RU2254647C2 - Directional medium-frequency antenna - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering; transmitting antennas for synchronous radio broadcast in medium-frequency band.

SUBSTANCE: proposed directional medium-frequency antenna characterized in narrow directivity pattern has at least two rigid vertical components in the form of metal masts or towers grounded at their base. Vertical and longitudinal wire components are introduced to reduce metal input, vertical ones being suspended from rigid vertical radiating components by means of longitudinal wire components whereto respective vertical wire components are attached to form electric contact; longitudinal wire components connected to different vertical components are joined together by means of insulators; bottom end of vertical wire component disposed near one of extreme rigid vertical radiating components is connected to signal source and bottom ends of remaining vertical wire components are grounded.

EFFECT: reduced metal input of antenna.

1 cl, 4 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено, в частности, для использования в качестве передающей антенны в сетях синхронного радиовещания в диапазоне средних волн.The invention relates to radio engineering and is intended, in particular, for use as a transmitting antenna in synchronous broadcasting networks in the medium wavelength range.

Известны средневолновые направленные антенны, содержащие по крайней мере два жестких вертикальных излучающих элемента в виде металлических мачт или башен [1,2].Known medium-wave directional antennas containing at least two rigid vertical radiating elements in the form of metal masts or towers [1,2].

В этих известных антеннах вертикальные излучающие элементы изолированы от земли, для чего они установлены на опорных изоляторах, что дорого при сооружении и увеличивает трудоемкость при эксплуатации.In these known antennas, the vertical radiating elements are isolated from the ground, for which they are mounted on supporting insulators, which is expensive during construction and increases the complexity of operation.

Известна направленная средневолновая антенна, содержащая по крайней мере два жестких вертикальных излучающих элемента в виде металлических мачт или башен, заземленных у основания [3] (прототип).Known directional medium-wave antenna containing at least two rigid vertical radiating elements in the form of metal masts or towers, grounded at the base [3] (prototype).

Если требуется узкая диаграмма направленности, известная антенна получается металлоемкой и дорогой, т.к. в этом случае она должна содержать много жестких вертикальных излучающих элементов.If a narrow radiation pattern is required, the known antenna is metal-consuming and expensive, because in this case, it should contain many rigid vertical radiating elements.

Предлагаемым изобретением решается задача уменьшения металлоемкости направленной средневолновой антенны.The present invention solves the problem of reducing the metal intensity of the directional medium-wave antenna.

Для достижения этого технического результата в известную направленную средневолновую антенну, содержащую по крайней мере два жестких вертикальных излучающих элемента в виде металлических мачт или башен, заземленных у основания, введены вертикальные проволочные элементы и продольные проволочные элементы, причем вертикальные проволочные элементы подвешены к жестким вертикальным излучающим элементам посредством продольных проволочных элементов, к которым соответствующие вертикальные проволочные элементы прикреплены с образованием электрического контакта, а продольные проволочные элементы, соединенные с разными вертикальными элементами, скреплены друг с другом с помощью изоляторов; нижний конец вертикального проволочного элемента, находящегося возле одного из крайних жестких вертикальных излучающих элементов, подключен к источнику сигнала, а нижние концы остальных вертикальных проволочных элементов соединены с землей.To achieve this technical result, vertical wire elements and longitudinal wire elements are introduced into the known directional medium-wave antenna containing at least two rigid vertical radiating elements in the form of metal masts or towers, grounded at the base, and the vertical wire elements are suspended from the rigid vertical radiating elements by means of longitudinal wire elements to which the corresponding vertical wire elements are attached to form electrical contact and the longitudinal wire elements connected to different vertical elements, fixed to each other via insulators; the lower end of the vertical wire element located near one of the extreme hard vertical radiating elements is connected to the signal source, and the lower ends of the remaining vertical wire elements are connected to the ground.

На фиг.1 изображена направленная средневолновая антенна, содержащая два жестких вертикальных излучающих элемента и один вертикальный проволочный элемент, вид сбоку.Figure 1 shows a directional medium-wave antenna containing two rigid vertical radiating elements and one vertical wire element, side view.

На фиг.2 изображена направленная средневолновая антенна, содержащая три жестких вертикальных излучающих элемента и четыре вертикальных проволочных элемента, вид сбоку.Figure 2 shows a directional medium-wave antenna containing three rigid vertical radiating elements and four vertical wire elements, side view.

