RU227307U1

RU227307U1 - HF BROADCAST MODULE

Info

Publication number: RU227307U1
Application number: RU2022134646U
Authority: RU
Inventors: Михаил Юрьевич Маслов; Юрий Михайлович Сподобаев; Александр Валерьевич Баранкин; Александр Александрович Невешкин
Filing date: 2022-12-27
Publication date: 2024-07-16

Abstract

Полезная модель относится к радиотехнике. Технический результат заключается в обеспечении общей компактности радиовещательного модуля и достигается тем, что модуль, состоящий из синфазной горизонтальной диапазонной антенны на жестких вибраторах с апериодическим рефлектором, размещается на платформе, вращающейся по кольцевому однорельсовому пути на опорных тележках с независимым приводом. Пространственное направление подачи сигнала радиовещания изменяется по азимуту в секторе 360°, а в статичном положении электронным способом в пределах ±15-30°. На нижней горизонтальной части металлоконструкции модуля размещен отсек с оборудованием, содержащий радиовещательный передатчик, который через диаграммообразующую схему, формирующую необходимые амплитудно-фазовые распределения, и линейку усилителей мощности по количеству точек питания подключается к активным элементам антенны, в качестве которых могут выступать либо каждый из вибраторов полотна антенны, либо сформированные группы вибраторов. Сигнал программы вещания поступает по кабельному каналу, электропитание оборудования обеспечивается подключением к внешнему источнику. 2 ил. The utility model relates to radio engineering. The technical result consists in ensuring the overall compactness of the broadcasting module and is achieved by the fact that the module, consisting of an in-phase horizontal band antenna on rigid vibrators with an aperiodic reflector, is placed on a platform rotating along a circular single-rail track on support trolleys with an independent drive. The spatial direction of the radio broadcasting signal changes in azimuth in a 360° sector, and in a static position electronically within ±15-30°. On the lower horizontal part of the metal structure of the module there is a compartment with equipment containing a radio broadcast transmitter, which, through a beamforming circuit that forms the necessary amplitude-phase distributions, and a line of power amplifiers according to the number of power points, is connected to the active elements of the antenna, which can be either each of the vibrators antenna sheets, or formed groups of vibrators. The broadcast program signal arrives via a cable channel, and the equipment is powered by connecting to an external source. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности, к системам дальнего радиовещания (иновещания) в диапазоне высоких частот, где может быть использована в качестве основного элемента излучающего оборудования.The utility model relates to radio engineering, in particular to long-distance radio broadcasting systems in the high frequency range, where it can be used as the main element of emitting equipment.

В настоящее время отечественное радиовещание в диапазоне высоких частот практически не осуществляется. Из достигнутого уровня предыдущих поколений техники известно, что радиовещание велось преимущественно с территорий мощных специализированных радиоцентров, в состав которых входили до сотни передающих антенн и десятки передатчиков. Такие радиоцентры размещались в различных районах России, а территория многих из них превышала сотню гектар пригодных для сельского хозяйства земель. Большие территории были необходимы, поскольку размещаемые на них антенны имели значительные вертикальные и горизонтальные габариты, а их эффективность зависела от наличия свободного ровного предполья. На этих же территориях размещалась развитая инфраструктура радиоцентров, включающая цехи передающего оборудования, энергетическую систему, протяженные фидеры, коммутационное оборудование, развитые системы высокочастотного заземления для каждой антенны, бассейны охлаждения и пр. Масштабность осуществления дальнего радиовещания определялась геополитическими мотивами, и обеспечивалась продолжительностью вещания на многих языках мира практически для всех стран земного шара.Currently, domestic radio broadcasting in the high frequency range is practically not carried out. From the achieved level of previous generations of technology, it is known that radio broadcasting was carried out mainly from the territories of powerful specialized radio centers, which included up to hundreds of transmitting antennas and dozens of transmitters. Such radio centers were located in various regions of Russia, and the territory of many of them exceeded a hundred hectares of land suitable for agriculture. Large areas were necessary because the antennas placed on them had significant vertical and horizontal dimensions, and their effectiveness depended on the presence of a free, flat forefield. The same territories housed a developed infrastructure of radio centers, including transmission equipment workshops, a power system, extended feeders, switching equipment, developed high-frequency grounding systems for each antenna, cooling pools, etc. The scale of long-distance radio broadcasting was determined by geopolitical motives and was ensured by the duration of broadcasting on many languages of the world for almost all countries of the globe.

