ITBO20120598A1 - OMNIDIRECTIONAL HELICOIDAL ANTENNA WITH CIRCULAR POLARIZATION WITH 135 ° ROTATION FOR RADIO SATELLITE COMMUNICATIONS INCLUDING RADIATOR ALSO REMOVABLE WITH VERTICAL POLARIZATION AT HIGHEST BAND FOR TERRESTRIAL AND AIRPLANE USE - Google Patents
OMNIDIRECTIONAL HELICOIDAL ANTENNA WITH CIRCULAR POLARIZATION WITH 135 ° ROTATION FOR RADIO SATELLITE COMMUNICATIONS INCLUDING RADIATOR ALSO REMOVABLE WITH VERTICAL POLARIZATION AT HIGHEST BAND FOR TERRESTRIAL AND AIRPLANE USE Download PDFInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
ANTENNA OMNIDIREZIONALE ELICOIDALE A POLARIZZAZIONE CIRCOLARE CON ROTAZIONE DI 135° PER RADIO COMUNICAZIONI SATELLITARI INCLUDENTE RADIATORE ANCHE REMOVIBILE A POLARIZZAZIONE VERTICALE A LARGHISSIMA BANDA PER UTILIZZO TERRESTRE E AEREO OMNIDIRECTIONAL HELICAL ANTENNA WITH CIRCULAR POLARIZATION WITH 135 ° ROTATION FOR RADIO SATELLITE COMMUNICATIONS INCLUDING RADIATOR ALSO REMOVABLE WITH VERTICAL POLARIZATION WITH VERY WIDE BAND FOR USE ON EARTH AND AIRPLANE
Il presente trovato concerne un sistema di antenna per ricetrasmissione omnidirezionale a polarizzazione circolare che include un’antenna VHF-UHF a larghissima banda a polarizzazione verticale coassiale anche separabile dal supporto della prima antenna. Il sistema à ̈ costituito principalmente da moduli prestampati in polimeri, ed à ̈ destinato principalmente ad impieghi su mezzi mobili campali corazzati e non, così come su unità navali veloci, al fine di consentire con la massima flessibilità di utilizzo, radiocomunicazioni a portata ottica in larghissima bandaVHF-UHF e satellitari V-in movimento, anche in aree territoriali in cui il satellite sia basso sull’orizzonte. The present invention relates to an antenna system for omnidirectional transceiver with circular polarization which includes a very wide band VHF-UHF antenna with coaxial vertical polarization which can also be separated from the support of the first antenna. The system consists mainly of pre-printed modules in polymers, and is mainly intended for use on armored and non-armored mobile vehicles, as well as on fast naval units, in order to allow with maximum flexibility of use, optical range radio communications in very wide band VHF-UHF and V-moving satellites, even in territorial areas where the satellite is low on the horizon.
Allo stato odierno la tecnologia offre numerosi sistemi di antenne per telecomunicazioni, tra questi, si annoverano quelli destinati a comunicazioni militari veicolari operanti in UHF, nella banda 225-400 MHz, caratterizzati da un diagramma di radiazione verticale abbinato ad un radiatore a dipoli incrociati con polarizzazione circolare tipo Turnstile e che operano nella stessa banda di frequenze. Il presente trovato, ha lo scopo di snellire e compattare i sistemi di antenne destinati al l’utilizzo su mezzi militari in cui à ̈ richiesta una banda di frequenze compresa tra 30 e 500 MHz con destinazione di comunicazioni varie, ovvero terrestri, terra-aereo, nave- nave aereo ecc. e contemporaneamente capacità di comunicazione satellitare in movimento. Ovviamente tutte queste caratteristiche sono offerte da più sistemi che vanno ad affollare i tetti 0 le torrette dei mezzi, causando vari disagi al personale addetto alle mitragliatrici in ralla, che trova spesso aree di tiro ostruite dalle molteplici antenne. Il trovato offre in poco spazio una larghissima banda passante per quanto concerne il radiatore a polarizzazione verticale, che si può estendere tra 30 MHz e oltre 1 GHz , a seconda delle varie possibili configurazioni descritte, e consente inoltre che tale radiatore sia rimosso ed utilizzato anche singolarmente, in funzione di antenna verticale di buona efficienza, sia per il rapido montaggio su veicoli con una base magnetica o altro supporto adeguato, che direttamente avvitata sul ricetrasmettitorc tattico portatile a larga banda, come, ad esempio non limitativo, le PRC 148, PRC6809, PRC115 ecc. oppure in una compatta configurazione coassiale ad una antenna SATCOM a polarizzazione circolare, composta da una coppia di loop in onda intera incrociati e ruotati con un angolo dì 135°. Questa particolare rotazione, rappresenta un eccellente compromesso tra banda passante e rendimento dei loop, garantendo un’ottima omnidir zionalità e un maggior guadagno specialmente nei confronti di deboli segnali, rispetto ad una rotazione dei loop compresa tra 90° e 180°, come già utilizzata nei collegamenti verso le piattaforme spaziali. La nuova applicazione sperimentale, trovata in maniera indipendente, mettendo in rotazione i loop dell’antenna durante la ricezione di segnali provenienti da satellite geostazionario per telecomunicazioni in banda UHF, sembra rappresentare l’evidenza della locale anisotropia dello spazio e si trova in accordo con i risultati ottenuti in un esperimento condotto all’Università dell’Aquila su di una bobina di Helmholtz e un conduttore che la attraversa. I risultati e gli effetti di questo esperimento sono stali riportati nel libro Energy and Geometry (World Scienti fic 2004) di Fabio Lardone e Roberto Mignani, in cui i vari esperimenti citati sono interpretati nel formalismo della Relatività Speciale Deformata e costituiscono una prima stima quantitativa del punto di breakdown della Invarianza Locale di Lorentz, che può quindi essere interpretata come una non-isotropia locale dello spazio-tempo per le interazioni elettromagnetiche. At present, the technology offers numerous antenna systems for telecommunications, including those intended for military vehicle communications operating in UHF, in the 225-400 MHz band, characterized by a vertical radiation pattern combined with a cross-dipole radiator with circular polarization of the Turnstile type and operating