Совмещенное антенно-фидерное устройство

Полезная модель содержит размещенные в едином радиопрозрачном обтекателе антенное устройство ДВ-СВ-КВ-УКВ - диапазонов, выполненное в виде симметричного вертикального вибратора, длина плеч которого выбрана равной ₀/4, где ₀ - средняя длина волны в УКВ диапазоне, усилитель ДВ-КВ-диапазонов, фильтр ДВ-КВ-СВ-диапазонов, подключенные к выходу антенного устройства ДВ-СВ-КВ-УКВ - диапазонов, и антенну ДЦВ-диапазона спутниковой связи, расположенную соосно над симметричным вертикальным вибратором.

Технический результат - совмещение антенн в единую конструкцию для обеспечения их работы в различных диапазонах частот (2 илл.).

Полезная модель относится к области связных антенн и может быть использована на морских судах и кораблях, а также на обитаемых подводных аппаратах.

В тех случаях, когда на морских судах и кораблях, а также на подводных аппаратах требуется разместить большое количество антенных устройств (АУ) различного назначения, а в возможных местах размещения ощущается недостаток, в проектировании антенной техники используется метод совмещения антенн разного назначения, разного диапазона в единую конструкцию при соблюдении правил электромагнитного совмещения (ЭМС).

Так в патенте США 2408034 кл. 343-728 от 1946 г.описана «Совмещенная антенна», где представлено конструктивное совмещение рамочных антенн и штыревой антенны с противовесом, где противовес предназначенный для увеличения эффективности работы штыревой антенны, выполнен в виде четырех трубок, расположенных под углом 45° по отношению к плоскостям рамок. Такое симметричное расположение противовеса штыревой антенны по отношению к рамочным антеннам является основой для электромагнитного совмещения двух антенн.

В патенте РФ 2372696 от 17.07.2008 «Рамочная антенна» описано конструктивное совмещение двух вертикальных взаимоперпендикулярных рамок с горизонтальной рамкой. ЭМС было достигнуто тем, что горизонтальная рамка была размещена над вертикальными рамками и разделена на четыре равные части симметрично относительно плоскостей вертикальных рамок с разрывами, в которые включены четыре горизонтальных отрезка симметричных линий электрически соединенных между собой последовательно или параллельно.

Прототипом предлагаемой полезной модели выбирается устройство, описанное в патенте РФ 2039399 от 1995 г. «Совмещенное антенное устройство», где было предложено конструктивное совмещение двух антенн различного использования с соблюдением правил ЭМС. Так, верхняя по расположению антенна, имея диаграмму направленности с максимумом в зенит, не влияет на работу другой антенны, расположенной внизу - биконической, которая имеет диаграмму направленности с максимумом вблизи горизонта. Работа этих антенн производится в одном диапазоне и эта узкополостность является недостатком устройства.

Данное конструктивное совмещение двух антенн различного использования (вертикальные рамки работают по вертикально поляризованному полю, горизонтальная рамка работает только по горизонтально поляризованному полю) относится к антеннам одного диапазона.

Для решения задачи совмещения нескольких антенн в единую конструкцию, где антенны работают в различных диапазонах частот, было создано многофункциональное устройство с каналами:

- связной приемный канал ДВ-КВ диапазона;

- приемопередающий канал ближней связи УКВ диапазона;

- канал спутниковой связи ДЦВ диапазона.

Для обеспечения работы указанных каналов использованы следующие антенные устройства:

- Симметричный вертикальный диполь (вибратор), длина плеч которого выбрана равной ₀/4, где ₀ - средняя длина волны в УКВ диапазоне. К выходу вертикального диполя параллельно каналу УКВ диапазона подключены фильтр и усилитель ДВ-КВ диапазона, образуя связной приемный канал ДВ-КВ диапазона;

- Антенное устройство ДЦВ диапазона спутниковой связи, например «Sailor 250 Fleet Broadband», обеспечивающее работу терминала спутниковой связи (INMARSAT BGAN TT3742A Sailor 250).

На фиг.1 показано конструктивное совмещение двух антенн. Симметричный вертикальный вибратор (диполь) (поз.2) закреплен на основании (поз.5), на котором размещен и блок фильтра с усилителем ДВ-КВ диапазона (поз.3). Над верхним плечом вертикального диполя размещается антенное устройство ДЦВ диапазона. Такое размещение антенн (поз.2 и поз.4) отвечает требованиям ЭМС, т.к. в основе работы связных антенных устройств ДВ-КВ и УКВ диапазонов (поз.2) -наличие максимума направленности в вертикальной плоскости вблизи горизонта (см. «Антенно-фидерные устройства», Драбкин Л.А. и Зузенко В.Л., Сов. Радио, Москва 1961 г., стр.247, рис. VIII. 13), а для антенны спутниковой связи ДЦВ диапазона (поз.4) - наличие максимума диаграммы направленности в верхней полусфере (см. «Руководство пользователя» SAILOR 250 FLEET Broadband, стр.IV).

От воздействия внешней среды (например, гидростатического давления и набегающего потока) совмещенное антенное устройство защищено радиопрозрачным обтекателем (поз.1).

Нижняя антенна (поз.2, фиг.1) представляет собой симметричный вертикальный вибратор, и работает в диапазоне ДВ-КВ-УКВ. Для обеспечения независимой работы вибратора 2 в ДВ-КВ диапазоне от работы в УКВ диапазоне к выходу вибратора 2 подключен фильтр и усилитель ДВ-КВ диапазона (поз.3, фиг.1) с образованием приемного канала связи ДВ-КВ диапазона. Оба образованных канала ДВ-КВ и УКВ связи имеют развязку порядка 20 дБ. Оба антенных устройства (поз.2 и поз.4, фиг.1) смонтированы на корпусе совмещенного антенного устройства (поз.5, фиг.1), на который крепится общий обтекатель (поз. 1, фиг.1).

