Промежуточный возбудитель невыступающей коротковолновой передающей антенны подвижного объекта

Промежуточный возбудитель невыступающей коротковолновой передающей антенны подвижного объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и предназначено для использования в составе невыступающей передающей коротковолновой (KB) антенны подвижного объекта (ПО), в которой металлизированный корпус ПО входит в общую излучающую антенну.

Известны промежуточные возбудители (ПВ), входящие составной частью в передающую антенную систему, в которой корпус ПО является также излучателем.

Так, в книге Виноградов Б.А. и др. Радиочастотная служба и антенные устройства. - Л.: ВАС. 1982 г. - С. 113-114 описан ПВ невыступающей KB антенны ПО. ПВ установлен в подкрышевом экранированном пространстве ПО непосредственно у раскрыва щели, вырезанной в металлической крыше кузова ПО.

ПВ выполнен в виде многовитковой рамки с возможностью изменения числа ее витков путем их замыкания на корпусе ПО.

Вход ПВ подключен к блоку настройки и согласования (БНС), который в свою очередь подключен к выходу бортовой невыступающей KB радиопередатчика.

Недостатком известного аналога является слабая трансформаторная связь с корпусом объекта, что снижает общий коэффициент усиления (КУ) антенной системы в целом.

Известен также ПВ в составе бортовой KB передающей антенны ПО по патенту РФ №2484560, МПК H01Q 9/00, опубл. 10.06.2013.

Известный аналог выполнен в виде изогнутого в вертикальной плоскости проводника, установленного вдоль продольной оси симметрии в экранированном подкрышевом пространстве (ЭПП) ПО. Один конец возбудителя подключен к БНС, а второй - к блоку дискретных реактивных нагрузок (БДРН).

Недостатком данного аналога является узкая полоса частот, при которой на входе БНС сохраняется индуктивный характер реактивной составляющей сопротивления возбудителя, что исключает дальнейшую настройку и согласование антенны с помощью высокодобротных емкостных элементов, обеспечивающих приемлемый КПД антенного контура.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по своей технической сущности к заявленному является ПВ невыступающей KB передающей антенны по патенту РФ №2556446, МПК H01Q 9/00 (2006/01), опубл. 16.06.2015.

ПВ - прототип - выполнен в виде двух параллельно включенных вертикальных Π-образных проводников, установленных параллельно боковым металлизированным поверхностям ПО. Вертикальные части Π-образных элементов установлены вне экранированного внутреннего объема ПО. Горизонтальные части Π-образных элементов расположены в пределах ЭПП ПО. Нижние концы вертикальных частей Π-образных элементов попарно соединены между собой и одна пара подключена к БДРН, а вторая через БНС - к выходу бортового радиопередатчика.

Недостатком прототипа является относительно низкая эффективность (коэффициент усиления - КУ) в силу слабой трансформаторной связи ПВ с корпусом ПО.

Дополнительное снижение КУ обусловлено также высокими тепловыми потерями в проводниках ПВ.

Целью изобретения является разработка промежуточного возбудителя невыступающей KB передающей антенны ПО, обеспечивающего эффективность, антенны за счет усиления трансформаторной связи с корпусом ПО и снижения тепловых потерь в металлических элементах ПВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном ПВ KB невыступающей передающей антенны ПО, содержащей индуктивный проводник в виде пары параллельно включенных Π-образных элементов, вертикальные части которых установлены параллельно боковым металлизированным поверхностям ПО вне его экранированного внутреннего объема, а горизонтальные части Π-образных элементов размещены в пределах ЭПП ПО, нижние концы Π-образных элементов соединены попарно между собой и одна пара подключена к БДРН, а вторая через БНС - к выходу бортового KB передатчика, причем горизонтальные части П-образных элементов объединены и электрически соединены друг с другом. Объединенные горизонтальные части установлены вдоль продольной оси симметрии ЭПП ПО. Периферийные трети объединенных горизонтальных частей выполнены в виде плавных переходов, подключенных к вершинам соответствующих пар вертикальных частей Π-образных элементов, размещенных вне ЭПП ПО.

