Антенна-фильтр с плоской зеркальной приемной поверхностью

Полезная модель «Антенна-фильтр с плоской, зеркальной приемной поверхностью» относится к антенной технике и применима в приемниках эфирного радио, аналогового и цифрового эфирного телевидения, а так же для радиолокации и системах беспроводной связи.

Полезная модель для приема радиоволн (модулированного потока фотонов) является пассивным LC фильтром. Один из входных элементов фильтра имеет магнито-индукционную связь через тонкий диэлектрик с пластиной из тонкого металла с плоской, зеркальной приемной поверхностью имеющей глухие прорези разделяющие пластину на участки для снижения собственной емкости и площадью выбранной из условия необходимого наведенного магнитного потока обусловленного мощностью передатчика и расстоянием от передающей антенны, закрепленная на диэлектрическую подложку.

Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной задачи, является уверенный и качественный прием радиоволн (модулированного потока фотонов) с широкой полосой пропускания в соответствии с расчетными параметрами фильтра. Антенна работает без дополнительных согласующих устройств, поскольку пассивный LC фильтр задает полосу пропускания и одновременно обеспечивает согласование с присоединяемым кабелем.

Настоящее изобретение относится к области радиотехники, более конкретно к антенной технике и применимо в приемниках эфирного радио, аналогового и цифрового эфирного телевидения, а так же для радиолокации и системах беспроводной связи.

В настоящее время приемные антенны устроены в основном по принципу: директор, вибратор, рефлектор. Принцип устройства антенн основан на уравнениях Максвелла.

Новое понимание физики фотона и распространения радиоволн в пространстве доказанное теоретической работой профессора Канарева Ф.М. [1;2] и дополнительно подтвержденные одновременной работой антенн Герца и ЕН-антенн нового типа [3] на одной и той же частоте при этом, не мешая друг другу, что не согласовывается с уравнениями Максвелла. Все это заставляет по-новому подходить к конструкциям антенн. В соответствии с теоретической работой [1.2] носителем радиоволн является модулированный поток фотонов.

Аналогов среди существующих типов антенн нет. Все типы существующих антенн имеют ограниченную полосу приема радиоволн. Конструкции антенн имеют прерывную или периодическую приемную поверхность, а шероховатость поверхности имеет очень низкий класс, что недостаточно в новом понимании физики распространения радиоволн для уверенного и качественного приема радиоволн в заданном, узком или широком диапазоне в соответствии с характеристикой фильтра.

Для решения задачи, получения уверенного и качественного приема радиоволн в заданном, узком или широком диапазоне в соответствии с характеристикой фильтра направлена заявляемая полезная модель «Антенна-фильтр с плоской, зеркальной приемной поверхностью». Заявляемая полезная модель имеет узкую диаграмму направленности и является пассивным LC фильтром с конденсатором на входе который имеет одну обкладку в виде приемной пластины выполненной из тонкого металла с плоской, зеркальной приемной поверхностью закрепленной на диэлектрическую подложку закрывающую торцевые поверхности пластины, с толщиной металла пластины выбранной по максимальному уровню магнитного потока и площадью из условия необходимого магнитного потока.

Техническим результатом обеспечивающим решение поставленной задачи является уверенный и качественный прием радиоволн с заданным, узким или широким диапазоном в соответствии с характеристикой фильтра. Антенна работает без дополнительных согласующих устройств, поскольку пассивный LC фильтр задает полосу пропускания и одновременно обеспечивает согласование с присоединяемым кабелем.

Сущность полезной модели поясняется рисунками, на которых изображено:

На рис.1 Антенна-фильтр с плоской, зеркальной приемной поверхностью; поз.1 пластина из тонкого металла имеет собственную емкость обозначенная С; поз.2 плоская, зеркальная приемная поверхность; поз 3 диэлектрическая подложка закрывающая торцевые поверхности пластины; поз.4 печатная плата фильтра выполненная из фольгированного стеклотекстолита; поз 5 проводник соединяющий обкладку конденсатора с печатной платой фильтра; поз.6 коаксиальный кабель; поз.7 диэлектрический корпус фильтра с крышкой; поз.8 узел крепления антенны к мачте.