Возникшая актуальность восстановления практически полностью прекратившей существование системы дальнего радиовещания в диапазоне высоких частот не предполагает восстановления утраченных создававшихся десятилетиями радиоцентров, поскольку это связано со следующими недостатками и технологическими препятствиями:The emerging urgency of restoring the almost completely defunct long-distance radio broadcasting system in the high frequency range does not imply the restoration of lost radio centers that have been created over decades, since this is associated with the following shortcomings and technological obstacles:

- необходимость выделения и освоения значительной технической территории для размещения оборудования и инфраструктуры;- the need to allocate and develop a significant technical territory for the placement of equipment and infrastructure;

- строительство большого количества антенн, что связано с необходимостью суточной смены частот и направлений работы;- construction of a large number of antennas, which is associated with the need to change frequencies and directions of work daily;

- строительство внутренней сети фидерного и коммутационное хозяйства, как следствие концентрированного размещения передатчиков в цехах и антенн, рассредоточенных по территории;- construction of an internal network of feeder and switching facilities, as a result of the concentrated placement of transmitters in workshops and antennas dispersed throughout the territory;

- огромные площади высокочастотного заземления вблизи антенн;- huge areas of high-frequency grounding near antennas;

- большое количество башенных и мачтовых сооружений;- a large number of tower and mast structures;

- огромные эксплуатационные расходы на содержание и ремонт оборудования, мачт и башен, энергетики, территории.- huge operating costs for the maintenance and repair of equipment, masts and towers, energy, and territory.

Эти недостатки известных технических решений организации дальнего радиовещания, а также статичность и громоздкость конструкций в сочетании с необходимым для нее регулярным эксплуатационным обслуживанием, ограничивают и сдерживают возможности восстановления радиовещания на высоких частотах. Нужны новые эффективные, экономически обоснованные подходы и технические решения.These shortcomings of the known technical solutions for organizing long-distance radio broadcasting, as well as the static and bulky nature of the structures, combined with the regular maintenance required for it, limit and constrain the possibilities of restoring radio broadcasting at high frequencies. New effective, economically sound approaches and technical solutions are needed.

Таким решением может стать предлагаемая полезная модель, основу которой составляет известная синфазная горизонтальная диапазонная антенна (СГД). Многочисленные конструктивные и типоразмерные модификации таких антенн широко использовались на ионосферных трассах коротковолновой связи и радиовещания различной протяженности, что обеспечивается формированием главного лепестка диаграммы направленности под нужным углом к горизонту. Важно, что для работы оборудования в широком секторе азимутальных углов, вплоть до 360°, приходилось иметь на радиоцентре на каждый передатчик в лучшем случае 5-7 таких антенн.Such a solution could be the proposed utility model, which is based on the well-known in-phase horizontal band antenna (CHB). Numerous design and size modifications of such antennas have been widely used on ionospheric shortwave communication and radio broadcasting routes of various lengths, which is ensured by the formation of the main lobe of the radiation pattern at the desired angle to the horizon. It is important that in order for the equipment to operate in a wide sector of azimuth angles, up to 360°, it was necessary to have, at best, 5-7 such antennas at the radio center for each transmitter.

