Результат интеллектуальной деятельности: КОМБИНИРОВАННАЯ СУДОВАЯ "КВАЗИКОЛЛИНЕАРНАЯ" АНТЕННА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах в качестве изотропной в горизонтальной плоскости антенны, при работе с вертикальной поляризацией в системах транспортной, мобильной и стационарной радиосвязи, телевидении и радионавигации, а преимущественно, в судовых автоматических идентификационных системах при одновременной работе УКВ и ГЛОНАСС/GPS радиосистем.

Известна «карусельная» антенна кругового излучения вертикальной поляризации (пат. РФ №2356137, опубл. 20.05.2009), содержащая несколько пар ромбообразных секций фазированной антенной решетки вертикальной поляризации, рефлектор и несколько двухпроводных фидеров. Пары ромбообразных секций соединены между собой и образуют единое замкнутое по окружности полотно. Количество пар ромбообразных секций зигзагообразных структур соответствует условию обеспечения круговой диаграммы направленности. Рефлектор расположен вертикально внутри полотна из ромбообразных секций и представляет собой цилиндр с боковой поверхностью, составленной из вертикальных проводников, расположенных параллельно друг другу.

Недостатками известной антенны на базе зигзагообразных структур при высоком коэффициенте усиления и изотропной диаграмме направленности в горизонтальной плоскости являются относительно большие диаметральные габариты, повышенная сложность конструкции и коммутации активных элементов.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой в качестве изобретения антенне является коллинеарная антенная система полуволновых вибраторов (пат. РФ №2157581, опубл. 10.10.2000), содержащая несущую металлическую трубу, на которой расположены n бикоаксиальных полуволновых вибраторов. Каждое плечо полуволнового вибратора выполнено в виде цилиндра длиной, равной λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот, насаженного на несущую трубу, и соединено в верхней части с несущей металлической трубой. Между центрами вибраторов расстояние по вертикали составляет λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот. В несущей трубе размещен фидер питания. Синфазное питание коммутируется центральной жилой к изолированной нижней части цилиндра верхнего плеча каждого полуволнового вибратора с подключением оплетки к несущей металлической трубе.

Данная антенна вертикальной поляризации, при минимальной неравномерности диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, имеет коэффициент усиления, зависящий от n полуволновых вибраторов, который при n, равной 3, для оптимальной высоты антенны для судов, равной 1,5 λ, составляет 3,5 дБ (ВЕРШКОВ М.В. Судовые антенны. - Л.: Судостроение, 1979, с.171-173, рис.5.6).

Недостатком устройства-прототипа является то, что при улучшенной диаграмме направленности в горизонтальной плоскости и повышенном коэффициенте усиления она как по механической конструкции, так и по электрическому питанию имеет сложные схемы, что в комплексе приводит к затруднению технической эксплуатации.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в упрощении конструкции и электрического питания, не менее сжатой диаграммы направленности в вертикальной плоскости и в комбинировании для совместной работы с антенным устройством системы GPS.

Для достижения указанного технического результата в комбинированной судовой «квазиколлинеарной» антенне автоматической идентификационной системы, содержащей несущую трубу, на которой расположены синфазно возбуждаемые вибраторы, разнесенные друг от друга на расстоянии, равном λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот, вибраторы представляют собой двойную треугольную зигзагообразную структуру вертикальной поляризации и сдвинуты относительно друг друга вокруг оси на угол π/2, несущая труба выполнена в виде двухпроводной симметричной фидерной линии из трубчатых проводников, в одном из которых проложен кабель питания антенны, в другом кабель питания GPS антенны, концы трубчатых проводников электрически соединены, причем трубчатые проводники между вибраторами выполнены гофрированными.

В техническом решении упрощена конструкция антенны за счет использования треугольных зигзагообразных проводниковых структур вибраторов вместо полых коаксиально расположенных на трубе металлических цилиндров со снижением материалоемкости и веса конструкции. А также упростилось и питание антенны с подключением питающего коаксиального кабеля всего в одной точке вместо раздельного подключения каждого полуволнового вибратора с питанием через дополнительное согласующее устройство.

Отличительными признаками предлагаемой комбинированной судовой «квазиколлинеарной» антенны автоматической идентификационной системы от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются следующие:

- вибраторы выполнены в виде двойной треугольной направленной зигзагообразной структуры вертикальной поляризации,

- вибраторы сдвинуты относительно друг друга вокруг оси на угол π/2,

- несущая труба выполнена в виде двухпроводной симметричной фидерной линии из трубчатых проводников для прокладки в одном проводнике питающего коаксиального кабеля антенны, а в другом проводнике кабеля питания для GPS антенны,

-концы трубчатых проводников электрически соединены,

- трубчатые проводники между вибраторами в промежутке разноса по вертикали на λ/2 выполнены гофрированными.