Работает полезная модель следующим образом: модулированный поток фотонов от передающей антенны в зоне уверенного приема принимается зеркальной приемной поверхностью антенны и наводит в ней магнитный поток.

Возникает вопрос, что такое модулированный поток фотонов? Из существующего уровня техники это понятие объяснить невозможно. Поэтому обратимся к теоретической работе профессора Канарева Ф.М. [1;2] Для начала поймем, откуда берутся фотоны в передающей антенне. Для этого перейдем к устройству электрона. Из теории Канарева Ф.М. [1;2] электрон представляет собой полый тор, который имеет два вращения: относительно оси симметрии и относительно кольцевой оси тора. Вращением электрона относительно центральной оси управляет кинетический момент - векторная величина. Вращение относительно кольцевой оси тора формирует магнитное поле электрона, а направления магнитных силовых линий этого поля формируют два магнитных полюса:

явно выраженный северный N и неявно выраженный южный S (рис.2). Поэтому в проводнике свободный электрон движется от южного полюса S (+) к северному N (-) (Рис 3)

При любом изменении управляющим напряжением магнитного поля в передающей антенне свободные электроны теряют половину энергии которая удаляясь от электрона сразу же за экваториальной поверхностью, формирует структуру из шести замкнутых друг с другом кольцевых магнитных полей (Рис.4). Малейшее изменение плотности одного из этих полей или малейшая удаленность его от геометрического центра формирует нецентральные силы, которые начинают вращать такую структуру. Возникающая асимметрия между ее полями формирует неустойчивое положение такой структуры, автоматически влекущее ее в прямолинейное движение со скоростью света С, это и есть фотон (Рис 5). После излучения фотона энергия электрона уменьшится за счет изменения его массы. Если вблизи есть фотон с той же массой, то он немедленно поглотит его и восстановит все свои константы. Если же вблизи нет фотона, необходимого для восстановления потерянной массы, то электрон начинает поглощать субстанцию окружающей среды, которую мы называем эфиром.

Таким образом, при любых изменениях магнитного поля в передающей антенне формируется модулированный поток фотонов. Количество и циркулярная поляризация (направление вращения) фотонов определяется суммой функций частот задающего генератора и управляющего сигнала в антенне. При положительном значении суммы функций в передающей антенне формируются поток фотонов с правоциркулярной поляризацией, при отрицательном с левоциркулярной поляризацией (Рис 6). Частота задающего генератора передатчика с наложенной на нее функцией управляющего сигнала и есть модулированный поток фотонов, который мы называем радиочастота. Фотон имеет собственную частоту. Модулированный поток фотонов сформированный в передающей антенне распространяется прямолинейно во всех направлениях по сферическим образующим со скоростью света (Рис.7).

Попадая на приемную поверхность фотоны отражаются, при этом деформируются и поляризуются, проще говоря, формируются в двухполюсный магнит.Правоциркулярные фотоны формируют магнитный момент положительного сигнала, левоциркулярные магнитный момент отрицательного сигнала (Рис.7). Таким образом, радиоволна формирует магнитный поток в приемной пластине и повторяет суммарную функцию сигналов от передающей антенны в приемной пластине.

Выбор плоской поверхности обусловлен тем, что антенна применяется на расстояниях от десятков до тысяч метров от передающей антенны, невозможно выбрать универсальный радиус кривизны соответствующий сферическим образующим, поэтому радиус кривизны аппроксимируется до плоской поверхности, что вносит незначительные искажения в принимаемый сигнал.

Площадь приемной пластины выбирается из условия плотности потока фотонов на единицу площади, с увеличением расстояния от передающей антенны она уменьшается.

Таким образом, площадь приемной поверхности зависит от расстояния до передающей антенны, мощности передатчика, погодных условий и достаточности уровня сигнала для чувствительности приемника за вычетом всех потерь в приемном тракте.

Форма приемной пластины может быть прямоугольной, круглой или иной, но из-за соображений экономии металла прямоугольной или квадратной, поскольку производители поставляют тонкий металл в виде лент или листов прямоугольной формы.

