Комбинированная судовая "квазиколлинеарная" антенна автоматической идентификационной системы

Комбинированная судовая "квазиколлинеарная" антенна автоматической идентификационной системы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах в качестве изотропной в горизонтальной плоскости антенны, при работе с вертикальной поляризацией в системах транспортной, мобильной и стационарной радиосвязи, телевидении и радионавигации, а преимущественно, в судовых автоматических идентификационных системах при одновременной работе УКВ и ГЛОНАСС/GPS радиосистем.

Известна «карусельная» антенна кругового излучения вертикальной поляризации (пат. РФ №2356137, опубл. 20.05.2009), содержащая несколько пар ромбообразных секций фазированной антенной решетки вертикальной поляризации, рефлектор и несколько двухпроводных фидеров. Пары ромбообразных секций соединены между собой и образуют единое замкнутое по окружности полотно. Количество пар ромбообразных секций зигзагообразных структур соответствует условию обеспечения круговой диаграммы направленности. Рефлектор расположен вертикально внутри полотна из ромбообразных секций и представляет собой цилиндр с боковой поверхностью, составленной из вертикальных проводников, расположенных параллельно друг другу.

Недостатками известной антенны на базе зигзагообразных структур при высоком коэффициенте усиления и изотропной диаграмме направленности в горизонтальной плоскости являются относительно большие диаметральные габариты, повышенная сложность конструкции и коммутации активных элементов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой в качестве изобретения антенне является коллинеарная антенная система полуволновых вибраторов (пат. РФ №2157581, опубл. 10.10.2000), содержащая несущую металлическую трубу, на которой расположены n бикоаксиальных полуволновых вибраторов. Каждое плечо полуволнового вибратора выполнено в виде цилиндра длиной, равной λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот, насаженного на несущую трубу, и соединено в верхней части с несущей металлической трубой. Между центрами вибраторов расстояние по вертикали составляет λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот. В несущей трубе размещен фидер питания. Синфазное питание коммутируется центральной жилой к изолированной нижней части цилиндра верхнего плеча каждого полуволнового вибратора с подключением оплетки к несущей металлической трубе.

Данная антенна вертикальной поляризации, при минимальной неравномерности диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, имеет коэффициент усиления, зависящий от n полуволновых вибраторов, который при n, равной 3, для оптимальной высоты антенны для судов, равной 1,5 λ, составляет 3,5 дБ (ВЕРШКОВ М.В. Судовые антенны. - Л.: Судостроение, 1979, с.171-173, рис.5.6).

Недостатком устройства-прототипа является то, что при улучшенной диаграмме направленности в горизонтальной плоскости и повышенном коэффициенте усиления она как по механической конструкции, так и по электрическому питанию имеет сложные схемы, что в комплексе приводит к затруднению технической эксплуатации.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в упрощении конструкции и электрического питания, не менее сжатой диаграммы направленности в вертикальной плоскости и в комбинировании для совместной работы с антенным устройством системы GPS.

Для достижения указанного технического результата в комбинированной судовой «квазиколлинеарной» антенне автоматической идентификационной системы, содержащей несущую трубу, на которой расположены синфазно возбуждаемые вибраторы, разнесенные друг от друга на расстоянии, равном λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот, вибраторы представляют собой двойную треугольную зигзагообразную структуру вертикальной поляризации и сдвинуты относительно друг друга вокруг оси на угол π/2, несущая труба выполнена в виде двухпроводной симметричной фидерной линии из трубчатых проводников, в одном из которых проложен кабель питания антенны, в другом кабель питания GPS антенны, концы трубчатых проводников электрически соединены, причем трубчатые проводники между вибраторами выполнены гофрированными.

В техническом решении упрощена конструкция антенны за счет использования треугольных зигзагообразных проводниковых структур вибраторов вместо полых коаксиально расположенных на трубе металлических цилиндров со снижением материалоемкости и веса конструкции. А также упростилось и питание антенны с подключением питающего коаксиального кабеля всего в одной точке вместо раздельного подключения каждого полуволнового вибратора с питанием через дополнительное согласующее устройство.

Отличительными признаками предлагаемой комбинированной судовой «квазиколлинеарной» антенны автоматической идентификационной системы от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются следующие:

- вибраторы выполнены в виде двойной треугольной направленной зигзагообразной структуры вертикальной поляризации,

- вибраторы сдвинуты относительно друг друга вокруг оси на угол π/2,

- несущая труба выполнена в виде двухпроводной симметричной фидерной линии из трубчатых проводников для прокладки в одном проводнике питающего коаксиального кабеля антенны, а в другом проводнике кабеля питания для GPS антенны,

-концы трубчатых проводников электрически соединены,

- трубчатые проводники между вибраторами в промежутке разноса по вертикали на λ/2 выполнены гофрированными.

Благодаря наличию этих признаков предлагаемая комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы имеет упрощенную конструкцию, упрощенное электрическое питание и комбинирование с антенным устройством системы GPS, а также, как и прототип, имеет круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и сжатую диаграмму направленности в вертикальной плоскости

Предлагаемая комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 схематично изображена предлагаемая комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы, на фиг.2 - диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, на фиг.3 - график изменения коэффициента стоячей волны в рабочем диапазоне частот.

