Широкополосная активная приемная антенна

Полезная модель относится к широкополосным активным антеннам СВ, КВ диапазонов частот и предназначенным для использования в стационарных условиях (крышах зданий, аэропортах, радиоцентрах), а так же на подвижных объектах (автомобилях, судах) как самостоятельно, так и в составе фазированных антенных решеток. В основу полезной модели положена задача создания широкополосной активной приемной антенны, характеризующейся повышенной помехозащищенностью в условиях воздействия совокупности сосредоточенных по спектру помех в УКВ, ДЦВ диапазонах частот, за счет выполнения антенного элемента (вибратора) из углепластиковой трубки с проводником в ее внутренней полости и включения между вибратором и входом усилителя частотно-зависимого двухполюсника, состоящего из последовательно соединенных L и K элементов. Решение поставленной задачи повышения помехозащищенности от воздействия мощных сигналов в УКВ, ДЦВ диапазонах частот достигается тем, что в вибраторе, выполненном из угепластиковой трубки, сигнал с ростом частоты затухает по экспоненциальному закону, т.е. чем выше частота, тем меньше сигнал. Для дополнительного подавления сигнала помехи, между вибратором и входом усилителя последовательно включен частотно-зависимый двухполюсник состоящий из последовательно соединенных L и K элементов, выполняющий роль фильтра нижних частот (ФНЧ). Выбором L и K элементов двухполюсника, с учетом входного сопротивления вибратора, достигается преимущественное подавление сигнала помехи на входе усилителя в диапазонах частот УКВ, ДЦВ и незначительное ослабление полезного сигнала в СВ, КВ диапазонах частот, там, где уровень помех радиоспектра минимален.

Полезная модель относится к широкополосным активным антеннам СВ, КВ диапазонов частот и предназначенным для использования в стационарных условиях (крышах зданий, аэропортах, радиоцентрах), а так же на подвижных объектах (автомобилях, судах) как самостоятельно, так и в составе фазированных антенных решеток.

Техническим результатом полезной модели является повышение помехозащищенности широкополосной активной приемной антенны по отношению к наиболее мощным помехам УКВ, ДЦВ диапазонов частот (УКВ вещание, телевидение, ДЦВ мобильная связь).

Известна широкополосная активная приемная антенна показанная на Фиг. 4 описания изобретения к патенту РФ 2000101687/09 содержащая электрически короткий антенный элемент (вибратор) 1, схему защиты усилителя 2, несимметричный инвертирующий усилитель 3, вход которого непосредственно подключен к антенному элементу 1, при этом выход усилителя 3 является выходом антенны, а между ее выходом и входом этого усилителя 3 включен частотно-зависимый двухполюсник в виде RLC - последовательного колебательного контура 5, причем последовательно с реактивными элементом отрицательной обратной связи 4 введена цепочка 6 из параллельно соединенных КС элементов. Введенный частотно - зависимый двухполюсник 5 увеличивает глубину отрицательной обратной связи (ООС) усилителя 3 в диапазоне частот мощных вещательных станций ДВ, СВ диапазонов, что приводит к требуемому ухудшению чувствительности в областях сосредоточенных низкочастотных мощных помех за счет схемы из элементов 5 и 6 и практически не ухудшают чувствительности приемного тракта в остальной части радиоспектра КВ, УКВ, ДЦВ диапазонов частот. На Фиг. 1 описания изобретения к указанному патенту, показано распределение энергонасыщенности помех по земному шару, где особенно выделяются участки радиовещания ДВ, СВ и УКВ, ДЦВ диапазонов частот (УКВ вещание, телевидение, мобильная связь), в которых уровни помех на 80 дБ и более выше уровней помех остальных участков радиоспектра. Включенные цепи 5 и 6, реализующие увеличение частотно-зависимой глубины отрицательной обратной связи (ООС), в области мощных помех ДВ, СВ диапазонов частот не оказывают влияния на ее увеличение в остальной части КВ радиоспектра, где уровни внешних шумов, как правило малы по сравнению с полезным сигналом.

Недостатком этой антенны, взятой за прототип, является то, что в ней не решены задачи повышения помехозащищенности в диапазоне частот УКВ, ДЦВ радиоспектра, где уровни помех могут превышать на 80 дБ уровни помех остальных участков КВ диапазона частот (см. Фиг 1 патента). Этот недостаток, ограничивающий ее применение, особенно ощутим в городских условиях и в условиях эксплуатации на судах, где ведется интенсивная работа УКВ, ДЦВ передающих радиостанций.

