Ученые Южно-Уральского государственного университета запатентовали широкополосную вибраторную антенну с большим диапазоном рабочих частот, что позволяет подключить к одному излучателю сразу несколько радиостанций.
Новая модель устройства разрабатывалась челябинскими учеными при сотрудничестве с Областным радиотелевизионным передающим центром. Перед разработчиками стояла техническая задача – сократить количество антенн на местной телебашне, чтобы разгрузить ее конструкцию.
Предложенная учеными ЮУрГУ широкополосная антенна представляет собой вибраторный излучающий элемент из четырех тонких трубок. Устройство содержит два параллельных вибратора, каждый из которых работает на относительно высокой частоте. За счет сильной электромагнитной связи между ними диапазон рабочих частот всей антенны расширяется вниз, охватывая диапазон 96–108 МГц. Это позволило заменить одной антенной решеткой большое количество узкополосных антенн, каждая из которых ранее использовалась отдельной радиостанцией.
Широкополосная вибраторная антенна изготовлена из алюминия и отличается малыми массогабаритными характеристиками, ее легковесность (2,5 кг) позволила после снятия множества старых узкополосных антенн с их кабелями разгрузить городскую телебашню на несколько тонн.
«Для того чтобы нам можно было обеспечить широкую зону охвата и большую дальность сигнала, нужно было сконцентрировать поле его излучения преимущественно в сторону горизонта, туда, где находятся дальние потребители сигнала, – рассказывает кандидат технических наук, доцент кафедры радиоэлектроники и систем связи ЮУрГУ Алексей Ершов. – Ближние же к телебашне потребители однозначно получают хорошее поле ввиду маленького расстояния. Поэтому мы сконструировали антенную решетку, состоящую из шестнадцати широкополосных вибраторных антенн (их количество усиливает сигнал), которые размещены по четырем сторонам телебашни и работают одновременно, как семейство».
Антенная решетка позволяет сформировать в пространстве круговую диаграмму направленности сигнала в горизонтальной плоскости. Поэтому в любом направлении от города на расстоянии до 100 км (с учетом рельефа местности) можно качественно принимать сигнал от телебашни, оснащенной новыми антеннами. Для сравнения, предыдущие излучатели не могли обеспечить необходимый для всех дальних направлений уровень напряжённости электрического поля, из-за чего наблюдались полные «провалы» сигнала в отдельных зонах обслуживания.
Разработка ученых ЮУрГУ реализована на башне Челябинского областного радиотелевизионного передающего центра, а также установлена на других телебашнях страны – в Магнитогорске и в Кемеровской области. Изобретение становится особо актуальным в настоящее время, поскольку до сих пор широкополосные антенны для радиовещания закупались в основном у иностранных, в том числе немецких и итальянских производителей.
Антенна челябинских радиоэлектронщиков может применяться также для системы посадки самолетов на аэродромах с высоким уровнем снежного покрова и сложным рельефом местности в зоне захода на посадку. Такая система может обеспечить безопасную посадку пассажирского самолета вплоть до его соприкосновения с поверхностью взлетно-посадочной полосы и полной остановки при полном отсутствии видимости. Широкополосная вибраторная антенна второго поколения, используемая в посадочной системе, отличается тем, что сверху защищена специальным обтекателем от различных осадков (в том числе слоя льда) и настроена на иной диапазон частот (ILS). Преимущество такого устройства в том, что, когда под влиянием неблагоприятных метеоусловий центральная частота антенны смещается, ее широкий рабочий диапазон позволяет обеспечить функционирование системы.
Недавно ученые ЮУрГУ получили патент на модернизированную конструкцию своей широкополосной вибраторной антенны (третье поколение). Внешне антенна не будет отличаться от своей предшественницы первого поколения, но несколько изменит свою «начинку», из-за чего упростится и ускорится технология сборки устройства на производстве. Использование патента на модифицированную радиоантенну позволит изготавливать обновленную модель излучателя при меньших ресурсных затратах.