Промежуточный возбудитель коротковолновой антенны подвижного объекта
Владельцы патента RU 2585918:
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 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. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот без увеличения габаритов подкрышевого пространства подвижного объекта и без снижения уровня трансформаторной связи с корпусом подвижного объекта. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и, в частности, заявленный промежуточный возбудитель (ПВ) коротковолновой (KB) антенны подвижного объекта (ПО) может быть использован в составе передающей KB антенной системы, включающей корпус ПО (автомобиля, летательного аппарата и т.д.).
Известны промежуточные возбудители KB антенны в составе передающей KB антенной системы. Так, в книге Виноградов Б.А. и др. Радиочастотная служба и антенные устройства. - Л.: ВАС, 1982, с. 113-114 описан ПВ KB антенны ПО. ПВ установлен в подкрышевом пространстве ПО непосредственно у раскрыва щели, вырезанной в металлической крыше кузова ПО.
ПВ выполнен в виде многовитковой рамки с возможностью изменения числа витков путем их замыкания на корпус ПО.
Вход ПВ подлючен к блоку настройки и согласования (БНС), который, в свою очередь, подключен к выходу бортовой KB радиостанции.
Недостатком известного аналога является слабая трансформаторная связь с корпусом объекта, что снижает общий коэффициент усиления (КУ) антенной системы в целом.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному техническому решению является ПВ KB антенны ПО в составе бортовой декаметровой антенны ПО по патенту РФ №2484560, опубл. 10.06.2013, МПК H01Q 9/00.
Ближайший аналог (прототип) выполнен в виде изогнутого в вертикальной плоскости проводника, установленного вдоль продольной оси симметрии в металлизированном подкрышевом пространстве ПО. Один конец ПВ подключен к выходу БНС, вход которого, в свою очередь, подключен к выходу бортовой KB радиостанции, второй конец ПВ подключен к блоку дискретных реактивных нагрузок (БДРН).
Благодаря использованию экранирующих элементов над проводником возбудителя обеспечивается повышение трансформаторной связи возбудителя с корпусом ПО и, следовательно, повышение КУ антенной системы в целом.
Недостатком прототипа является узкая полоса частот, при которой на выходе БНС сохраняется индуктивный характер реактивной составляющей комплексного сопротивления возбудителя, что исключает дальнейшую настройку и согласование антенны с помощью высокодобротных емкостных элементов. Поэтому предусмотрено подключение соответствующей емкостной нагрузки к другому концу ПВ, для чего и предназначен БДРН. Однако узкая полоса частот ПВ, при которой в диапазоне рабочих частот сохраняется индуктивный характер реактивной составляющей комплексного сопротивления на выходе БНС, требует многократных переключений в БДРН для обеспечения работы антенны во всем KB диапазоне: 3-30 МГц. Отмеченное приводит к существенному усложнению БДРН и снижению надежности его работы из-за необходимости перекоммутаций дискретных элементов.
Кроме того, подобные промежуточные возбудители могут оказаться неприемлемыми для работы с бортовой радиостанцией в режиме с программной перестройкой рабочих частот (ППРЧ), если разрешенный диапазон перестройки частот в режиме ППРЧ превышает рабочую полосу возбудителя.
Целью изобретения является разработка промежуточного возбудителя KB антенны ПО, обеспечивающего расширение диапазона его рабочих частот без увеличения габаритов подкрышевого пространства ПО и без снижения уровня трансформаторной связи с корпусом ПО.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном ПВ KB антенны ПО, содержащем индуктивный проводник, размещенный в экранированном подкрышевом пространстве (ЭПП) и подключенный одним концом к БДРН, а другим через БНС - к выходу бортовой KB радиостанции, периферийные трети индуктивного проводника, находящегося в ЭПП, выполнены в виде сосредоточенных индуктивных нагрузок (СИН).