Сигналы УКВ, ДЦВ радиостанций воздействуя на электронные элементы антенны - схему защиты 2, усилитель 3 порождают дополнительно нелинейные помехи, которые ухудшают качество приема. Превышая динамический диапазон (ДД аа) активной антенны, эти помехи взаимодействуя, как между собой внутри одного диапазона частот, так и между частотами различных диапазонов порождают множество интермодуляционных помех. Ухудшение приема активной антенны принятой за прототип происходит, в первую очередь, из-за интермодуляции мощной помехи с совокупностью помех создаваемых УКВ, ДЦВ радиостанциями. Качество приема при воздействии мощных сигналов УКВ, ДЦВ диапазонов ухудшается еще и потому, что в таких антеннах в качестве антенных элементов обычно используют вибраторы длиной 40-100 см, являющимися электрически короткими по сравнению с длиной волны в СВ, КВ диапазонах и соизмеримыми с длиной волны в УКВ, ДЦВ диапазонах частот. Таким образом, с ростом частоты на выходе вибратора 1 увеличивается уровень сигнала УКВ, ДЦВ помехи, который тем больше, чем ближе длина вибратора к собственной резонансной частоте. В широкополосной активной приемной антенне принятой за прототип (патент 2000101687/09) никаких мер по подавлению мощных УКВ, ДЦВ сигналов не принято и они напрямую воздействуют на вход усилителя 3. Глубина ООС создаваемая элементами 4,5,6 на частотах УКВ, ДЦВ диапазонов остается практически неизменной из-за шунтирования цепочки 5 и резистора R_оос в цепочке 6 емкостями C_ос и C_оос цепочек 4 и 6, функционально не предназначенных для подавления мощных УКВ, ДЦВ помех.

Недостатки присущие широкополосной активной приемной антенне взятой за прототип устраняются в предлагаемой полезной модели.

В основу полезной модели (Фиг. 1 настоящего описания) положена задача создания широкополосной активной приемной антенны, характеризующейся повышенной помехозащищенностью в условиях воздействия совокупности сосредоточенных по спектру помех в УКВ, ДЦВ диапазонах частот, за счет выполнения антенного элемента (вибратора) 1 из углепластика и включения между вибратором и входом усилителя 3 частотно-зависимого двухполюсника 7, состоящего из последовательно соединенных L и K. элементов. Решение поставленной задачи повышения помехозащищенности от воздействия мощных сигналов в УКВ, ДЦВ диапазонах достигается тем, что вибратор 1 антенны выполнен из углепластика, имеющего активную проводимость зависящую от частоты (чем выше частота, тем меньше проводимость). Поэтому в таком вибраторе сигнал с ростом частоты затухает по экспоненциальному закону, т.е. чем выше частота, тем меньше сигнал поступающий на вход усилителя. Однако, понижения сигнала в вибраторе 1 недостаточно, так как вместе с ростом частоты УКВ, ДЦВ спектров, вибратор короткий (длина 40-100 см) по сравнению с длиной волны в СВ, КВ диапазонах частот, становится соизмеримым с длиной волны УКВ, ДЦВ диапазонов частот, что приводит к нежелательному увеличению сигнала, воздействующего на вход антенного усилителя 3, поэтому для его дополнительного подавления между вибратором 1 и входом усилителя 3 включен частотно-зависимый двухполюсник 7 состоящий из последовательно соединенных L и K элементов, имеющий в СВ, КВ диапазонах частот малое активное сопротивление и максимальное комплексное значение сопротивления на частотах УКВ, ДЦВ диапазонов, чем и достигается требуемое подавление мощных УКВ, ДЦВ помех, воздействующих на схему защиты 2 и вход усилителя 3. Техническим результатом полезной модели является повышение помехозащищенности широкополосной активной приемной антенны по отношению к наиболее мощным помехам УКВ, ДЦВ диапазонов частот создаваемых УКВ вещанием, телевидением, мобильной радиотелефонной связью и судовыми радиостанциями. Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от схемы известной широкополосной активной приемной антенны (патент 2000101687/09) в предложенной схеме полезной модели представленной на Фиг. 1 настоящего описания, между вибратором 1, схемой защиты 2 и входом усилителя 3 дополнительно включен частотно-зависимый двухполюсник 7, состоящий из последовательно соединенных L_п и R _п элементов, а антенный элемент (вибратор) 1 выполнен из углепластиковой трубки 8 с металлическим проводником 9 расположенным внутри ее полости (Фиг. 2).

Полезная модель широкополосной активной приемной антенны показана на Фиг. 1 и состоит из электрически короткого антенного элемента (вибратора) 1 выполненного из углепластиковой трубки 8 с проводником 9 расположенным внутри ее полости, схемы защиты 2, усилителя 3, реактивного элемента C_ос 4, параллельной КС цепочки 6, частотно-зависимого двухполюсника в виде последовательного RLC колебательного контура 5 и дополнительно включенного между вибратором 1 и усилителем 3 частотно-зависимого двухполюсника 7, состоящего из последовательно соединенных индуктивности L_п и резистора R_п.

Полезная модель широкополосной активной приемной антенны работает следующим образом.

