×
10.01.2013
216.012.1a73

ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, и, в частности, заявленная подземная антенна (ПА) может быть использована в качестве приемной или передающей антенны в коротковолновом (KB) или в ультракоротковолновом (УКВ) диапазонах. Техническим результатом от использования ПА является повышение ее эффективности (КПД) и снижение влияния изменений макроскопических параметров среды заложения ПА на ее эффективность. ПА состоит из плоского элемента (ПЭ) в виде ортогональных пар плоских излучателей (ПИ) 1, размещенных компланарно в пределах полупроводящей среды (ППС) с макроскопическими параметрами ε и σ. Внешние концы ПИ 1 электрически соединены с помощью короткозамыкающих проводников к.з. 2. Примыкающие друг к другу концы каждой из пар ПИ 1 с помощью отрезков коаксиального кабеля подключены к фидерным трактам. В ППС выполнен котлован, на дно которого установлен дополнительно металлический экран МЭ. Над МЭ на высоте h закреплен горизонтально ПЭ. Объем котлована между параллельными плоскостями МЭ и ПЭ заполнен грунтом с макроскопическими параметрами ε и σ, а объем котлована между плоскостями ПЭ и границы раздела ППС с воздухом заполнен грунтом с макроскопическими параметрами ε и σ, причем отрезки коаксиальных кабелей установлены вертикально между плоскостями МЭ и ПЭ. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, и, в частности, заявленная подземная антенна (ПА) может быть использована в качестве приемной или передающей антенны в коротковолновом (KB) или в ультракоротковолновом (УКВ) диапазонах.

Известны ПА, используемые в качестве элемента подземной фазированной антенной решетки (ПФАР), например, по патенту RU №2185697, опубл. 20.07.2002 г. Известная антенна представляет собой два плоских проводника, выполненных в виде равносторонних треугольников и подключенных по принципу самодополнительных структур, размещенных в толще земли параллельно границе раздела земля-воздух.

Недостатком известного аналога является невозможность работы в круговом направлении по азимутальной плоскости, связанной с концентрацией максимума характеристики направленности в осевом направлении относительно антенны.

Известна также ПА, используемая в качестве элемента ПФАР по патенту RU №2170997 от 20.07.2001 г. Антенна-аналог состоит из двух ортогональных плоских излучателей с шунтами, установленных параллельно поверхности земли. Для возбуждения (приема) электромагнитной волны в воздухе в заданном направлении один из плоских излучателей коммутируют на вход (выход) приемника (передатчика), за счет чего возможна работа во всей азимутальной плоскости.

Недостатком данного аналога является его низкий КПД при размещении в относительно высокопроводящих грунтах, обусловленный потерями в полупроводящей земле ближней зоны и излучением в нижнюю среду.

Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленной является известная ПА, используемая в качестве элемента ПФАР по патенту RU №2133531, опубл. 20.07.1999 г., МПК H01Q 21/00. Ближайший аналог (прототип) состоит из двух ортогональных пар излучателей, размещенных компланарно в пределах полупроводящей среды или на ее поверхности. Излучатели выполнены в виде четырехугольника, симметричного относительно его продольной оси и с отличающимися углами α и β при вершинах. Каждый излучатель по поперечной оси электрически соединен с соседним, что образует шунт для повышения диапазонности работы ПА. Каждый из ортогональных излучателей подключен к передатчику через коммутирующее устройство, для изменения направления максимального излучения.

Возбуждение электромагнитного поля в верхнем полупространстве (в воздухе) обусловлено наведением токов проводимости на границе раздела земля-воздух вблизи ПА, величина которых зависит от электрических параметров подстилающей поверхности и уменьшается с увеличением удельной проводимости грунта и увеличением глубины заложения ПА.

Недостатком ближайшего аналога является относительно низкая эффективность (коэффициент полезного действия) из-за существенного затухания излученного поля в полупроводящей среде, а также значительное колебание КУ при воздействии метеоосадков, приводящих к изменениям макроскопических параметров среды заложения ПА.

Целью изобретения является разработка подземной антенны, обеспечивающей повышение ее эффективности (КПД) и снижение влияния метеоосадков, приводящих к изменениям макроскопических параметров среды заложения ПА, на ее эффективность.

Заявленная ПА расширяет арсенал средств данного назначения.

