Творческой группой преподавателей и студентов Мурманского арктического университета получен патент на «Широкополосную антенну» - простейшую, дешёвую, инновационную логопериодическую антенну. И если исходить от взглядов со стороны количественного состава парка существующих антенных устройств, то появление ещё одной антенны, в принципе, не делает «погоды» во взрывном развитии беспроводных систем, в которых имеющиеся антенны, являющиеся незаменимым атрибутом радиопередающих и радиоприёмных устройств, во многом обеспечивают работу различных радиосистем. В свою очередь предложенное техническое решение этим отправным устройством открывает новое направление оптимизации и совершенствования развития - как отдельных антенн, так и сложных антенных структур.
Простейшие антенны используются с незапамятных времён
Например, вертикальными несимметричными антеннами можно считать железные пруты электрометров для измерения электрической силы молний нашими соотечественниками Михаилом Ломоносовым и Георгом Вильгельмом Рихманом, применяемые для исследований ещё в 1753 году. Что явилось продолжением опытов с отличием от использования заземлённого молниеотвода, изобретённого в 1751 году Бенджамином Франклином).
Начало классических горизонтальных симметричных антенн берётся от диполя Генриха Рудольфа Герца, использовавшего линейный электрический вибратор для излучения и приёма в радиодиапазоне электромагнитных волн при выполнении физических опытов, выполненных в 1887-1888-х годах.
На следующем этапе, при демонстрации в действии 7 мая (25 апреля) 1895 году работы первой радиолинии Александром Поповым, в эпохальный момент открытия эры радиосвязи, в качестве антенны был использован отрезок проволоки, прообраз нынешних штыревых антенн.
И если упомянутые линейные проводники являются передающими и приёмными антеннами электромагнитных волн с линейной, в основном, вертикальной или горизонтальной поляризацией, то есть с расположением ортогональных электрического и магнитного полей, с названием по ориентации электрического поля, то со временем, в 1935 году Дж. Брауном была предложена антенна с общим центром, расположенных друг к другу под прямым углом и возбуждаемых равноамплитудно со сдвигом фаз на 90° систем вибраторов. Такая антенна, названная турникетной, создает круговую поляризацию, так как излучает электрическое поле, которое обеспечивает вращение электромагнитного поля во время распространения сигнала.
В свою очередь дальнейшим развитием антенных устройств, с круговой поляризацией, были предложены Д. Краусом в 1947 году однозаходные регулярные цилиндрические спиральные антенны и Д.Дайсоном в 1958 году логоспиральные антенны - конические спирали, в виде проводника, намотанного вокруг диэлектрического конуса. Именно такие антенны стали востребованными при первых шагах освоения космического пространства и в условиях сложной среды распространения радиоволн, которые до сих пор совершенствуются.
Одними из версий комбинаций спиральных антенных устройств являются биспиральные антенны со встречной намоткой проводников, представляющие собой две идентичные, соединённые между собой спирали, как с общим центром, так и разнесённые в пространстве. Такие конструктивные решения электрически обеспечивают работу с линейной поляризацией электромагнитного поля.
Что нового сделали в МАУ?
Чего же нового представители кафедры радиотехники и связи МАУ превознесли в совершенствование антенн в зарегистрированном 14.05.2025 года интеллектуальном продукте за номером RU 233969?
«На протяжении многих лет применения спиральных антенн для реализации линейной поляризации использовались пары классических объёмных спиральных устройств, в действительности представляющих определённые трудности при изготовлении и эксплуатации. А новаторы МАУ сжали спирали, превратив их в практически плоскую конструкцию, реализующую линейную поляризацию, без ортогональных составляющих, как в антеннах «волновой канал». При этом для работы антенн в широкой полосе частот предложено использование конических логопериодических спиралей, что обеспечивает электрические характеристики подобно широко используемым логопериодическим антеннам, которые из-за устройства собирательной линии и крепления вибраторов также вызывают затруднения при изготовлении с использованием специфических материалов», - поясняет руководитель проекта, доцент кафедры радиотехники и связи МАУ Владимир Милкин.
Теоретические подходы к математическим расчётам устройств таких антенн идентичны классическим спиральным антеннам. А что на практике?
Практическую реализацию версии, на базе теоретических предпосылок открытого направления развития антенных устройств, авторы внедрили в виде прикладного решения с изготовлением инновационной телевизионной антенны и досконально исследовали её характеристики. Такой подход понятен всем по очевидности сравнения с широко используемыми образцами антенн, как в размерной иллюстративности, так и по электрическим параметрам.
Что выделяет предложенную разработку в отличие от существующих классических логопериодических телевизионных антенн?
Во-первых, минимальная бездефицитная материалоёмкость, так как для её изготовления требуется полнодостаточный в ходу провод и непроводящий каркас в виде выкроенного усечённого треугольника.
И, во-вторых, изготовление антенны, так как оно сводится к намотке провода сжатых спиралей на плоский каркас сначала витками в одном направлении, а затем в другом, с соединением их между собой в конце намотки.
Причём, в противоположность спиральным антеннам при реализации предложенного технического решения не требуется устройства экрана, а в отличие от логопериодических антенн нет необходимости устройства несущих вибраторы траверс в виде собирательной линии.
Внешне антенна выглядит, как показано на фотографии.
И это только версия реализации телевизионных антенн, но такое использование предложенного устройства применимо для роутеров, при увеличении дальностей зон обслуживания, и тогда размеры конструкции сократятся раз в 5.
Для Арктики
Но наиболее важным, в профессиональной радиосвязи, предлагаемое устройство антенн вправе применяться для использования в декаметровом диапазоне радиоволн, например для обеспечения радиосвязи вдоль Северного морского пути.
При этом создание таких конструкций в вертикальном исполнении может осуществляться как со строительством новых мачтовых сооружений, так и развёртыванием на существующих опорах. В данных случаях антенное полотно вывешивается на леерах с креплением на нисходящей оттяжке, закреплённой на мачте пониженной высоты или за якорь на грунте. И всё также эффективнее, дешевле и надёжнее существующих профессиональных антенных устройств дальней радиосвязи.