Верхняя антенная система - SAILOR 250 FLEET Broadband (поз.4, фиг.1) - морская спутниковая широкополосная система, обеспечивающая высокоскоростную передачу данных и телефонию через сеть BGAN (Broadband Global Area Network - глобальная широкополосная сеть).

В антенной системе SAILOR 250 (поз.4, фиг.1) используется фазированная антенная решетка дециметрового диапазона волн. Наведение и удержание максимума диаграммы направленности осуществляется автоматизированной системой управления в блоке SAILOR 250.

На фиг.2 представлены результаты измерения уровня сигнала средствами программы Fleet Broadband Launch Pad в совмещенном АУ без обтекателя и с обтекателем, откуда видно, что при установке обтекателя сигнал падает на 2% (с 54% до 52%). Значение этих показателей говорит о том, что совмещение антенн и установленного обтекателя незначительно влияет на работу терминала в целом, и не вносит дополнительных ограничений на его использование по прямому назначению. Скорость соединения, измеренная на сайте http://www.speedtest.net/, составила 0,33 Мбит/с, при допустимой скорости для терминала 0,25 Мбит/с.

В представленной ниже таблице 1 «Зависимость оценки слышимости от уровня сигнала» видно, что совмещенное антенное устройство обеспечивает работоспособность в части приема сигналов на частотах 0,1-60 МГц.

Таблица 1. Зависимость оценки слышимости от уровня сигнала
п/п	Частота МГц	Уровень сигнала дБ/мкВ	Оценка слышимости	п/п	Частота МГц	Уровень сигнала дБ/мкВ	Оценка слышимости
1	0,1000	10	5	28	3,7959	7	2
2	0,1228	15	3	29	3,9986	42	5
3	0,1960	56	5	30	5,0286	21	4
4	0,2620	29	5	31	5,2976	7	3
5	0,4340	27	3	32	5,5653	12	2
6	0,4523	13	2	33	5,7881	57	5
7	0,5519	58	5	34	5,9162	52	4
8	0,5690	24	5	35	6,1208	61	5
9	0,6113	38	5	36	7,1984	16	2
10	0,6262	23	4	37	7,2167	40	5
11	0,6590	28	5	38	7,2533	53	5
12	0,6727	29	5	39	7,7310	36	4
13	0,7624	32	5	40	8,8894	25	3
14	0,8265	34	5	41	9,4203	51	5
15	0,8368	28	5	42	9,5322	55	5
16	0,8706	65	5	43	9,8978	62	5
17	1,0000	33	5	44	11,7590	40	5
18	1,0230	37	5	45	11,8220	42	5
19	1,0488	51	5	46	13,8030	36	5
20	1,1541	35	5	47	15,0820	46	5
21	1,1793	32	5	48	15,5710	25	3
22	1,3794	28	5	49	15,7190	55	5
23	1,5490	25	5	50	17,5330	31	4
24	1,7747	22	5	51	19,0060	21	5
25	1,8944	9	3	52	27,6390	4	5
26	2,1030	16	5	53	56,7500	14,5	4
27	2,3784	8	2

В представленной таблице 2 «Зависимость уровня коэффициента бегущей волны (КБВ) от частоты» показаны результаты функционирования совмещенного антенного устройства в части приема и передачи сигналов УКВ диапазона.

Таблица 2. Зависимость уровня коэффициента бегущей волны (КБВ) от частоты
F,МГц	КБВ	КСВн	F,МГц	КБВ	КСВн
100	0,483	2,07	220	0,592	1,69
105	0,474	2,11	227	0,543	1,84
110	0,529	1,89	240	0,87	1,15
115	0,568	1,76	250	0,775	1,29
120	0,658	1,52	260	0,719	1,39
125	0,649	1,54	270	0,752	1,33
130	0,735	1,36	280	0,645	1,55
135	0,725	1,38	290	0,617	1,62
140	0,667	1,5	300	0,51	1,96
145	0,73	1,37	310	0,602	1,66
150	0,87	1,15	321	0,51	1,96
155	0,885	1,13	330	0,621	1,61
160	0,893	1,12	340	0,885	1,13
165	0,763	1,31	350	0,719	1,39
170	0,645	1,55	360	0,585	1,71
175	0,606	1,65	370	0,617	1,62
			380	0,526	1,9
			390	0,532	1,88
			400	0,571	1,75
Примечание: Измерения проводились с кабелем, затухание которого эквивалентно затуханию в фидерном тракте

Из таблицы 2 видно, что коэффициент стоячей волны (КСВ) не превышает значения 2,1. Этим обеспечивается работоспособность приема и передачи в рабочем диапазоне.

Совмещенное антенно-фидерное устройство, содержащее антенное устройство ДВ-СВ-КВ-УКВ диапазонов, выполненное в виде симметричного вертикального вибратора, длина плеч которого выбрана равной высотой ₀/4, где ₀ - средняя длина волны в УКВ диапазоне, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит усилитель ДВ-КВ диапазонов, фильтр ДВ-СВ-КВ диапазонов, подключенные к выходу антенного устройства ДВ-СВ-КВ-УКВ диапазонов, и антенну ДЦВ диапазона спутниковой связи, антенна ДЦВ диапазона спутниковой связи расположена соосно над симметричным вертикальным вибратором, причем антенное устройство ДВ-СВ-КВ-УКВ диапазонов, антенна ДЦВ диапазона спутниковой связи, усилитель и фильтр размещены в едином радиопрозрачном обтекателе.