Поставленная цель достигается тем, что в известной ПА, содержащей плоский элемент, состоящий из двух ортогональных пар плоских излучателей, размещенных компланарно в пределах полупроводящей среды с макроскопическими параметрами εr1 и σ1, где εr1 - относительная диэлектрическая проницаемость, σ1 - удельная проводимость среды, внешние концы всех излучателей электрически соединены с помощью короткозамыкающих проводников, примыкающие друг к другу концы каждой из ортогональных пар излучателей с помощью отрезков проводников независимо подключены к коаксиальным кабелям фидерного тракта, в полупроводящей среде выполнен котлован, на дно которого установлен дополнительно металлический экран, над которым на высоте h1 закреплен горизонтально плоский элемент. Объем котлована между плоскостями металлического экрана и плоского элемента заполнен грунтом с макроскопическими параметрами εr2 и σ2, а объем котлована между плоскостями плоского элемента и границы раздела полупроводящей среды с воздухом заполнен грунтом с макроскопическими параметрами εr3 и σ3. Отрезки проводников установлены вертикально между плоскостями металлического экрана и плоского элемента.

Металлический экран выполнен сетчатым с размерами квадратных ячеек

где λmin - минимальная длина волны рабочего диапазона волн, , - относительная комплексная диэлектрическая проницаемость грунта между плоским экраном и плоским элементом, j - мнимая единица.

Плоский элемент выполнен в форме окружности диаметром DПЭ, а каждый излучатель выполнен в виде металлической секторной пластины круга диаметром DПЭ и с углом α=(45°÷60°).

Котлован выполнен в форме круглого цилиндра, диаметр основания которого DK выбран из условия DK=(1,2-1,5)DПЭ.

Соотношение модулей относительных комплексных диэлектрических проницаемостей полупроводящей среды и заполняющих грунтов , где λ - длина рабочей волны, выбраны из условия

при ;

при

Длина l каждого излучателя выбрана из условия , где λmax - максимальная длина волны рабочего диапазона волн.

Расстояние h1 между плоскостями металлического экрана и плоского элемента выбрано из условия .

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявленной ПА обеспечивается слабая зависимость эффективности (КПД) антенны от макроскопических параметров среды заложения и повышения эффективности ПА за счет снижения тепловых потерь в нижнем полупространстве.

Заявленная ПА поясняется чертежами, на которых показано:

на фиг.1 - вид подземной антенны в плане;

на фиг.2 - вид подземной антенны в вертикальном разрезе;

на фиг.3 - схемы подключения фидерного тракта;

на фиг.4 - результаты расчета относительного выигрыша по эффективности заявленной антенны в сравнении с прототипом.

Заявленная ПА, показанная на фиг.1, состоит из плоского элемента, содержащего две пары ортогональных излучателей 1 (на фиг.1 заштрихованы). Каждый излучатель выполнен в виде металлической секторной пластины (МСП) с углом α в круге диаметром DПЭ. В частности МСП может быть выполнена со сплошной или сетчатой поверхностью. Внешние концы излучателей 1 соединены между собой короткозамыкающими проводниками 2. Внутренние концы каждой из пар ортогональных излучателей 1-1 и 1'-1' подключены к верхним концам проводников соответственно 5-5 и 5'-5' (см. фиг.3 узел А). В каждой из пар проводников 5-5 и 5'-5' один из них подключен к центральному проводнику коаксиальным кабелем 6(6'), а другим - к его экранной оболочке (см. фиг.3, узел Б, точки с-k и с'-k'). Подключение излучателя к выходу передатчика (входу приемника) осуществляют с помощью коммутирующего устройства (на фиг.3 не показано). Пары проводников 5-5 и 5'-5' могут быть выполнены из коаксиального радиочастотного кабеля без экранной оболочки. Марку кабеля выбирают исходя из требуемой электрической прочности.

Плоский элемент помещен аксиально в цилиндрический котлован 7 диаметром DK. На дно котлована 7 установлен металлический экран 4, который может быть выполнен различным образом, например сетчатым с квадратной ячейкой размера dmax (см. фиг.1). Излучатели 1 закреплены компланарно относительно металлического экрана на высоте h1, например, при помощи опорных стоек 3, выполненных из диэлектрика. Проводники 5 установлены вертикально между плоскостями металлического экрана 4 и плоского элемента. Объем котлована 7 между параллельными плоскостями металлического экрана 4 и плоского элемента заполнен грунтом 8 с макроскопическими параметрами εr2 и σ2, а объем котлована 7 между плоскостями плоского элемента и границы раздела полупроводящей среды с воздухом заполнен грунтом 9 с макроскопическими параметрами εr3 и σ3.