Каждый из плавных переходов выполнен в виде экспоненциального трансформатора.

Указанная новая совокупность существенных признаков благодаря снижению плотности высокочастотного (в.ч.) тока в плавных переходах обеспечивает снижение в них тепловых потерь. Одновременно в центральной части ПВ сохраняется высокая плотность в.ч. токов и, следовательно высокий уровень трансформаторной связи с корпусом ПО. Отмеченное указывает на возможность достижения сформулированного технического результата - повышения эффективности антенной системы в целом.

Заявленное устройство поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг. 1 - общий вид ПВ невыступающей КВ передающей антенны ПО;

на фиг. 2 - три проекции ПВ, установленного на ПО;

на фиг. 3 - электрическая цепь полного антенного контура;

на фиг. 4 - составляющие комплексного сопротивления Z_A антенной системы;

на фиг. 5 - рисунок, поясняющий функцию плавного перехода;

на фиг. 6 - результаты сравнительных экспериментальных измерений эффективности антенны ПО.

Промежуточный возбудитель невыступающей КВ передающей антенны ПО, показанный на фиг. 1, состоит из двух пар 1′-1 и 2′-2 вертикальных частей Π-образных элементов, горизонтальные части которых объединены как механически, так и электрически и установлены вдоль продольной оси (ось 0′-0) симметрии в пределах объема ЭПП 4 По 5. Вертикальные части 1, 2 и 1′, 2′ установлены параллельно соответствующим боковым металлизированным поверхностям ПО вне его экранированного внутреннего объема. Нижние концы вертикальных частей 1, 1′ соединены друг с другом с помощью дополнительных проводников 8, 8′ и подключены к выходу БНС 6, вход которого подключен к выходу бортового КВ радиопередатчика 7 (см. также фиг. 2). Нижние концы второй пары вертикальных частей 2, 2′ с помощью дополнительных проводников 9, 9′ соединены друг с другом и подключены к входу БДРН 10.

Периферийные трети объединенных горизонтальных частей 3 выполнены в виде плавных переходов 11 и 12. К верхним концам пар вертикальных частей 1, 1′ и 2, 2′ подключены низкоомные входы соответственного плавного перехода 11 и 12 (точка «a»-«a′» и точки «б»-«б′» на фиг. 1), высокоомные выходы которых подключены к прямолинейному проводнику 3 ПВ (точки «c»-«c′»). Высота h ЭПП и размеры D, L элементов ПВ определяются разрешенными по конструктивным соображениям габаритами ЭПП 4 и общими размерами А, Б, В ПО 5. В любом случае необходимо стремиться, чтобы ПВ использовал максимально возможный объем ЭПП 4. ПВ в экранированном подкрышевом пространстве 4 установлен на высоте h/2 вдоль его продольной оси.

БДРН 10 предназначен для формирования распределения амплитуд высокочастотного (в. ч.) тока таким образом, чтобы его пучность находилась в центре прямолинейного участка 3 ПВ. Схемы подобных БДНР 7 известны и описаны, например, в патенте РФ №2355102, 2009 г.

БНС 6 предназначен для достижения условия полного согласования комплексного сопротивления Z_A=R_A+jX_A с волновым сопротивлением ρ на выходе радиопередатчика, т.е. выполнения условия:

Схема БНС 6 может быть реализована различным известным способом, например, в виде Г-образной или Τ-образной схемы, описанной в книге: Антенны. Ч. 1. Под. ред. Муравьева Ю.К. - Л.: ВКАС, 1963. - С 536-542.

В качестве бортового КВ радиопередатчика 7 может быть использован любой выпускаемый промышленностью радиопередатчик средней выходной мощностью (до 1 кВт).

Промежуточный возбудитель КВ передающей антенны ПО работает следующим образом.

Структура цепи, в которой формируется (в цепи а-а′) комплексное сопротивление антенной системы Z_A=R_A+jX_A, где R_A, X_A - активная и реактивные составляющие, показана на фиг. 3. В свою очередь значение Z_A на зажимах а-а′ цепи, показанной на фиг. 4, определяется выражением:

где R_K и X_K - активная и реактивная составляющие комплексного сопротивления, вносимого корпусом ПО 5 в общий антенный контур, К_T - коэффициент трансформации, обусловленный плавными переходами 11, 12, ωL_B - индуктивное сопротивление каждой из пар 1-1′ и 2-2′ вертикальных частей Π-образных элементов.