Известна синфазная антенна жесткой конструкции, позволяющая поворотом всей башенной конструкции, на которой смонтированы вибраторы антенны, вращать диаграмму направленности в секторе 360°. Нижняя часть металлоконструкции антенны представляет собой одну поперечную и две опорные фермы, выполненные из металлических элементов открытых профилей. Опорные фермы имеют переменные размеры по высоте и ширине, уменьшающиеся от средней части к концам, шарнирно-закрепленным на тележках. Четыре опорные тележки, каждая из которых снабжена своим электроприводом, могут перемещаться по однорельсовому круговому пути диаметром 60 м. (Коротковолновые антенны / Айзенберг Г.З. Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др.; под ред. Г.З. Айзенберга. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 536 с. Стр. 246-250). Такая антенна использована в патенте «Приземная антенна кругового обзора и способ реализации многофункционального нагревного стенда» (RU 2772933 С2).A common-mode antenna of a rigid structure is known, which allows the rotation of the entire tower structure on which the antenna vibrators are mounted to rotate the radiation pattern in a 360° sector. The lower part of the antenna's metal structure consists of one transverse and two support trusses, made of metal elements of open profiles. The support trusses have variable dimensions in height and width, decreasing from the middle part to the ends, hinged on the trolleys. Four support trolleys, each of which is equipped with its own electric drive, can move along a single-rail circular track with a diameter of 60 m. (Short-wave antennas / Eisenberg G.Z. Belousov S.P., Zhurbenko E.M. et al.; edited by G. Z. Aizenberg - 2nd edition, revised and expanded - M.: Radio and Communications, 1985. - 536 pp. Such an antenna is used in the patent “An all-round ground-based antenna and a method for implementing a multifunctional heating stand” (RU 2772933 C2).

Применение такой антенны уже позволяет получить технический результат для построения каналов дальнего радиовещания, а именно, обеспечить изменение направления вещания физическим способом в секторе 360° по азимуту (размещением только одной антенны на платформе, вращающейся по кольцевому рельсовому пути) и возможность питания отдельных элементов антенны различными амплитудно-фазовыми распределениями тока, что необходимо для изменения направления вещания электрическим способом.The use of such an antenna already makes it possible to obtain a technical result for the construction of long-distance radio broadcasting channels, namely, to ensure a change in the direction of broadcasting physically in the 360° sector in azimuth (by placing only one antenna on a platform rotating along a circular rail track) and the ability to power individual antenna elements with different amplitude-phase current distributions, which is necessary to change the direction of broadcasting electrically.

Избавиться от гигантизма территорий, масштабности использования мощного радиочастотного оборудования, сократить потери в высокочастотных линиях передачи, свести до минимума коммутации в высокочастотном оборудовании можно достигнуть сосредоточением всего комплекса оборудования непосредственно у антенны.Getting rid of the gigantism of territories, the scale of use of powerful radio frequency equipment, reducing losses in high-frequency transmission lines, and minimizing switching in high-frequency equipment can be achieved by concentrating the entire complex of equipment directly at the antenna.

Это реализуется в полезной модели в виде радиовещательного модуля ВЧ диапазона, основу которого составляет антенна СГД РА, выполненная на жестких вибраторах с апериодическим рефлектором в двух вариантах - антенна СГД 4/4 РА для диапазона частот 4…8 МГц, и антенна СГД 4/8 РА для диапазона частот 8…16 МГц. Так обеспечивается перекрытие семи из десяти участков частот, выделенных в ВЧ диапазоне для радиовещания.This is implemented in a utility model in the form of a HF radio broadcasting module, the basis of which is the SRS RA antenna, made on rigid vibrators with an aperiodic reflector in two versions - the SRS 4/4 RA antenna for the frequency range 4...8 MHz, and the SRS 4/8 antenna RA for the frequency range 8…16 MHz. This ensures overlap of seven out of ten frequency sections allocated in the HF range for radio broadcasting.

В состав конструкции модуля входит отсек с генераторным оборудованием, содержащий радиовещательный передатчик, который через диаграммообразующую схему, формирующую необходимые амплитудно-фазовые распределения, и линейку усилителей мощности по количеству точек питания подключается к активным элементам антенны. Сигнал программы вещания поступает на передатчик по кабельному каналу. Электропитание оборудования обеспечивается подключением к внешнему источнику. В состав модуля включен механизм вращения антенны вокруг оси в горизонтальной плоскости для перемещения диаграммы направленности по азимуту и изменения положения зоны обслуживания. Для этого четыре опорные тележки, каждая из которых снабжена своим электроприводом, могут перемещаться по однорельсовому круговому пути диаметром 60 м.The module design includes a compartment with generating equipment containing a broadcast transmitter, which is connected to the active elements of the antenna through a beamforming circuit that forms the necessary amplitude-phase distributions, and a line of power amplifiers according to the number of power points. The broadcast program signal arrives at the transmitter via a cable channel. Power supply to the equipment is provided by connecting to an external source. The module includes a mechanism for rotating the antenna around its axis in the horizontal plane to move the radiation pattern in azimuth and change the position of the service area. To do this, four support trolleys, each equipped with its own electric drive, can move along a single-rail circular track with a diameter of 60 m.