Каждая из СИН выполнена в виде плоской спирали. Витки СИН ориентированы перпендикулярно и симметрично относительно продольной оси симметрии подкрышевого пространства ПО. Плоскости плоских СИН установлены параллельно основанию ЭПП.
Новая совокупность существенных признаков обеспечивает расширение диапазона рабочих частот промежуточного возбудителя, при котором сохраняется индуктивный характер реактивной составляющей комплексного сопротивления антенной системы на выходе БНС. Причем указанный технический результат достигается при сохранении уровня трансформаторной связи с корпусом ПО и без увеличения объема его подкрышевого пространства.
Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показано:
на фиг. 1 - общий вид промежуточного возбудителя;
на фиг. 2 - электрическая схема полного антенного контура;
на фиг. 3 - схема составляющих комплексного сопротивления антенны;
на фиг. 4 - результаты экспериментальных сравнительных измерений качества согласования.
Промежуточный возбудитель KB антенны ПО, показанный на фиг. 1, состоит из индуктивного проводника (ИП) 1, периферийные трети которого выполнены в виде сосредоточенных индуктивных нагрузок (СИН) 2, 3. Каждая сосредоточенная индуктивная нагрузка выполнена в форме плоских спиралей. Проводник 1 вместе с СИН 2, 3 установлен в ЭПП 4 ПО 5, вдоль его продольной оси симметрии (ось О-О′). Плоские спирали СИН 2, 3 размещены симметрично относительно продольной оси О-О′ ПО 5 и параллельно плоскости основания ЭПП 4 на высоте h/2 от него, где h - высота ЭПП 4 ПО 5. Один конец ИП 1 с помощью дополнительного проводника 6 подключен к БДРН 7. Второй конец ИП 1 также с помощью дополнительного проводника 6 подключен к выходу 8.1 БНС 8, вход 8.2 которого подключен к выходу бортовой KB радиостанции 9. Все элементы ИП 1 выполнены из трубчатого проводника с круглым поперечным сечением d.
Общая продольная длина D ИП 1 и поперечные размеры Н плоских спиралей СИН 2, 3 определяются разрешенными габаритами ЭПП 4, в котором устанавливают ИП 1.
БДРН 7 предназначен для формирования распределения амплитуд высокочастотного (в.ч.) тока таким образом, что бы пучность в.ч. тока находилась в центре ИП 1 (точка «б»). Схемы подобных БДРН 7 известны и описаны, например, в патенте RU №2355102, 2009 г.
БНС 8 предназначен для достижения условия полного согласования комплексного сопротивления антенны ZA=RA+jXA с волновым сопротивлением ρ на выходе радиостанции, т.е. выполнения условия
Схема БНС 8 может быть выполнена различным известным способом, например в виде Г-образной или Т-образной схемы, описанных в книге: Антенны, ч. I. Под ред. Муравьева Ю.К. - Л.:, ВКАС, 1963. - С. 536-542. На фиг. 2 показана Г-образная схема.
В качестве KB бортовой радиостанции 9 может быть использован любой выпускаемый промышленностью образец с передатчиком средней (до 1 кВт) выходной мощности.
Промежуточный возбудитель KB антенны ПО 5 работает следующим образом.
Структура цепи, в которой формируется комплексное сопротивление антенной системы ZA=RA+jXA, где RA и ХА - активная и реактивная составляющие, показана на фиг. 2. В свою очередь, значение ZA=RA+jXAZA на зажимах а-а′ цепи, показанной на фиг. 3, определяется выражением
где RK, XK - активная и реактивная составляющие комплексного сопротивления ZK=RK+jXK, вносимого в общий антенный контур корпусом ПО 5. ХИН=ωLИН - реактивное сопротивление каждой из ИН 2, 3; ω=2πf - круговая частота; f - рабочая частота антенны, RП - тепловые потери во всех элементах конструкции антенны.