Плавные переходы 11, 12 выполнены в виде экспоненциальных трансформаторов с изменяющимся по экспоненциальному закону значением волнового сопротивления ρ(x) вдоль продольной координаты x (см. фиг. 5).

Плавные переходы 11, 12 выполняют две функции:

Во-первых, обеспечивают согласование относительно низкоомного волнового сопротивления ρ₁ ПВ в точках «а»-«а′» с более высоким волновым сопротивлением ρ₂ ПВ в точках «с», «с′».

Порядок расчета параметров плавного перехода в виде экспоненциального трансформатора при заданных его характеристиках: L, ρ(«а»), ρ(«с») известен и описан, например, в книге: Антенны. Ч.1. Под ред. Ю.К. Муравьева. - Л.: ВКАС, 1963. - с. 572.

На участках, где установлены плавные переходы 11, 12, плотность тока повышается от сечения в точках «а»-«а′» до сечения в точках «с»-«с′». Следовательно, рассматривая общие тепловые потери при протекании в.ч. тока по плавному переходу 11 и 12, они окажутся существенно меньшими, чем при протекании в.ч. тока по одиночному проводнику в средней части ПВ между точками «с»-«с′».

В то же время плотность в.ч. тока в сечении, где установлен зазор Δ, должна быть возможно большей для достижения наибольшей трансформаторной связи ПВ с корпусом ПО. Эти два противоречивых требования одновременно удовлетворяются введением плавных переходов 11, 12.

На фиг. 6 приведены результаты сравнительных измерений эффективности невыступающих передающих КВ, антенны ПО, в составе которых использованы заявленный ПВ и прототип. Условия измерений следующие: D=100 см; Η=30 см; d=4 см; Δ=2 см. С учетом масштабного моделирования (М=1:8) измерения проводились в диапазоне 24-160 МГц.

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=8 см; длиной А=120 см (см. фиг. 1, 2). Протяженность L плавных переходов 11, 12 L=40 см. Верхняя часть ЭПП 4 разделена на три равные части. Периферийные части выполнены металлическими, а средняя часть - диэлектрической. Над прямолинейным участком ПВ установлены экранирующие элементы 3 с зазором Δ=2 см.

Схема прототипа при измерениях выполнена аналогично с соблюдением его конструктивной схемы.

Из представленных измерений (фиг. 6) следует вывод о том, что в диапазоне измерений коэффициент усиления невыступающей передающей KB антенны ПО, в которой использован заявленный промежуточный возбудитель, выше на 1,5-3 дБ по сравнению с использованием промежуточного возбудителя - прототипа.

Полученные результаты подтверждают возможность достижения сформулированного технического результата при использовании заявленного устройства.

1. Промежуточный возбудитель невыступающей коротковолновой (KB) передающей антенны подвижного объекта (ПО), содержащий индуктивный проводник в виде пары параллельно включенных П-образных элементов, вертикальные части которых установлены параллельно боковым металлизированным поверхностям ПО вне его экранированного внутреннего объема, а горизонтальные части П-образных элементов размещены в пределах экранированного подкрышевого пространства ПО, нижние концы вертикальных частей П-образных элементов соединены попарно между собой, и одна пара подключена к блоку дискретных реактивных нагрузок, а вторая через блок настройки и согласования - к выходу бортового KB передатчика, отличающийся тем, что горизонтальные части П-образных элементов объединены и электрически соединены друг с другом и установлены вдоль продольной оси симметрии экранированного подкрышевого пространства ПО, а их периферийные трети выполнены в виде плавных переходов, подключенных к вершинам соответствующих пар вертикальных частей П-образных элементов, размещенных вне экранированного подкрышевого пространства ПО.

2. Промежуточный возбудитель по п. 1, отличающийся тем, что каждый из плавных переходов выполнен в виде экспоненциального трансформатора.