Возможно использование в модуле двухсторонней антенны, выполненной по двум вариантам исполнения, при этом модуль снаряжается еще одним отсеком, обслуживающим второе полотно антенны.It is possible to use a two-way antenna in the module, made in two versions, while the module is equipped with another compartment serving the second antenna layer.

Техническим результатом, обеспечиваемым сосредоточением оборудования вблизи антенны, является общая компактность оборудования, реализованного в виде радиовещательного модуля.The technical result provided by the concentration of equipment near the antenna is the overall compactness of the equipment, implemented in the form of a broadcasting module.

Сущность полезной модели поясняется рисунками.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен общий вид антенны СГД 4/4 РА, а на фиг.2 антенны СГД 4/8 РА (изометрические проекции): 1 - металлоконструкция антенны, 2 - жесткие вибраторы антенного полотна, 3 - апериодический рефлектор, 4 - опорные тележки с независимым приводом, 5 - отсек с оборудованием, 6 - кольцевой однорельсовый путь.In fig. Fig. 1 shows a general view of the SGD 4/4 RA antenna, and Fig. 2 of the SGD 4/8 RA antenna (isometric projections): 1 - metal structure of the antenna, 2 - rigid vibrators of the antenna sheet, 3 - aperiodic reflector, 4 - support trolleys with independent drive, 5 - compartment with equipment, 6 - circular single-rail track.

На фиг. 3 раскрыто содержание отсека с генераторным оборудованием: 7 -радиовещательный передатчик, 8 - диаграммообразующая схема, 9 - линейка усилителей мощности, 10 - выходы с каждого усилителя мощности для подачи сигнала на элементы антенны, 11 - линейный вход. 12 - источник питания, 13 - силовой вход в модуль.In fig. Figure 3 reveals the contents of the compartment with generating equipment: 7 - broadcast transmitter, 8 - beamforming circuit, 9 - line of power amplifiers, 10 - outputs from each power amplifier for supplying a signal to the antenna elements, 11 - linear input. 12 - power supply, 13 - power input to the module.

На фиг. 4 представлен вариант объединения антенн СГД 4/4 РА и СГД 4/8 РА в единой конструкции двухстороннего исполнения модуля на общем апериодическом рефлекторе (вид сверху), которое расширяет частотные границы радиовещания и показывает возможности электронного сканирования характеристиками направленности 14 и 15 в пределах ±15…30°.In fig. Figure 4 shows an option for combining antennas SGD 4/4 RA and SGD 4/8 RA in a single design of a double-sided module design on a common aperiodic reflector (top view), which expands the frequency boundaries of radio broadcasting and shows the possibilities of electronic scanning with directional characteristics 14 and 15 within ±15 …30°.

