Щелевая антенна
Изобретение относится к антенной технике, а именно к антенно-фидерным устройствам метрового и дециметрового диапазонов длин волн, и служит для повышения надежности систем приземной радиосвязи в условиях сложной помеховой обстановки и чрезвычайных природно-климатических условиях. Техническим результатом является расширение диапазонных свойств в условиях сложной помеховой обстановки, а также повышение механической надежности конструкции антенны в чрезвычайных условиях эксплуатации. Технический результат достигается тем, что в новой конструкции логопериодической антенны в качестве активных и пассивных вибраторов применены клиновидные щелевые излучатели V-образного вида с окружностями на заостренных концах, геометрические размеры которых рассчитываются исходя из применяемых участков диапазона метровых и дециметровых волн, а в экранах - металлических оплетках и диэлектрических слоях кабелей собирательной линии антенны выполнены кольцевые разрезы для подключения экранов - металлических оплеток кабелей собирательной линии с правых и левых сторон соответствующих окружностей щелевых излучателей V-образного вида для обеспечения их возбуждения, при этом клиновидные щелевые излучатели антенны прорезаны в трапециевидной металлической крышке эндовибратора. 3 ил.
Предлагаемое изобретение относится к антенной технике, а именно к антенно-фидерным устройствам метрового и дециметрового диапазонов длин волн и может быть использовано в целях повышения надежности систем приземной радиосвязи в условиях сложной помеховой обстановки и чрезвычайных природно-климатических условиях.
Известны широкополосные антенны метрового и дециметрового диапазонов длин волн, именуемые как логопериодические вибраторные антенны, предназначаемые для обеспечения надежной приземной радиосвязи, размещаемые на стационарных и выдвижных опорах /1, 2/. Так, логопериодическая вибраторная антенна, показанная на фигуре 1, содержит 6 активных вибраторов и два пассивных вибратора, подключаемые попеременно через отверстия в экранной металлической оболочке - оплетке и диэлектрической прослойке к центральному проводу кабеля симметричной собирательной линии, и также непосредственно к экранной оболочке кабеля в симметричной кабельной собирательной линии из двух аксиальных кабелей. Здесь в начале антенны центральный провод кабеля соединен с экранной оболочкой кабеля металлической перемычкой. Кроме того, устанавливается металлическая перемычка в конце антенны на расстоянии 1/8 максимальной длины волны диапазона антенны.
Однако данная антенна не удовлетворяет требованиям по своим основным электрическим характеристикам при увеличении используемого частотного диапазона в условиях интенсивного воздействия групповых радиопомех, а также необходимой физической надежности конструкции антенны в чрезвычайных условиях эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является логопериодическая антенна /3/,отличающаяся от антенны /1/ V- образной формой симметричных вибраторов, позволяющих повысить коэффициент усиления антенны на 2 дБ для каждого вибратора. Подобно предыдущей антенне, эта антенна имеет 6 активных вибраторов и два пассивных вибратора, но имеющих уже V- образную форму. Но в отличие от предыдущей антенны здесь V-образные вибраторы через отверстия в кабельных экранах и в диэлектрике присоединяются уже только к центральным проводам кабелей собирательной линии. Последнее обеспечивается также установкой двух перемычек в верхней части антенны.
В целях устранения указанных выше недостатков в новой конструкции логопериодической антенны излучающая часть размещается в плоскости раздела двух сред «воздух - земля». При этом, с учетом подходов, изложенных в /4/, все излучатели прорезаны в трапециевидной металлической крышке эндовибратора и имеют особую линейную клиновидную щелевую форму с окружностью на заостренном конце. Кроме того, используется симметричная кабельная собирательная линия с кольцевыми разрезами в диэлектрике и металлическом экране - оплетке, длины которых совпадают с диаметрами окружностей клиновидных щелевых излучателей, ортогональными к продольной оси клиновидного щелевого излучателя.