На фиг.3 приведены диаграммы направленности антенны, изображенной на фиг.1: сплошная кривая - в горизонтальной плоскости, пунктирная - в вертикальной.Figure 3 shows the radiation patterns of the antenna depicted in figure 1: the solid curve is in the horizontal plane, the dotted line is in the vertical.

На фиг.4 приведены диаграммы направленности антенны, изображенной на фиг.2: сплошная кривая - в горизонтальной плоскости, пунктирная - в вертикальной.Figure 4 shows the radiation patterns of the antenna shown in figure 2: the solid curve is in the horizontal plane, the dotted line is in the vertical.

Направленная средневолновая антенна (фиг.1) содержит по крайней мере два жестких вертикальных излучающих элемента 1 в виде металлических мачт или башен, заземленных у основания. Направленная средневолновая антенна (фиг.1) содержит также вертикальный проволочный элемент 2 и четыре продольных проволочных элемента 3. Продольные проволочные элементы 3 скреплены с жесткими вертикальными излучающими элементами 1 и с вертикальными проволочными элементами 2 с образованием электрического контакта. Продольные проволочные элементы 3, скрепленные с соседними вертикальными элементами (на фиг.1 с одним из жестких вертикальных излучающих элементов 1 и с вертикальным проволочным элементом 2) скреплены друг с другом с помощью изоляторов 4. Так осуществлена подвеска вертикального проволочного элемента 2 к жестким вертикальным излучающим элементам 1. К нижнему концу вертикального проволочного элемента 2 подключен источник сигнала 5 (фидер передатчика, при необходимости - с согласующим устройством). Другой провод источника сигнала 5 соединен с проводниками высокочастотного заземления, которое выполнено обычным для передающих средневолновых антенн образом и на фиг.1 не показано. Размеры жестких вертикальных излучающих элементов 1 и прикрепленных к ним продольных проволочных элементов 2 выбраны так, чтобы частота первого резонанса одного из них (на фиг.1 - левого) была несколько ниже рабочей частоты, а другого (на фиг.1 - правого) - несколько выше рабочей частоты. Для этого продольный проволочный элемент, прикрепленный к левому жесткому вертикальному излучающему элементу, выполнен большей длины, чем продольный проволочный элемент, прикрепленный к правому жесткому вертикальному излучающему элементу; при этом жесткие вертикальные излучающие элементы выполнены одинаковой высоты, что удобно конструктивно. Размеры продольных проволочных элементов 3, прикрепленных к вертикальному проволочному элементу 2, выбраны исходя из удобства согласования с источником сигнала 5. Расстояния между жесткими вертикальными излучающими элементами 1 и вертикальным проволочным элементом 2 - около четверти длины рабочей волны. Точные размеры длин элементов и расстояний между ними должны быть получены в каждом конкретном случае с помощью численного электродинамического моделирования с учетом величин поперечных сечений элементов и оптимизированы для получения желаемой диаграммы направленности.The directional medium-wave antenna (Fig. 1) contains at least two rigid verticalradiating elements 1 in the form of metal masts or towers, grounded at the base. The directional medium-wave antenna (Fig. 1) also contains avertical wire element 2 and fourlongitudinal wire elements 3. Thelongitudinal wire elements 3 are fastened with rigid verticalradiating elements 1 and withvertical wire elements 2 with the formation of an electrical contact. Thelongitudinal wire elements 3 bonded to adjacent vertical elements (in FIG. 1 with one of the rigid verticalradiating elements 1 and with the vertical wire element 2) are fastened to each other by means ofinsulators 4. Thus, thevertical wire element 2 is suspended from a rigid vertical radiatingelement elements 1. Asignal source 5 is connected to the lower end of the vertical wire element 2 (transmitter feeder, if necessary, with a matching device). Another wire of thesignal source 5 is connected to the conductors of high-frequency grounding, which is made in the usual way for transmitting medium-wave antennas and is not shown in Fig. 1. The dimensions of the rigid verticalradiating elements 1 and thelongitudinal wire elements 2 attached to them are selected so that the frequency of the first resonance of one of them (in Fig. 1, left) is slightly lower than the operating frequency, and the other (in Fig. 1, right) is somewhat above operating frequency. For this, a longitudinal wire element attached to the left rigid vertical radiating element is made longer than a longitudinal wire element attached to the right rigid vertical radiating element; while the rigid vertical radiating elements are made of the same height, which is conveniently constructive. The dimensions of thelongitudinal wire elements 3 attached to thevertical wire element 2 are selected based on the convenience of matching with thesignal source 5. The distances between the rigid verticalradiating elements 1 and thevertical wire element 2 are about a quarter of the working wavelength. The exact dimensions of the lengths of the elements and the distances between them should be obtained in each case using numerical electrodynamic modeling taking into account the values of the cross sections of the elements and optimized to obtain the desired radiation pattern.