Напряжение создаваемое в коротком вибраторе 1 под воздействием внешнего электромагнитного поля полезного сигнала и помехи передается через дополнительную включенную последовательно L_пR_п цепь на схему защиты 2 и далее на вход усилителя 3. Напряжение на входе короткого вибратора зависит от длины волны и тем оно больше, чем больше соотношение L/, где L - длина вибратора, а - длина волн полезного сигнала и помех. В СВ, КВ диапазонах частот вибратор (L=100 см) мал по сравнению с длиной волны 0,1 и поэтому развиваемое напряжение на его выходе, пропорциональное его действующей длине, мало изменяется в указанном диапазоне частот. На частотах УКВ, ДЦВ диапазонов соотношение L/_max и L/_min, например, на частотах f_min=100 МГц и f_max=1000 МГц соответственно составляют 0,33 и 3,3. Поэтому напряжения развиваемые на входе усилителя 3, пропорциональные действующей длине вибратора 1, при равных напряженностях электромгнитного поля помех в СВ, КВ и УКВ, ДЦВ диапазонах частот могут отличаться более чем на порядок соответственно.

Учитывая недопустимость воздействия мощной помехи УКВ, ДЦВ диапазонов на электронные элементы усилителя 3 между выходом вибратора 1, схемой защиты 2 и входом усилителя 3 последовательно включена L_пR_п цепь 7, а вибратор 1 выполнен из углепластиковой трубки 8, внутри полости которой размещен металлический проводник 9, электрически соединенный с ней в верхней и нижней частях вибратора 1. Трубка 8 установлена на изоляторе из стеклопластиковой трубы 10, внутри которой размещен усилитель 3. Такая конструкция вибратора адекватна покрытию внутреннего проводника поглощающим частотно-зависимым материалом (углепластиком) затухание электромагнитной энергии в котором, тем сильнее, чем выше частота, причем затухание происходит приблизительно по экспоненциальному закону. Таким образом, из-за потерь в углепластике, коэффициент усиления такого вибратора на высоких частотах ниже чем у металлического и падает с ростом частоты, что приводит к уменьшению напряжения УКВ, ДЦВ помех на входе усилителя 3. Понижение коэффициента усиления такого вибратора при работе в СВ, КВ диапазонах, в условиях большого уровня внешних радиопомех, не определяет соотношения уровня полезного сигнала к уровню помех и поэтому, такое техническое решение по построению вибратора с использованием углепластиковой трубки 8 вполне оправдано. Далее, частично ослабленный сигнал УКВ, ДЦВ помехи, но все еще имеющий большой уровень из-за больших размеров вибратора, попадает на схему защиты 2 и далее на вход усилителя 3 через цепочку 7 из последовательно соединенных L_п R_п элементов.

Соотношение L_п и R_п элементов в последовательной цепи выбирается таким, что бы в СВ, КВ диапазонах частот ее сопротивление было минимальным, а в УКВ, ДЦВ диапазонах частот максимальным, т.е. чтобы она выполняла роль фильтра нижних частот (ФНЧ) пропускающий без потерь сигналы ДВ, СВ, КВ диапазонов частот и задерживающий сигналы в УКВ, ДЦВ диапазонах частот при соответствующей величине элементов L_п и R_п с учетом входного сопротивления вибратора 1. Проведенные эксперименты показали, что сигналы УКВ, ДЦВ диапазонов частот могут быть подавлены в среднем на 8-20 дБ, что позволяет снизить интермодуляционные помехи на входе усилителя 3 в КВ диапазоне частот, в среднем, на 14-40 дБ. Таким образом, достигается преимущественное подавление сигнала помехи на входе усилителя 3 в диапазонах частот УКВ, ДЦВ и незначительное ослабление полезного сигнала в СВ, КВ диапазонах частот, там, где уровень помех радиоспектра минимален. Кроме того, включение такого двухполюсника, позволяет поднять допустимый уровень блокирующего наведенного напряжения на усилитель 3 при близком расположении приемных и передающих антенн в условиях подвижных объектов, а так же, как показала практика, повысить устойчивость работы усилителя на верхних частотах радиоспектра. Из-за существенного повышения помехозащищенности, предложенная широкополосная активная приемная антенна, может эксплуатироваться в сложной помеховой обстановке в том числе, в стационарных условиях больших городов, в аэропортах, приемных радиоцентрах, а также на подвижных средствах (автомобилях, морских судах).

Широкополосная приемная активная антенна, содержащая электрически короткий вибратор, несимметричный инвертирующий усилитель, вход которого подключен к вибратору, схему защиты усилителя от перенапряжений, подключенную параллельно входу усилителя и непосредственно к выходу вибратора, частотно-зависимый двухполюсник, включенный в цепь обратной связи усилителя, отличающаяся тем, что электрически короткий вибратор выполнен из углепластиковой трубки, во внутренней полости которой расположен проводник, имеющий с ней контакты на нижнем и верхнем ее концах, при этом выход вибратора подключен к входу усилителя через частотно-зависимый двухполюсник, выполненный в виде последовательно соединенных LR-элементов, а схема защиты включена между указанным частотно-зависимым двухполюсником и усилителем.