Геометрические размеры всех элементов заявленной ПА выбирают исходя из требуемого рабочего диапазона длин волн λmin÷λmax и макроскопических параметров среды заложения εr1 и σ1 по следующим соотношениям, определяемых экспериментально:

;

DK=(1,2-1,5)DПЭ;

при ;

при

- длина плеча излучателя 1;

Высоту h2 грунта 9 выбирают исходя из требуемой устойчивости ПА к вибрационным и ударным нагрузкам, в пределах h2=(1-1,5) м.

Заявленная ПА работает следующим образом. При подаче возбуждающего напряжения от передатчика по фидерам 6, 6' к точкам питания с-k (c'-k') соответствующей пары излучателей 1-1 (1'-1') на их поверхности возбуждаются токи проводимости. Вторая пара излучателей 1'-1' (1-1), подключенных короткозамыкающими проводниками 2 к внешним концам возбуждаемой пары излучателей, выполняет роль распределенного шунта. Таким образом, заявленная ПА представляет собой симметричный шунтовой вибратор, что обеспечивает работу радиолинии в диапазоне частот с коэффициентом перекрытия не менее 4-х.

Электромагнитное поле (ЭМП), возбуждаемое токами проводимости, протекающими по поверхности излучателей, распространяется в верхнее и нижнее полупространства относительно плоскости плоского элемента.

ЭМП, излученное в заполнитель с макроскопическими параметрами εr2 и σ2, отражается от металлического экрана 4 и складывается с ЭМП, распространяющимся в верхнее полупространство. Требуемые параметры εr2, σ2 среды заполнения пространства между плоскостями металлического экрана и плоским элементом, а также расстояние h1 между ними, обеспечивают разность фаз между отраженным ЭМП и распространяющимся в верхнее полупространство, кратную 2π, т.е. синфазность полей в среде с параметрами εr3, σ3, и, следовательно, увеличивают КУ ПА.

Суммарное ЭМП, падающее на границу раздела земля-воздух, возбуждает в воздухе вторичное ЭМП с вертикальной относительно границы раздела компонентой электрического поля. Величина вертикальной составляющей вектора напряженности электрического поля в воздухе вблизи поверхности земли обратно пропорциональна .Таким образом, использование грунта с макроскопическими параметрами εr3 и σ3, при выполнении неравенства , также будет увеличивать КПД заявленной ПА.

Правомерность теоретических рассуждений о возможности достижения технического результата проверена с помощью машинного моделирования и сравнительной численной оценки коэффициентов усиления (КУ) заявленной антенны и прототипа. При этом вычисления проводились для трех различных типов грунта с параметрами εr1=5 и σ1=10-2, 10-3, 10-4 См/м, а геометрические размеры заявленной ПА и прототипа выбраны идентичными и равными l=3 м, α=60°, h2=0,5 м. Электрические и геометрические пaрaметры грунтов заявленной ПА выбраны: εr2=7, εr3=10, σ2=10-5 См/м, σ3=10-4 См/м, h1=0,2 м при σ1=10-2 См/м; εr2r3=4, σ23=10-4 См/м, h1=0,3 м при σ1=10-3, 10-4 См/м. Результаты расчетов коэффициентов усиления сравниваемых образцов представлены на фиг.4,а, из которых следует: для высокопроводящих грунтов выигрыш составил 9-13 дБ, среднепроводящих - 4-7 дБ, а низкопроводящих - до 2 дБ.

Макроскопические параметры грунта заложения ПА εr1 и σ1 могут изменяться под воздействием метеоосадков, изменение удельной проводимости грунта может варьироваться в пределах одного-двух порядков. На фиг.4,б представлены значения коэффициента усиления заявленной ПА и прототипа относительно изотропного излучателя при изменении удельной проводимости грунта заложения от σ1=10-2 См/м до σ1=10-3 См/м. Изменение коэффициента усиления прототипа составляет порядка 5-6 дБ, а заявленной ПА - не более 1,5 дБ.

Таким образом, полученные результаты подтвердили возможность достижения указанного технического результата при использовании заявленной ПА, т.е. возможность повышения ее эффективности (КПД и КУ) и снижение влияния изменения макроскопических параметров на эффективность антенны.


ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
ПОДЗЕМНАЯ АНТЕННА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 24 items.
27.02.2013
№216.012.2c8a

Способ обнаружения сглаженных блоков электронного изображения с использованием вейвлет преобразования

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано для проверки подлинности электронных изображений. Техническим результатом является повышение вероятности обнаружения сглаженных блоков электронного изображения, образующихся при его преднамеренной фальсификации. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476929
Дата охранного документа: 27.02.2013
20.03.2013
№216.012.3044

Способ обнаружения модификации электронного изображения (варианты)

Изобретение относится к области электросвязи, а именно к информационным технологиям и, в частности, к способам проверки подлинности электронных изображений. Техническим результатом заявляемых решений является повышение вероятности обнаружения модификации электронного изображения. Двухмерное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477891
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.350d

Магистральная линия связи

Изобретение относится к технике связи, а именно к устройству, и может быть использовано в кабельных и воздушных линиях связи. Техническим результатом является разработка магистральной линии связи, требующей меньших экономических затрат на ее установку, в которой при заданном количестве каналов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479124
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.05.2013
№216.012.4551

Способ поляризационной адаптации коротковолновых радиолиний, работающих ионосферными волнами (варианты)

Изобретения относятся к области радиосвязи, а именно к коротковолновым (KB) радиолиниям, использующим отраженные от ионосферы радиоволны, и, в частности, к радиолиниям, обеспечивающим более устойчивую работу в условиях поляризационных замираний сигнала в точке приема, обусловленных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483322
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.06.2013
№216.012.4a24

Бортовая декаметровая антенна подвижного объекта

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к бортовым декаметровым антеннам (БДМА) подвижных объектов (ПО). Техническим результатом является повышение КПД бортовой декаметровой антенны за счет более эффективного участия в излучении металлического корпуса подвижного объекта. Бортовая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484560
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.07.2014
№216.012.df76

Тестер уровня инновационного интеллекта личности

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам, используемым для психологических измерений интеллекта. Техническим результатом является повышение оперативности тестирования сложного конструкта инновационного интеллекта личности. Тестер состоит из блоков: управления 1,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522992
Дата охранного документа: 20.07.2014
10.12.2014
№216.013.0eb0

Коническая ультракоротковолновая антенна

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями. Технический результат - формирование равномерной диаграммы направленности в меридиональной плоскости и снижение электрических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535177
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.12.2014
№216.013.0eb1

Ненаправленная широкополосная антенна

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с широкополосными радиостанциями. Технический результат - расширение рабочего диапазона путем обеспечения функционирования антенны в диапазоне низких частот....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535178
Дата охранного документа: 10.12.2014
10.01.2015
№216.013.1d39

Диапазонный ультракоротковолновый вибратор

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве приемной и/или передающей УКВ антенны совместно с широкодиапазонными УКВ радиостанциями. Технический результат - возможность формирования неискаженной формы диаграммы направленности (ДН) и уменьшение электрических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538909
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.26fa

Устройство определения ролевой функции участника творческого коллектива

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к устройствам психологического моделирования действий лиц, вовлеченных в практически важные ситуации. Техническим результатом от использования заявленного устройства является повышение оперативности оценки характеристик испытуемых....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541431
Дата охранного документа: 10.02.2015
Showing 1-4 of 4 items.
20.04.2013
№216.012.381f

Способ автоматического обнаружения узкополосных сигналов

Изобретение относится к области обнаружения узкополосных радиосигналов в условиях априорной неопределенности и может быть использовано на линиях радиосвязи, работающих в условиях воздействия аддитивных шумов. Технический результат - повышение достоверности принятия решения о наличии полезного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479920
Дата охранного документа: 20.04.2013
27.04.2013
№216.012.3bec

Способ автоматического обнаружения сигналов

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам обнаружения сигналов. Техническим результатом является расширение области применения для обнаружения кратковременных одиночных сигналов в условиях априорной неопределенности о времени их излучения в аддитивных шумах высокой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480901
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.06.2013
№216.012.4e8e

Способ обнаружения сигналов без несущей

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиоконтроля, работающих в условиях аддитивных шумов высокой интенсивности. Технический результат - возможность обнаружения кратковременных одиночных сигналов без несущей. Принятый и оцифрованный сигнал делят на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485692
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.04.2015
№216.013.45c0

Демодулятор сигналов с относительной фазовой модуляцией

Изобретение относится к области приема цифровых сигналов, передаваемых методом относительной фазовой модуляции (ОФМ), и может быть использовано для построения устройств демодуляции. Технический результат заключается в снижении ошибок, возникающих в результате воздействия помех, за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549360
Дата охранного документа: 27.04.2015
+ добавить свой РИД