Жестких излучающих элементов 1 может быть и больше двух, так, направленная средневолновая антенна, изображенная на фиг.2, содержит три жестких излучающих элемента 1, четыре вертикальных проволочных элемента 2 и двенадцать продольных проволочных элементов 3. Нижний конец вертикального проволочного элемента 2, находящегося возле крайнего жесткого вертикального излучающего элемента 1 (на фиг.2 - левого), подключен к источнику сигнала 5, а нижние концы остальных вертикальных проволочных элементов 2 соединены с землей. Продольные проволочные элементы 3, соединенные с соседними вертикальными элементами (проволочными 2 или жесткими 1) скреплены друг с другом с помощью изоляторов 4. При суммарной длине скрепляемых продольных проволочных элементов, меньшей расстояния между соответствующими вертикальными элементами, для скрепления использованы также отрезки троса 6 (на фиг.2 справа). Резонансная частота левого (на фиг.2) жесткого вертикального излучающего элемента 1 несколько ниже рабочей частоты. Резонансные частоты остальных вертикальных элементов (жестких 1 и проволочных 2) несколько выше рабочей частоты и выше у тех из них, которые на фиг.2 расположены правее. Это достигается выбором длин продольных проволочных элементов. Направленная средневолновая антенна снабжена высокочастотным заземлением, обычным для средневолновых антенн. Точные размеры длин элементов и расстояний между ними должны быть получены в каждом конкретном случае с помощью численного электродинамического моделирования с учетом величин поперечных сечений элементов и оптимизированы для получения желаемой диаграммы направленности.There can be more than two rigidradiating elements 1, so the directional medium-wave antenna shown in FIG. 2 contains three rigidradiating elements 1, fourvertical wire elements 2 and twelvelongitudinal wire elements 3. The lower end of thevertical wire element 2 located near extreme hard vertical radiating element 1 (figure 2 - left) is connected to asignal source 5, and the lower ends of the remainingvertical wire elements 2 are connected to the ground.Longitudinal wire elements 3 connected to adjacent vertical elements (wire 2 or rigid 1) are fastened to each other usinginsulators 4. For the total length of the fastened longitudinal wire elements shorter than the distance between the corresponding vertical elements,cable segments 6 were also used for fastening ( figure 2 to the right). The resonant frequency of the left (in Fig.2) hard verticalradiating element 1 is slightly lower than the operating frequency. The resonant frequencies of the remaining vertical elements (hard 1 and wire 2) are slightly higher than the operating frequency and higher for those of them, which are located to the right in Fig. 2. This is achieved by choosing the lengths of the longitudinal wire elements. The directional mid-wave antenna is equipped with a high-frequency ground, common for medium-wave antennas. The exact dimensions of the lengths of the elements and the distances between them should be obtained in each case using numerical electrodynamic modeling taking into account the values of the cross sections of the elements and optimized to obtain the desired radiation pattern.

Направленная средневолновая антенна работает следующим образом (см. фиг.1 и 2). При подаче высокочастотного напряжения от источника сигнала 5 соединенный с ним вертикальный проволочный элемент 2 работает как активный вибратор, находящийся слева от него жесткий вертикальный излучающий элемент - как рефлектор, остальные жесткие вертикальные излучающие элементы 1 и вертикальные проволочные элементы 2 - как директоры. В результате обеспечивается направленное излучение. Направленность тем выше, чем больше число излучающих элементов, при этом излучающие свойства у проволочного излучателя не хуже, чем у жесткого, поскольку проволочный излучатель для увеличения эквивалентного поперечного сечения состоит из нескольких проводов. Металлоемкость же проволочного излучателя в десятки раз меньше, чем жесткого. Таким образом, металлоемкость направленной средневолновой антенны, изображенной на фиг.2, имеющей три жестких и четыре проволочных излучателя, примерно вдвое меньше, чем у аналогичной по электрическим характеристикам антенны, составленной только из жестких излучателей.The directional medium-wave antenna operates as follows (see figures 1 and 2). When a high-frequency voltage is supplied fromsignal source 5, thevertical wire element 2 connected to it acts as an active vibrator, to the left of it a rigid vertical radiating element - as a reflector, the remaining rigid verticalradiating elements 1 and vertical wire elements 2 - as directors. As a result, directional radiation is provided. The higher the directivity, the greater the number of radiating elements, while the radiating properties of a wire radiator are not worse than that of a rigid one, since a wire radiator consists of several wires to increase the equivalent cross section. The metal intensity of the wire emitter is tens of times less than hard. Thus, the metal intensity of the directional medium-wave antenna shown in FIG. 2, having three hard and four wire radiators, is approximately half that of a similar antenna in electrical characteristics, composed only of hard radiators.