Благодаря наличию этих признаков предлагаемая комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы имеет упрощенную конструкцию, упрощенное электрическое питание и комбинирование с антенным устройством системы GPS, а также, как и прототип, имеет круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и сжатую диаграмму направленности в вертикальной плоскости

Предлагаемая комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.

На фиг.1 схематично изображена предлагаемая комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы, на фиг.2 - диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, на фиг.3 - график изменения коэффициента стоячей волны в рабочем диапазоне частот.

Антенна (фиг.1) содержит синфазно возбуждаемые вибраторы 1 и 2. Вибраторы 1, 2 выполнены в виде двойной треугольной направленной зигзагообразной структуры вертикальной поляризации из образующих стороны проводников, длины которых выбраны равными λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот. Вибраторы 1, 2 разнесены по вертикали на λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот и сдвинуты относительно друг друга вокруг оси на угол π/2. Вибраторы 1, 2 электрически запитаны от несущей двухпроводной симметричной фидерной линии из трубчатых проводников 3 и 4. В проводнике 4 проложен кабель питания антенны от точки 8 крепления антенны до точки 5 подсоединения экрана кабеля (на фиг.1 экран не изображен) к проводнику 4 с коммутацией центральной жилы кабеля питания в точке 6. В проводнике 3 проложен кабель питания GPS антенны от точки 8 до точки 7 подключения GPS антенны. Симметрирование от питающего коаксиального кабеля, проложенного в проводнике 4 с выходом в нижней трети средней части фидерной линии осуществляется коммутацией экрана на проводник 4 в точке 5, а центральной жилы на противоположный проводник 3 в точке 6. Трубчатые проводники 3, 4 между вибраторами 1 и 2 выполнены гофрированными общей протяженностью проводящей поверхности 3λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот. Выполнение проводников 3, 4 между вибраторами 1, 2 гофрированными удлиняет путь тока, что, в свою очередь, обеспечивает сдвиг фаз и, как следствие, круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Над вибратором 1 вверху на расстоянии λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот трубчатые проводники 3 и 4 электрически соединены, а в точке 7 выполнено устройство для крепления GPS антенны и вывода проложенного в проводнике 3 кабеля питания. Под вибратором 2 внизу на расстоянии λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот трубчатые проводники 3 и 4 также электрически соединены, а в точке 8 выполнено устройство для ввода коаксиальных кабелей и крепления антенны к месту установки.

Работает комбинированная судовая «квазиколлинеарная» антенна автоматической идентификационной системы следующим образом.

Подведенная питающая мощность от коаксиального кабеля, проложенного в проводнике 4 с коммутацией экрана и жилы в точках 5 и 6, разветвляется по двухпроводной симметричной фидерной линии, образованной проводниками 3 и 4, к вибраторам 1 и 2. Конструктивное выполнение вибраторов 1 и 2 в виде зигзагообразной структуры обеспечивает коэффициент усиления 3-4 дБ и восьмерочную диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Вибраторы 1 и 2 сдвинуты относительно друг друга вокруг оси на угол π/2, при питании их напряжением со сдвигом фаз на 7 π/2 на их входах суммарно обеспечивают круговую диаграмму направленности с этим же коэффициентом усиления. Средняя часть фидерной линии, выполненная из гофрированных проводников 3 и 4 общей протяженностью проводящей поверхности 3λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот, обеспечивает необходимый сдвиг по фазе на π/2 между питающими напряжениями на входах вибраторов 1 и 2 при увеличенной развязке взаимовлияния вибраторов 1, 2. Разнос вибраторов 1 и 2 на λ/2 средней длины волны рабочего диапазона частот сжимает диаграмму направленности в вертикальной плоскости и увеличивает коэффициент усиления до 4-5 и более дБ (фиг.2). Продление трубчатых проводников за пределы вибраторов вверх и вниз на λ/4 средней длины волны рабочего диапазона частот с электрическим соединением концов обеспечивает возможность крепления GPS антенны и конструкции самой антенны к месту установки. Уменьшены размеры антенны в 1,5 раза по вертикали при соизмеримом, с увеличением на 1,5 дБ, коэффициенте усиления.

Результаты электронного моделирования полностью подтверждают анализ работы комбинированной судовой «квазиколлинеарной» антенны автоматической идентификационной системы, что видно из диаграмм направленности в горизонтальной плоскости и вертикальной плоскости (фиг.2), при невысоком коэффициенте стоячей волны в рабочем диапазоне частот (фиг.3). График, представленный на фиг.3, свидетельствует об отличном качестве согласования, что, в свою очередь, говорит об эффективном использовании энергии.

Создан действующий макет заявляемой в качестве изобретения антенны, который при практических испытаниях полностью подтвердил результаты электронного моделирования.