігнуті вібратори, може бути горизонтальної, вертикальної або перпендикулярної напрямку приходу хвилі. Відповідно кут вигину вібраторів при їх розташуванні в горизонтальній 2 г, вертикальної 2 в або похилій 2 н площинах вибирають з умов: ; ; , де г і в - хвильові опору збиральної лінії при порушенні в її проводах відповідно протифазних і синфазних хвиль струму; м - кут приходу хвилі. Кількість додаткових провідників вибирають в межах 4 - 8 шт. Як розв'язує пристрої може використовуватися диференціальний трансформатор з середньою точкою. Перерахована сукупність істотних ознак обумовлює при компактності конструкції досягнення рівності всіх параметрів антени як по вертикально так і горизонтально поляризованої компонентів прийнятого ЕМП. На фіг. 1 показана загальна схема антени; на фіг. 2, 3 пояснюється конструкція антени; на фіг. 4 пояснюється принцип роботи антени. Приймальна АБВ (фіг. 1) складається з решітки вигнутих під кутом 2 один до одного вібраторів 1 довжиною l, підключених через розв'язують опору Zp 2 до симетричної збиральної лінії (СЛ) 3 довжиною L. Примикають один до одного пари вібраторів рознесені вздовж СЛ 3 на відстань "B". У загальному випадку Zp може бути комплексним. СЛ 3 на одному кінці навантажена на узгоджений резистор Rн 4. Другий кінець СЛ 3 підключений до симетричного входу (вхід "а-а") розв'язує пристрої (РУ) 5. Симетрично щодо осі збиральної лінії і паралельно їй на поверхні уявного циліндра з радіусом підстави r розташовані провідники 6. Довжини провідників 6 і збиральної лінії 3 однакові. Кінці провідників 6 з боку узгодженого резистора Rн 4 з'єднані один з одним і підключені через додатковий резистор Rд 7 до середньої точки узгодженого резистора Rн 4. Кінці провідників 6 з боку РУ 5 також з'єднані один з одним і підключені до несиметричного входу (вхід "б" ) РУ 5. до виходів ( "з" і "з" ") РУ 5 підключені відповідно перший 8 і другий 9 фідери. Вібратори можуть бути зігнуті в горизонтальній площині (фіг. 2а), у вертикальній площині (фіг. 2б) або похилій площині, перпендикулярній до напрямку приходу хвилі (фіг. 2в). Кут приходу хвилі м визначається між горизонтальною площиною і напрямком приходу хвилі (фіг. 2в). Варіант установки полотна антени при вигині вібраторів в горизонтальній площині показаний на фіг. 3. Схема розв'язує пристрої 5 являє собою диференційний трансформатор з середньою точкою і складається з двох пар електромагнітно пов'язаних обмоток. Обмотка 5.1 першої пари підключена до симетричного входу "aa" РУ 5, а електромагнітно пов'язана з нею обмотка 5.2 підключена до коаксіального фідера 8 (вихід "c '"). Заявлений пристрій працює таким чином. Відображена від іоносфери хвиля з обертовою поляризацією в загальному випадку має горизонтальну Eг і вертикальну EВ складові, кожна з яких наводить в вібраторах відповідну ЕРС. На фіг. 4 показано напрямок наведених струмів в вібраторах горизонтальної Eг складової хвилі (суцільні стрілки) і вертикальної EВ (пунктирні стрілки). Під дією Eг в проводах СЛ 3 порушуватимуться протифазні струми Іг, які, протікаючи через обмотку 5.1 РУ 5, пов'язану з нею обмотку 5.2 і фідер 8, виділяються в навантаженні (радіоприймачі) - вихід горизонтально поляризованої (ДП) складової ЕМП. Аналогічно струми Iв, наведені EВ, збуджують синфазних струми в проводах збиральної лінії (пунктирні стрілки). Ці струми спрямовані зустрічно в відповідних половинах обмотки 5.1, далі протікаючи по обмотці 5.3, пов'язану з нею обмотку 5.4 і фідер 9, виділяються в навантаженні - вихід вертикально поляризованої (ВП) складової ЕМП. Токи, обумовлені EВ, в обмотці 5.3 далі протікають по проводах 6 і поглинаються в навантаженні. Також в навантаженні поглинаються струми, порушені Er і протікають від точок підключення вібраторів в сторону навантаження. Цим обумовлюється формування односпрямованої ДН з максимумом, орієнтованим в напрямку приходу хвилі. Рівні умови узгодження антени по обом виходів досягаються підбором хвильових опорів г і в - відповідно при порушенні збиральної лінії протифазні і синфазними струмами. величини г і в залежать від геометрії збиральної лінії: діаметра її провідників, відстані між ними d, числа додаткових провідників і радіуса r і можуть бути обчислені за відомими співвідношенням (Іоссель Ю.Я. і ін. Розрахунок електричної ємності. - Л .: Енергоіздат, 1981, с. 133 - 134, 229). Досягнення рівності коефіцієнта посилення (КУ) АБВ Gг і Gв відповідно по горизонтальній Eг і вертикальної EВ складовим ЕМП хвилі, що приходить забезпечується вибором кута вигину вібраторів 2 . . Можливість виконання такого умови пояснюється наступним. Відомо, що діюча довжина lд АБВ пропорційна діючої довжині одного вібратора. У свою чергу КУ антени пропорційний відношенню квадрата діючої довжини і активної складової вхідного опору, тобто відношенню l2д / RA. . У АБВ вхідний опір активно і так само хвильовому опору збиральної лінії , Тобто RA = . У режимі прийому lд = A / E, де A - ЕРС, наведена в антені сигналом з напруженістю електричного поля E. Діючі довжини вібратора по горизонтальній lдг і вертикальної lдв складовим будуть пропорційні відповідно величинам Eг і EВ. Таким чином, рівність Gг і Gв буде реалізовано, якщо виконати умову l2дг / г = l2дв / в, (1), тут г і в - хвильовий опір збиральної лінії при протифазні і синфазном її порушенні. Якщо вібратори зігнуті в горизонтальній площині під кутом 2 г, а хвиля приходить під кутом м, умова (1) матиме вигляд: . Аналогічні міркування показують, що рівність Gг і Gв при вигині вібраторів у вертикальній площині 2 в досягається при виконанні умови
. При вигині вібраторів під кутом 2 н в похилій площині, перпендикулярній напряму приходу сигналу,
. Так як ДН власне вібратора в площинах "E" і "H" різні, то можливість вирівнювання Gг і Gв АБВ в цілому досягається зазначеним інтервалом множника (0,5 ... 0,7) в наведених формулах. Вібратори згинають в горизонтальній площині при використанні АБВ на відносно коротких трасах (до 800 км), у вертикальній - на трасах середньої протяжності (до 1500 км), в похилій - на трасах великої протяжності. Геометричні розміри елементів конструкції заявленої АБВ вибираються за відомими правилами (Айзенберг Г.З. і ін. Короткохвильові антени. - М .: Радио и связь, 1985, с. 317 - 333; Сєрков В.П. Поширення радіохвиль та антенні пристрої. - Л., ВАС, 1981, с. 330) і залежать від діапазону частот і протяжності траси, в яких планується використання антени. Так, заявлена ​​антена, призначена для роботи на коротких трасах (до 800 км, м 45o; min = 15 м), буде мати такі розміри: L = 90 м; B = 4,5; N = 21; l = 10 м; Rн = 160 Ом; Rд = 10 Ом; Zp = Rp = 200 Ом; H = 11 м; d = 35 мм; r = 100 мм; 2 г = 85o, число додаткових провідників - 6 шт. При необхідності роботи на трасах середньої протяжності (до 1500 км, м 25o, min = 12 м) доцільно вібратори зігнути в вертикальній площині, а розміри антени при цьому будуть мати наступні значення: L = 70 м; B = 3,5; N = 21; l = 8 м; Rн = 160 Ом; Rд = 10 Ом; Zр = Rр = 200 Ом; H = 17 м; d = 35 мм; r = 100 мм; 2 г = 90o, число додаткових провідників - 6 шт. При використанні антени на трасах великої протяжності (понад 1500 км) вібратори доцільно зігнути в похилій площині, перпендикулярній кутку приходу хвилі ( м 15o, min / = 10 м). У цьому випадку розміри антени будуть наступні: L = 70 м; B = 3; N = 24; l = 7 м; Rн = 160 Ом; Rд = 10 Ом; Zp = Rp = 200 Ом; H = 25 м; d = 35 мм; r = 100 мм; 2 г = 100o, число додаткових провідників - 6 шт. Як розв'язує пристрої може бути використаний будь-який випускається промисловістю диференційний трансформатор з середньою точкою, опору входів і виходів якого узгоджені з хвильовими опорами підключаються до нього фідерів і ліній. Зокрема, виходи повинні бути узгоджені з фідером, які мають = 75 Ом. Симетричний вхід 160 Ом, несиметричний вхід - 50 Ом. Використання заявленої АБВ забезпечує більш стійку роботу радіолінії в умовах поляризаційних замираний сигналу завдяки практично повній ідентичності її параметрів по ортогональним складовим прийнятого ЕМП.