Таким образом, в новой конструкции логопериодической антенны в качестве активных и пассивных вибраторов применены особые клиновидные щелевые излучатели, в которых поперечные размеры кольцевых разрезов кабельной собирательной линии являются местами возбуждения щелей, прорезанных в трапециевидной металлической крышке эндовибратора.
В целях изоляции от земли и среднего уровня сейсмических нагрузок металлический эндовибратор, глубиной в один метр, полностью заполняется пеноэпоксидом. При высоком уровне сейсмических нагрузок эндовибратор заполняется полимербетоном марки ФАЭД. От температурных нагрузок и дождя антенна сверху на 10 см прикрывается слоем термостойкого пеноэпоксида. Вместе с тем, в случае ожидаемых максимальных сейсмонагрузок пеноэпоксид в эндовибраторе будет заменятся на брикеты из высокопрочного бетона с проливкой стыков битумокровельной мастикой.
Заявляемое устройство отличается от прототипа наличием линейных клиновидных щелевых излучателей с окружностями на заостренных концах с новым способом подключения к излучателям питающих кабелей собирательной линии в конструкции антенны и эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии технических решений критерию «новизна».
8 тоже время как признаки, отличающие технические решения от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемым техническим решениям соответствие критерию «существенные отличия».
На фигуре 1 показана логопериодическая вибраторная антенна, содержащая 6 активных вибраторов 1 - 6 и два пассивных вибратора 7 и 8, подключаемые попеременно через отверстие в экранной оболочке и полиэтилене-диэлектрике к центральному проводу кабеля 9 собирательной линии, и также непосредственно к экранной оболочке кабеля 10 в симметричной кабельной собирательной линии из двух аксиальных кабелей 9 и 10. Здесь в начале антенны центральный провод кабеля 9 соединен с экранной оболочкой кабеля 10 металлической перемычкой 12. Кроме того, металлическая перемычка 11 устанавливается также на конце антенны на расстоянии 1/8 максимальной длины волны диапазона антенны.
На фигуре 2 приведена конструкция логопериодической антенны, принятая в качестве прототипа с использованием 6 активных вибраторов 1-6 и двух пассивных вибратора 7 и 8 вибраторов V-образного вида. В антенне V-образные вибраторы подключены к центральным проводам кабелей 9 и 10 симметричной собирательной линии внутри круглых отверстий в экранах и диэлектрике. В начале антенны центральные проводы кабелей 9 и 10 соединены перемычкой 12, а их экранные оболочки соединены металлической перемычкой 13. Также металлическая перемычка 11 экранных оболочек кабелей устанавливается в конце антенны на расстоянии 1/8 максимальной длины волны диапазона антенны.
На фигуре 3 показана новая конструкция широкополосной антенны с логопериодической структурой, расположенной в плоскости раздела двух сред «воздух - земля», которая состоит из вырезанных в трапециевидной металлической крышке 15 эндовибратора 6 активных 1-6 и двух пассивных 7 и 8 щелевых V-образных излучателей вытянутой клиновидной формы с заканчивающимися на заостренных концах окружностями, центральные провода 9 и 10 кабелей и их экранные оболочки, образующих симметричную собирательную линию, размещаются под металлической крышкой эндовибратора. В начале антенны центральные проводы кабелей 9 и 10 соединены перемычкой 12, а их экранные оболочки соединены металлической перемычкой 13. Также металлическая перемычка 11 устанавливается на конце антенны на расстоянии 1/8 максимальной длины волны диапазона антенны. При этом позиция 13 - одно из мест подключения кольцевых разрезов экранной оболочки левого кабеля симметричной собирательной линии к соответствующим щелевым излучателям, а позиция 14 - одно из мест подключения кольцевых разрезов экранной оболочки правого кабеля симметричной собирательной линии к соответствующим щелевым излучателям. Сам же металлический эндовибратор, размещенный под металлической крышкой, глубиной один метр, полностью заполняется пеноэпоксидом, а при сейсмоперегрузках - высокопрочным бетоном.