Антенна (фиг.1) содержит синфазно возбуждаемые вибраторы 1 и 2. Вибраторы 1, 2 выполнены в виде двойной треугольной направленной зигзагообразной структуры вертикальной поляризации из образующих стороны проводников, длины которых выбраны равными λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот. Вибраторы 1, 2 разнесены по вертикали на λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот и сдвинуты относительно друг друга вокруг оси на угол π/2. Вибраторы 1, 2 электрически запитаны от несущей двухпроводной симметричной фидерной линии из трубчатых проводников 3 и 4. В проводнике 4 проложен кабель питания антенны от точки 8 крепления антенны до точки 5 подсоединения экрана кабеля (на фиг.1 экран не изображен) к проводнику 4 с коммутацией центральной жилы кабеля питания в точке 6. В проводнике 3 проложен кабель питания GPS антенны от точки 8 до точки 7 подключения GPS антенны. Симметрирование от питающего коаксиального кабеля, проложенного в проводнике 4 с выходом в нижней трети средней части фидерной линии осуществляется коммутацией экрана на проводник 4 в точке 5, а центральной жилы на противоположный проводник 3 в точке 6. Трубчатые проводники 3, 4 между вибраторами 1 и 2 выполнены гофрированными общей протяженностью проводящей поверхности 3λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот. Выполнение проводников 3, 4 между вибраторами 1, 2 гофрированными удлиняет путь тока, что, в свою очередь, обеспечивает сдвиг фаз и, как следствие, круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Над вибратором 1 вверху на расстоянии λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот трубчатые проводники 3 и 4 электрически соединены, а в точке 7 выполнено устройство для крепления GPS антенны и вывода проложенного в проводнике 3 кабеля питания. Под вибратором 2 внизу на расстоянии λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот трубчатые проводники 3 и 4 также электрически соединены, а в точке 8 выполнено устройство для ввода коаксиальных кабелей и крепления антенны к месту установки.

Работает комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы следующим образом.

Подведенная питающая мощность от коаксиального кабеля, проложенного в проводнике 4 с коммутацией экрана и жилы в точках 5 и 6, разветвляется по двухпроводной симметричной фидерной линии, образованной проводниками 3 и 4, к вибраторам 1 и 2. Конструктивное выполнение вибраторов 1 и 2 в виде зигзагообразной структуры обеспечивает коэффициент усиления 3-4 дБ и восьмерочную диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Вибраторы 1 и 2 сдвинуты относительно друг друга вокруг оси на угол π/2, при питании их напряжением со сдвигом фаз на 7 π/2 на их входах суммарно обеспечивают круговую диаграмму направленности с этим же коэффициентом усиления. Средняя часть фидерной линии, выполненная из гофрированных проводников 3 и 4 общей протяженностью проводящей поверхности 3λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот, обеспечивает необходимый сдвиг по фазе на π/2 между питающими напряжениями на входах вибраторов 1 и 2 при увеличенной развязке взаимовлияния вибраторов 1, 2. Разнос вибраторов 1 и 2 на λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот сжимает диаграмму направленности в вертикальной плоскости и увеличивает коэффициент усиления до 4-5 и более дБ (фиг.2). Продление трубчатых проводников за пределы вибраторов вверх и вниз на λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот с электрическим соединением концов обеспечивает возможность крепления GPS антенны и конструкции самой антенны к месту установки. Уменьшены размеры антенны в 1,5 раза по вертикали при соизмеримом, с увеличением на 1,5 дБ, коэффициенте усиления.

Результаты электронного моделирования полностью подтверждают анализ работы комбинированной судовой «квазиколлинеарной» антенны автоматической идентификационной системы, что видно из диаграмм направленности в горизонтальной плоскости и вертикальной плоскости (фиг.2), при невысоком коэффициенте стоячей волны в рабочем диапазоне частот (фиг.3). График, представленный на фиг.3, свидетельствует об отличном качестве согласования, что, в свою очередь, говорит об эффективном использовании энергии.

Создан действующий макет заявляемой в качестве изобретения антенны, который при практических испытаниях полностью подтвердил результаты электронного моделирования.

1. Комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы, содержащая несущую трубу, на которой расположены синфазно возбуждаемые вибраторы, разнесенные друг от друга на расстоянии, равном λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот, отличающаяся тем, что вибраторы представляют собой двойную треугольную зигзагообразную структуру вертикальной поляризации и сдвинуты относительно друг друга вокруг оси на угол π/2, несущая труба выполнена в виде двухпроводной симметричной фидерной линии из трубчатых проводников, в одном из которых проложен кабель питания антенны, в другом кабель питания GPS антенны, концы трубчатых проводников электрически соединены, причем трубчатые проводники между вибраторами выполнены гофрированными.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что длина проводников, образующих двойную треугольную структуру вертикальной поляризации, составляет λ/4 средней длины волны рабочего диапазона волн.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что длина гофрированной части трубчатых проводников составляет 3λ/4 средней длины волны рабочего диапазона волн.

4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что длина трубчатых проводников за пределами вибраторов вверх и вниз равна λ/4 средней длины волны рабочего диапазона волн.