Уровень магнитного потока в приемной пластине антенны зависит от суммы векторов магнитных моментов образованных отраженными фотонами на приемной поверхности антенны. Сумма векторов магнитных моментов напрямую зависит от шероховатости поверхности поскольку, чем хуже шероховатость поверхности, тем больше в векторной сумме слагаемых с косинусом угла (Рис.8). Это приводит к снижению эффективного магнитного потока в приемной пластине конденсатора являющегося входным элементом пассивного LC фильтра и как следствие снижением уровня сигнала в фидере (кабеле) антенны.

Толщина металла приемной пластины при заданной площади выбирается из условия максимального магнитного потока. Экспериментально установлено оптимальная толщина лежит в пределах 0,14-0,18 мм. Это связано с магнитным резонансом в металле.

Диаграмма направленности в вертикальной и горизонтальной плоскости приемной поверхности антенны имеет форму лепестка ромашки (Рис.9) Для устранения боковых лепестков диаграммы направленности торцевые поверхности приемной пластины заделаны диэлектриком. Для приема максимального уровня радиоволны антенна устанавливается в зоне уверенного приема, приемная поверхность ориентируется нормалью к поверхности на передающую антенну.

Приемная пластина используемая как конденсатор в виде одиночной пластины, поскольку носит емкостной характер и имеет собственную емкость, которая может составлять от нескольких пФ до десятков пФ в зависимости от площади всех поверхностей пластины.

Из вышеизложенного следует, что для приема радиоволн эфирного радио, аналогового и цифрового эфирного телевидения, а так же радиолокации и системах беспроводной связи в данной модели используется «Антенна-фильтр с плоской, зеркальной приемной поверхностью» которая имеет узкую диаграмму направленности и является пассивным LC фильтром с конденсатором на входе который имеет одну обкладку в виде приемной пластины выполненной из тонкого металла с плоской, зеркальной приемной поверхностью закрепленной на диэлектрическую подложку закрывающую торцевые поверхности пластины, с толщиной металла пластины выбранной по максимальному уровню магнитного потока и площадью из условия необходимого магнитного потока.

Практическое исполнение полезной модели.

1. Изготовлена опытная модель антенны-фильтра с плоской, зеркальной приемной поверхностью с Т-образным фильтром высокой частоты первого порядка с входным элементом конденсатором. Приемная пластина выполнена из нержавеющей стали с плоской, зеркальной приемной поверхностью марки 0,3Х18Н9 толщиной 0,14 мм с геометрическими размерами 200×200 мм (Рис.1). Подложка ПВХ 2,0 мм. Схема ФВЧ (Рис.10) Технические характеристики;

Диапазон принимаемых частот - 190 мГц-4 гГц. (Рис.11) Верхняя граница полосы пропускания ограничена полосой пропускания коаксиального кабеля SAT 501- не более 4 гГц. Антенна испытана с кабелем длинной 20 метров.

Неравномерность амплитудно-частотной характеристики по всей полосе пропускания не более 0,1 dB, затухание не более - 0,1 dB. (Рис.11)

Уверенный прием телевизионного сигнала без усилителя до 100 км в безоблачную погоду от Останкинского телецентра программ ДМВ эфирного телевидения. Технические характеристики изготовленной модели соответствуют расчетным.

Источники информации:

1. "Как передается информация в пространстве" Канарев Ф.М. http://www.micro-world.su/

2. Канарев Ф.М. Начала физхимии микромира, http://www.micro-world.su/

3. Сайт EH-antenna.net

4. Программа расчета фильтров «RFSim99».

5. Интернет.

Антенна-фильтр с плоской зеркальной приемной поверхностью, характеризующаяся тем, что имеет узкую диаграмму направленности и является пассивным LC фильтром с конденсатором на входе, который имеет одну обкладку в виде приемной пластины, выполненной из тонкого металла с плоской зеркальной приемной поверхностью, закрепленной на диэлектрическую подложку, закрывающую торцевые поверхности пластины, с толщиной металла пластины, выбранной по максимальному уровню магнитного потока, и площадью из условия необходимого магнитного потока.