На фиг.3 приведены диаграммы направленности направленной средневолновой антенны, изображенной на фиг.1: сплошная кривая - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, пунктирная - в вертикальной плоскости. На фиг.4 приведены диаграммы направленности направленной средневолновой антенны, изображенной на фиг.2: сплошная кривая - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, пунктирная - в вертикальной плоскости. Диаграммы направленности построены по распределению токов по проводникам антенны, найденному с помощью численного электродинамического расчетного метода с учетом потерь в заземлении антенны. Как видно по фиг.3 и 4, сужена не только диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, но также и в вертикальной плоскости, что повышает антифединговые свойства антенны.Figure 3 shows the radiation patterns of the directional medium-wave antenna shown in figure 1: the solid curve is the radiation pattern in the horizontal plane, dotted in the vertical plane. Figure 4 shows the radiation patterns of the directional medium-wave antenna shown in figure 2: the solid curve is the radiation pattern in the horizontal plane, dotted in the vertical plane. The radiation patterns are based on the distribution of currents across the conductors of the antenna, found using a numerical electrodynamic calculation method, taking into account losses in the grounding of the antenna. As can be seen in FIGS. 3 and 4, not only the directivity pattern in the horizontal plane, but also in the vertical plane is narrowed, which increases the anti-fading properties of the antenna.

Использованные источникиUsed sources

1. Антенны для радиосвязи и радиовещания: В двух частях. Ч.2. Средневолновые и длинноволновые антенны. / С.П.Белоусов, Р.В.Гуревич, Г.А.Клигер, В.Д.Кузнецов. - М.: Связь, 1980. - 120 с.1. Antennas for radio communications and broadcasting: In two parts.Part 2. Medium and long wave antennas. / S.P. Belousov, R.V. Gurevich, G.A. Kliger, V.D. Kuznetsov. - M.: Communication, 1980 .-- 120 p.

2. Патент Японии №54106151, кл. H 01 Q 3/22; H 01 Q 5/00; H 01 Q 19/22, опубл. 20.08.1979.2. Japan Patent No. 54106151, CL H 01Q 3/22; H 01Q 5/00; H 01 Q 19/22, publ. 08/20/1979.

3. Патент Японии №54106152, кл. H 01 Q 3/22; H 01 Q 5/00; H 01 Q 19/22, опубл. 20.08.1979.3. Japan Patent No. 54106152, CL H 01Q 3/22; H 01Q 5/00; H 01 Q 19/22, publ. 08/20/1979.

Claims (1)

Translated fromRussian

Направленная средневолновая антенна, содержащая, по крайней мере, два жестких вертикальных элемента в виде металлических мачт или башен, заземленных у основания, отличающаяся тем, что в нее введены вертикальные проволочные элементы и продольные проволочные элементы, причем вертикальные проволочные элементы подвешены к жестким вертикальным элементам посредством продольных проволочных элементов, жесткие вертикальные элементы и вертикальные проволочные элементы скреплены с соответствующими продольными проволочными элементами с образованием электрического контакта, а продольные проволочные элементы, соединенные с разными вертикальными элементами, скреплены друг с другом с помощью изоляторов, нижний конец вертикального проволочного элемента, находящегося возле одного из крайних жестких вертикальных излучающих элементов, подключен к источнику сигнала, а нижние концы остальных вертикальных проволочных элементов соединены с землей.A directional medium-wave antenna containing at least two rigid vertical elements in the form of metal masts or towers, grounded at the base, characterized in that vertical wire elements and longitudinal wire elements are introduced into it, and the vertical wire elements are suspended from the rigid vertical elements by longitudinal wire elements, rigid vertical elements and vertical wire elements are bonded with corresponding longitudinal wire elements with electrical contact, and the longitudinal wire elements connected to different vertical elements are bonded to each other using insulators, the lower end of the vertical wire element located near one of the extreme rigid vertical radiating elements is connected to the signal source, and the lower ends of the remaining vertical wire elements elements connected to the ground.

Images