Устройство широкополосного согласования антенны с передатчиком
Устройство широкополосного согласования антенны с передатчиком
Полезная модель относится к области радиотехники и может найти применение для согласования передающих и приемных антенн радиосвязи, радиовещания, телевидения, телеметрии и согласования каскадов приемно-передающей аппаратуры.
Технический результат изобретения заключается в снижении коэффициента стоячей волны до 2-2,5 в диапазоне частот без дополнительных потерь на согласование.
Устройство широкополосного согласования антенны с передатчиком содержит двухлинейный направленный ответвитель, вход и выход первичной линии которого соединены с фидерами соответственно для подключения передатчика и антенны, вторичная линия двухлинейного направленного ответвителя выполнена на входе короткозамкнутой, а на выходе разомкнутой, для этого использованы соответственно заглушка и инверсная заглушка, длина вторичной линии двухлинейного направленного ответвителя выбирается в пределах от 0,02 
п до 0,15 п где п длина волны передатчика, а электромагнитная связь вторичной линии двухлинейного направленного ответвителя с первичной линией установлена в пределах от минус 3 дБ до минус 1 дБ.
Полезная модель относится к области радиотехники и может найти применение для согласования передающих и приемных антенн радиосвязи, радиовещания, телевидения, телеметрии и согласования каскадов приемно-передающей аппаратуры.
Известно устройство согласования антенны с усилителем мощности, содержащее N реле и блок управления, N отрезков коаксиального кабеля дискретно-переменной длины, а также N двухпроводных линий управления и N линий готовности, при этом в качестве реле использованы электромагнитные высокочастотные реле с контактными группами на коммутацию и на переключение, причем контактные группы на коммутацию, соединяющие посредством коаксиального кабеля реле между собой, с усилителем мощности и с антенной, подключены к отрезкам коаксиального кабеля дискретно-переменной длины, а контактные группы на переключение подключены посредством двухпроводных линий управления и линий готовности к блоку управления (RU 31082, Н03Н 7/40, 05.12.2002).
Недостатком данного устройства согласования антенны с усилителем мощности является узкая полоса частот согласования и недостаточная надежность устройства из-за наличия механических реле.
Известно также устройство согласования антенны, представляющее собой ступенчатый переход в виде трансформатора, который применяется для соединения линий с различным волновым сопротивлением и устранения возникающего при этом рассогласования (Г.З.Айзенберг и др., Коротковолновые антенны, Москва, «Радио и связь», 1985 г., с.31, 37). Трансформатор в устройстве выполняется в виде ряда последовательных отрезков линий одинаковой длины с различными волновыми сопротивлениями. Один из вариантов трансформатора представляет собой четвертьволновый трансформатор, состоящий из одной ступени, длина которой равна четверти длины волны, а волновое сопротивление равно среднему геометрическому соединяемых линий.
Недостатком данного устройства согласования антенны является узкая полоса частот. При согласовании в диапазоне частот необходимо применение нескольких ступеней, что приводит к увеличению размеров трансформатора. При согласовании комплексных нагрузок необходимо создание дополнительного ступенчатого перехода для преобразования комплексного сопротивления нагрузок в активное сопротивление в диапазоне частот с дальнейшей трансформацией, что значительно усложняет конструкцию согласующего устройства.
Известно также устройство согласования антенны на связанных линиях, представляющий собой направленный ответвитель, включаемый в фидерный тракт передающей антенны, таким образом, чтобы отраженная волна гасилась в балластном сопротивлении ответвителя (Труды НИИР, 
2, 1968 г. Н.Б.Аблин «К расчету систем питания антенн с направленными ответвителями»). Недостатком данного устройства является большие потери мощности в балластном сопротивлении.
Наиболее близким техническим решением является устройство широкополосного согласования антенны с передатчиком, выход которого соединен с входом антенного фидера, выход которого соединен с входом первичной линии двухлинейного направленного ответвителя, выход первичной линии двухлинейного направленного ответвителя подключен к антенне, а выход нерабочего плеча вторичной линии нагружается на согласованную поглощающую нагрузку (Сборник трудов Гос. НИИ Министерства связи СССР, 1966 г., выпуск 4 (44), А.А.Рябков, «Матрицы рассеяния несогласованного направленного ответвителя с волной ТЕМ»). При подключении к рабочему плечу вторичной линии согласованной нагрузки или нагрузки идентичной согласуемой отраженные волны складываются синфазно в поглощающей нагрузке и противофазно на входе четвертьволнового направленного ответвителя. Недостатком данного устройства широкополосного согласования антенны является уменьшение коэффициента полезного действия фидерной системы более чем на 50% из-за большой связи между линиями направленного ответвителя при необходимости значительного подавления отраженной волны и увеличение коэффициента стоячей волны.
Технический результат полезной модели заключается в снижении коэффициента стоячей волны до 2-2,5 в диапазоне частот без дополнительных потерь на согласование.
Технический результат достигается тем, что в устройстве широкополосного согласования антенны с передатчиком, содержащем двухлинейный направленный ответвитель, вход и выход первичной линии которого соединены с фидерами соответственно для подключения передатчика и антенны, согласно предложению вторичная линия двухлинейного направленного ответвителя выполнена на входе короткозамкнутой, а на выходе разомкнутой, при этом длина вторичной линии двухлинейного направленного ответвителя (lо) выбирается в пределах от 0,02 п до 0,15 п, где п длина волны передатчика, а электромагнитная связь вторичной линии двухлинейного направленного ответвителя с первичной линией установлена в пределах от минус 3 дБ до минус 1 дБ.