Техническими результатами являются расширение диапазонных свойств в условиях сложной помеховой обстановки, а также повышение механической надежности конструкции антенны в чрезвычайных условиях эксплуатации.
Указанные технические результаты могут быть использованы при выполнении комплекса мероприятий радиоэлектронной защиты в ходе воздействия групповых радиоэлектронных помех различного происхождения на вход антенны, а также разработке высокозащищенных антенно-фидерных устройств.
Новая конструкция широкополосной логопериодической антенны, включающая в себя щелевые излучатели V-образной формы с окружностями на концах на выбранном участке диапазонов метрового и дециметрового диапазонов длин волн 100-1000 МГц, работает следующим образом.
При подключении передатчика к входу несимметричного фидера высокочастотная энергия распространяется по нему и входит в левый кабель симметричной собирательной линии, имеющий кольцевые разрезы в экране и диэлектрике, и возбуждает левую половину щелевых излучателей антенны. При наличии перемычек между двумя кабелями симметричной собирательной линии появляется возможность посредством кольцевых разрезов в экране и диэлектрике во втором кабеле возбуждать щелевые клиновидные излучатели правой половины антенны.
Проведенные исследования и испытания показали, что предложенная конструкция новой логопериодической антенны обеспечивает расширение диапазонных свойств и, как следствие, - увеличение коэффициента усиления антенны, а также необходимую физическую надежность.
Таким образом, поставленная цель - разработка новой антенны, позволяющей расширить диапазонные свойства и повысить надежность в чрезвычайных условиях эксплуатации, достигнута.
Технико-экономический эффект, обусловленный применением предложенной конструкции антенны, заключается в возможности повышения эффективности выполнения поставленных технических задач в условиях воздействия различных отрицательных факторов как естественного природного, так и искусственного происхождения.
Величина технико-экономического эффекта зависит от способов организации связи в системах приземной радиосвязи различного назначения.
Источники информации:
1. Фидельман В.Е. Патент Российской Федерации на изобретение «Логопериодическая вибраторная антенна», №2189676, опубл. 20.09.2002. Бюл. №26.
2. Антропов Д.А., Перфилов О.Ю., Фидельман В.Е. Разработка новых видов логопериодических вибраторных антенн с улучшенными техническими характеристиками // Антенны. - 2018. №9 (253). С. 16 - 20.
3. Петров Б.М., Костромитин Г.И., Горемыкин Е.В. Логопериодические вибраторные антенны. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005.
4. Войтович Н.И., Клыгач Д.С., Репин Н.Н. Патент Российской Федерации на изобретение «Широкополосная турникетная антенна», №2401492, опубл. 10.10. 2010. Бюл. №28.
Широкополосная логопериодическая антенна метрового и дециметрового диапазонов длин радиоволн, состоящая из двух радиочастотных кабелей симметричной собирательной линии с металлическими перемычками в верхней и нижней частях антенны, отличающаяся тем, что в антенне в качестве активных и пассивных вибраторов логопериодической структуры применены клиновидные щелевые излучатели V-образного вида, заканчивающиеся на заостренных концах окружностями, геометрические размеры которых рассчитываются исходя из применяемых участков диапазонов длин радиоволн, при этом клиновидные щелевые излучатели антенны прорезаны в трапециевидной металлической крышке эндовибратора, а металлический эндовибратор, размещенный под металлической крышкой, глубиной один метр, полностью заполнен пеноэпоксидом для средних сейсмических нагрузок или высокопрочным бетоном для сейсмоперегрузок, а в экранах - металлических оплетках и диэлектрических слоях кабелей собирательной линии антенны выполнены кольцевые разрезы для подключения экранов - металлических оплеток кабелей собирательной линии с правых и левых сторон к соответствующим окружностям клиновидных щелевых излучателей V-образного вида для их возбуждения, при этом конструкция антенны сверху на 10 см прикрыта слоем термостойкого пеноэпоксида.