Работает устройство следующим образом. Подготовка радиовещательного модуля к работе состоит из двух этапов - это строительство и монтаж поворотной антенны СГД с системой питания активных элементов и изготовление, монтаж и настройка отсека оборудования 5 с последующим монтажом на нижней горизонтальной части металлоконструкции 1 антенны. Электроэнергия поступает в отсек оборудования на источник питания 12 через силовой вход 13. Программа вещания поступает на передатчик 7 по линейному входу 11. С передатчика 7 модулированный радиовещательный сигнал проходит через схему формирования амплитудно-фазового распределения 8 на усилители мощности 9 и далее с выходов 10 на активные элементы антенны, в качестве которых могут выступать либо каждый их вибраторов полотна антенны 2, либо сформированные группы вибраторов (секции). Электромеханический привод модуля (опорные тележки с независимым приводом) 4 позволяет поворачивать всю конструкцию по кольцевому однорельсовому пути вокруг своей оси, изменяя пространственное направление подачи сигнала радиовещания по азимуту в секторе 360°, в статичном положении есть возможность изменения направления работы электронным способом в пределах ±15…30°, как показано 14 и 15 на фиг. 4. Выбранные типоразмеры антенн позволяют создать на односкачковой ионосферной трассе на расстоянии порядка 3000 км зону вещания от одного модуля эллипс с размерами приблизительно 1000×1500 км.The device works as follows. Preparation of the radio broadcasting module for operation consists of two stages - this is the construction and installation of the SRS rotary antenna with a power supply system for active elements and the manufacture, installation and configuration of equipment compartment 5 with subsequent installation on the lower horizontal part of the metal structure 1 of the antenna. Electricity is supplied to the equipment compartment to the power supply 12 through the power input 13. The broadcast program is supplied to the transmitter 7 via the linear input 11. From the transmitter 7, the modulated broadcast signal passes through the amplitude-phase distribution generating circuit 8 to power amplifiers 9 and then from outputs 10 to active elements of the antenna, which can be either each of the vibrators of the antenna web 2, or formed groups of vibrators (sections). The electromechanical drive of the module (support trolleys with an independent drive) 4 allows you to rotate the entire structure along a circular single-rail track around its axis, changing the spatial direction of the broadcasting signal in azimuth in a 360° sector; in a static position, it is possible to change the direction of operation electronically within ±15 ...30°, as shown 14 and 15 in Fig. 4. The selected antenna sizes make it possible to create an ellipse with dimensions of approximately 1000×1500 km on a single-hop ionospheric path at a distance of about 3000 km from one module.

Необоснованный и практически полный отказ от радиовещания на низких, средних и высоких частотах привел к ликвидации большого количества технических объектов радиовещания на территории России и беспрецедентному снижению потенциала информационного обслуживания территорий зарубежных государств. Сложившаяся ситуация серьезно актуализировала проблемы информационной безопасности, что позволяет сделать вывод о необходимости восстановления радиовещания как доступного средства распространения информации.The unjustified and almost complete rejection of radio broadcasting at low, medium and high frequencies led to the liquidation of a large number of technical radio broadcasting facilities on the territory of Russia and an unprecedented reduction in the potential for information services in the territories of foreign countries. The current situation has seriously updated the problems of information security, which allows us to conclude that it is necessary to restore radio broadcasting as an accessible means of disseminating information.

Полезная модель, реализующая ионосферную трассу доставки радиопрограмм по своим технологическим показателям (компактность) и воспроизводимости конструкции, а также по объемам работ и срокам реализации предоставляет возможность в кратчайшие сроки организовать дальнее радиовещание.A useful model that implements an ionospheric route for the delivery of radio programs in terms of its technological indicators (compactness) and design reproducibility, as well as in terms of the scope of work and implementation time, provides the opportunity to organize long-distance radio broadcasting in the shortest possible time.

Claims

1. HF broadcasting module, consisting of an in-phase horizontal band antenna on rigid vibrators with an aperiodic reflector, which is placed on a platform rotating along a circular single-rail track on support trolleys with an independent drive, changing the spatial direction of the broadcasting signal in azimuth in a 360° sector, and in a static position, changes in the direction of work are carried out electronically within ±15-30°; on the lower horizontal part of the metal structure of the module there is a compartment with equipment containing a broadcast transmitter, which, through a beamforming circuit that forms the necessary amplitude-phase distributions, and a line of power amplifiers according to the number of power points, is connected to the active elements of the antenna, which can be either each of the vibrators antenna sheets, or formed groups of vibrators (sections); The broadcast program signal arrives via a cable channel, and the equipment’s power supply is provided by connecting to an external source.

2. The HF broadcast module according to claim 1, characterized in that the second in-phase horizontal band antenna operating in the adjacent frequency range is symmetrically placed within the module, the aperiodic reflector is common with the antenna of the module according to claim 1, and the module is supplemented with one more equipment compartment operating with the second antenna.