формула винаходу

1. Приймальна антена біжучої хвилі, яка містить грати вібраторів, попарно встановлених під кутом один до одного і підключених через розв'язують опору до збиральної лінії, навантаженої на узгоджений резистор, і два фідера, що відрізняється тим, що збірна лінія виконана симетричною і вирівняний належним чином, паралельно і симетрично до поздовжньої осі збиральної лінії встановлені додаткові провідники, перші кінці яких через додатковий резистор підключені до середньої точки узгодженого резистора, а другі об'єднані і підключені до несиметричного входу введеного розв'язує пристрої, до симетричного входу якого підключена збірна лінія, причому до першого і другого виходів розв'язує пристрої підключені відповідно перший і другий фідери. 2. Антена по п.1, що відрізняється тим, що вібратори попарно встановлені під кутом один до одного 2 г в горизонтальній або під кутом 2 в у вертикальній площинах, причому кути г і в обрані з умов


де г і в - - хвильові опору збиральної лінії при порушенні в ній відповідно протифазної і синфазної хвиль струму;
м - кут приходу хвилі. 3. Антена по п.1, що відрізняється тим, що вібратори попарно встановлені під кутом 2 н один до одного в похилій площині, перпендикулярній напряму приходу хвилі, причому кут н вибраний з умови

де г і в - хвильові опору збиральної лінії при порушенні в ній відповідно протифазної і синфазної хвилі струму. 4. Антена за допомогою одного з пп.1 - 3, що відрізняється тим, що число додаткових провідників вибрано в інтервалі 4 - 6, а розв'язує пристрій виконаний у вигляді диференціального трансформатора з середньою точкою.

МАЛЮНКИ

, малюнок 2 , малюнок 3 , малюнок 4