На чертеже (Рисунок 1) представлена схема устройства широкополосного согласования антенны с передатчиком.
Устройство широкополосного согласования антенны 1 с передатчиком 2 содержит двухлинейный направленный ответвитель 3, вход и выход первичной линии которого соединены с фидерами 4 и 5 соответственно для подключения передатчика 2 и антенны 1, вторичная линия двухлинейного направленного ответвителя 1 выполнена на входе короткозамкнутой, а на выходе разомкнутой, для этого использованы соответственно заглушка 6 и инверсная заглушка 7, длина вторичной линии двухлинейного направленного ответвителя 1о выбирается в пределах от 0,02 п до 0,15 п, где п длина волны передатчика, а электромагнитная связь (k) вторичной линии двухлинейного направленного ответвителя с первичной линией установлена в пределах от минус 3 дБ до минус 1 дБ.
Устройство широкополосного согласования антенны с передатчиком реализуется следующим образом.
Коэффициент отражения Рвх на входе направленного ответвителя может быть представлен выражением:
где:
=2
/
- длина волны,
k - коэффициент связи (k=P 1/P0),
P1 - ответвленная мощность,
P0 - подводимая мощность,
е - основание натурального логарифма,
i - мнимая единица,
l0 - длина вторичной линии двухлинейного направленного ответвителя,
Pmin - коэффициент отражения в узле питающей линии (Pmin<0).
Эффект широкополосного согласования достигается за счет векторного несинфазного сложения в первичной линии электрических волн - отраженных нагрузкой и внесенных вторичной линией направленного ответвителя.
Расчеты, приведенные в Трудах НИИР, 2, 1968 г. Н.Б.Аблин «К расчету систем питания антенн с направленными ответвителями» показали, что в результате многократных отражений энергии от несогласованных входов связанной с фидером линии коэффициент стоячей волны в фидере уменьшается на 10-20% в 5-7 кратном диапазоне частот. Согласование антенны с фидером улучшается при уменьшении рабочего диапазона.
Расчет коэффициента отражения антенного фидера (р4) с включенным направленным ответвителем рассчитывается по следующей формуле:
p1 - коэффициент отражения на входе вторичной линии направленного ответвителя (p1=Uотр1 /Uпад1 на входе вторичной линии направленного ответвителя; Uотр1 - напряжение отраженной волны в рассматриваемой точке, Uпад1 - напряжение падающей волны в рассматриваемой точке);
р2 - коэффициент отражения на выходе первичной линии направленного ответвителя (p2= Uотр2/Uпад2 ; Uотр2 - напряжение отраженной волны в рассматриваемой точке на выходе НО, Uпад2 - напряжение падающей волны в рассматриваемой точке);
р31 - коэффициент отражения на выходе вторичной линии направленного ответвителя (p31= U отр31/ Uпад31; Uотр31 - напряжение отраженной волны в рассматриваемой точке, Uпад31 - напряжение падающей волны в рассматриваемой точке).
Расчет входного сопротивления антенного фидера Z рассчитывается по следующей формуле:
W - волновое сопротивление фидера;
р4 - коэффициент отражения на выходе передатчика.
Результирующий коэффициент стоячей волны антенного фидера на выходе передатчика рассчитывается по следующей формуле:
р4 - коэффициент отражения на выходе передатчика.
Результаты расчета коэффициента стоячей волны приведены в таблице для 50-омного фидера с направленным ответвителем длиной 2 метра при коэффициенте связи k=0,8. В таблице обозначены: - длина волны частоты передатчика, КСВ2 - коэффициент стоячей волны в фидере без использования направленного ответвителя.
| Таблица | ||||
| , мКСВ2 | КСВ | |||
| 2,5 | 1,67 | 1,25 | 1,0 | |
| 200 | 2,46 | 1,64 | 1,23 | 1,02 |
| 150 | 2,4 | 1,62 | 1,22 | 1,03 |
| 100 | 2,35 | 1,57 | 1,18 | 1,06 |
| 80 | 2,28 | 1,5 | 1,14 | 1,1 |
| 75 | 2,26 | 1,51 | 1,13 | 1,1 |
| 60 | 2,15 | 1,44 | 1,11 | 1,2 |
| 50 | 2,06 | 1,39 | 1,15 | 1,3 |
Технический результат изобретения заключается в снижении коэффициента стоячей волны в диапазоне частот без дополнительных потерь на согласование.
Устройство широкополосного согласования антенны с передатчиком, содержащее двухлинейный направленный ответвитель, вход и выход первичной линии которого соединены с фидерами соответственно для подключения передатчика и антенны, отличающееся тем, что вторичная линия двухлинейного направленного ответвителя выполнена на входе короткозамкнутой, а на выходе разомкнутой, при этом длина вторичной линии двухлинейного направленного ответвителя выбирается в пределах от 0,02 п до 0,15 п, где п длина волны передатчика, а электромагнитная связь вторичной линии двухлинейного направленного ответвителя с первичной линией установлена в пределах от минус 3 дБ до минус 1 дБ.