С учетом емкостного сопротивления XRH=1/ωCPH реактивной нагрузки CPH, подключенной БДРН 7 в общий антенный контур, значение ХА в сечении «а» цепи (см. фиг. 2) принимает вид
Условие (1) полного согласования будет выполняться, если на входе 8.2 БНС 8 (см. фиг. 1) обеспечивается 2ХИН+ХРН=0; RA=ρ. При использовании в БНС 8 высокодобротных емкостных элементов настройки CH и согласования CC (см. фиг. 2), что определяется требованием минимизации тепловых потерь в антенном контуре, должно во всем диапазоне рабочих частот выполняться условие
Реализация этого условия в заявленном устройстве обеспечивается подключением в БДРН 7 емкости CPH соответствующего номинала. Причем благодаря включению в цепь ПВ СИН 2, 3, при фиксированном значении CPH в БДРН 7, условие (4) будет сохраняться в более широком диапазоне частот, определяемом только ограничениями, накладываемыми на электрические параметры и массогабаритные характеристики БНС 8. Кроме того, при заданном общем диапазоне рабочих частот антенны снижается число необходимых переключений в БДРН 7, что повышает его надежность и снижает габариты.
На фиг. 4 приведены результаты сравнительных измерений качества согласования (коэффициента бегущей волны - КБВ) заявленного устройства и прототипа для следующих условий D=100 см; H=30 см; d=4 см, Δ=2 см. С учетом масштабного моделирования (М=1:8) измерения проводились в диапазоне 24-160 МГц. Минимально допустимое значение КБВ=0,4. Промежуточный возбудитель размещался в макете ПО с габаритами: А=100 см, Б=50 см, В=60 см. Экранированное подкрышевое пространство: высотой h=8 см, шириной Б=50 см, длиной А=120 см (см. фиг. 1). Каждый СИН 2, 3 включал по три витка.
Верхняя плоскость ЭПП 4 разделена на три равные части. Причем периферийные части выполнены металлическими, а центральная часть 11 - диэлектрической. Над прямолинейным участком ПВ 1 установлены экранирующие элементы 12 с зазором Δ, увеличивающие трансформаторную связь с корпусом макета ПО 5.
Схема промежуточного возбудителя прототипа при измерениях выполнена аналогично с соблюдением его конструктивной схемы.
Из результатов измерений, приведенных на фиг. 4, следуют выводы:
в измеряемом диапазоне частот для сохранения КБВ≥0,4 число переключений номиналов CPH в БДРН 6 выполнялось семикратно, в прототипе - 9 раз;
при каждом фиксированном номинале CPH диапазон частот Δf3 с согласованием на уровне КБВ≥0,4 у заявленного ПВ 1 в 1,6-1,8 раз шире, чем у прототипа Δfпр.
Полученные результаты подтверждают возможность достижения сформулированного технического результата при использовании заявленного объекта.
1. Промежуточный возбудитель коротковолновой (KB) антенны подвижного объекта (ПО), содержащий индуктивный проводник, размещенный в экранированном подкрышевом пространстве ПО и подключенный одним концом к блоку дискретных реактивных нагрузок, а другим - через блок настройки и согласования к выходу бортовой KB радиостанции, отличающийся тем, что периферийные трети индуктивного проводника, размещенного в подкрышевом пространстве, выполнены в виде сосредоточенных индуктивных нагрузок.
2. Промежуточный возбудитель по п. 1, отличающийся тем, что каждая из сосредоточенных индуктивных нагрузок выполнена в виде плоской спирали, витки которой ориентированы перпендикулярно и симметрично относительно продольной оси симметрии подкрышевого пространства ПО.
3. Промежуточный возбудитель по п. 1, отличающийся тем, что плоскости плоских спиралей установлены параллельно плоскости основания экранированного подкрышевого пространства ПО.
4. Промежуточный возбудитель по п. 1, отличающийся тем, что схемы блока настройки и согласования, а также блока дискретных реактивных нагрузок выполнены на емкостных элементах.