in the same frequency band. The present invention has the purpose of streamlining and compacting the antenna systems intended for use on military vehicles in which a frequency band between 30 and 500 MHz is required for various communications, ie terrestrial, land- aircraft, ship-to-ship aircraft etc. and simultaneously satellite communication capabilities on the go. Obviously, all these features are offered by several systems that crowd the roofs or the turrets of the vehicles, causing various inconveniences to the personnel in charge of the fifth wheel machine guns, who often find firing areas obstructed by the multiple antennas. The invention offers in a small space a very wide bandwidth as regards the vertically polarized radiator, which can extend between 30 MHz and over 1 GHz, depending on the various possible configurations described, and also allows this radiator to be removed and also used individually, as a good efficiency vertical antenna, both for quick mounting on vehicles with a magnetic base or other suitable support, or directly screwed onto the portable broadband tactical transceiver, such as, for example, not limiting, the PRC 148, PRC6809 , PRC115 etc. or in a compact coaxial configuration to a circular polarization SATCOM antenna, composed of a pair of full-wave loops crossed and rotated at an angle of 135 °. This particular rotation represents an excellent compromise between bandwidth and loop performance, guaranteeing excellent omnidirectionality and greater gain especially against weak signals, compared to a rotation of the loops between 90 ° and 180 °, as already used in connections to space platforms. The new experimental application, found independently, by rotating the antenna loops during the reception of signals from a geostationary telecommunications satellite in the UHF band, seems to represent the evidence of the local anisotropy of space and is in agreement with the results obtained in an experiment conducted at the University of Aquila on a Helmholtz coil and a conductor that passes through it. The results and effects of this experiment have been reported in the book Energy and Geometry (World Scienti fic 2004) by Fabio Lardone and Roberto Mignani, in which the various experiments mentioned are interpreted in the formalism of Special Deformed Relativity and constitute a first quantitative estimate of the breakdown point of the Lorentz Local Invariance, which can therefore be interpreted as a local non-isotropy of space-time for electromagnetic interactions.
Il trovato può trovare un largo impiego in abbinamento a qualunque ricetrasmettitore, con applicazioni che vanno dall’istallazione su veicoli telonati, fuoristrada, mezzi blindati tipo VTLM, mezzi corazzati leggeri e pesanti, oppure a bordo di veloci unità navali, in virtù dell’elevata resistenza alle sollecitazioni quali vibrazioni, vento e altri agenti atmosferici. In caso di necessità l’antenna stessa può essere facilmente separata dal basamento ed utilizzata a mano impugnando il supporto elastico come radiatore semi-direzionale, oppure collocata sullo zaino collegando il connettore relativo ai loop o a polarizzazione verticale al ricetrasmettitore portatile o spalleggiabile per mezzo di uno spezzone di cavo coassiale. The invention can be widely used in combination with any transceiver, with applications ranging from installation on tarpaulin vehicles, off-road vehicles, armored vehicles type VTLM, light and heavy armored vehicles, or on board fast naval units, by virtue of the ™ high resistance to stresses such as vibrations, wind and other atmospheric agents. In case of need, the antenna itself can be easily separated from the base and used by hand by gripping the elastic support as a semi-directional radiator, or placed on the backpack by connecting the connector relating to the loops or vertical polarization to the portable or shoulderable transceiver by means of a piece of coaxial cable.
I vantaggi offerti complessivamente dal presente trovato non sono riscontrabili se non in parte e separatamente in alcune realizzazioni industriali molto più complesse e costose e sono i seguenti: The advantages offered as a whole by the present invention cannot be found except partially and separately in some much more complex and expensive industrial realizations and are the following:
• Estrema flessibilità tattica abbinata alla portabilità /leggerezza e robustezza del sistema. â € ¢ Extreme tactical flexibility combined with the portability / lightness and strength of the system.
• Elevata resistenza a forti venti e alle radiazioni solari â € ¢ High resistance to strong winds and solar radiation
<•>Tenuta stagna <â € ¢> Watertight
• Nelle applicazioni SATCOM un’adeguata banda passante, adatta sia ai satelliti per comunicazioni militari SICRAL che ai vettori NATO-USA, unita ad un guadagno superiore ai 3,5 decibel con diagramma di radiazione utile a comunicare con satelliti bassi sull’orizzonte. â € ¢ In SATCOM applications an adequate bandwidth, suitable for both SICRAL military communications satellites and NATO-USA carriers, combined with a gain of more than 3.5 decibels with a radiation pattern useful for communicating with satellites low on the ™ horizon.
• Nelle applicazioni a polarizzazione verticale per collegamenti terra-terra o terraaria, eccellenti prestazioni unite ad una banda passante che si può estendere tra 30 MHz e oltre Ghz. â € ¢ In vertical polarization applications for ground-to-ground or ground-to-air connections, excellent performance combined with a bandwidth that can extend between 30 MHz and beyond Ghz.
Per la realizzazione pratica della struttura del presente trovato, sono stati utilizzati elementi prestampati in resine polimeriche facilmente reperibili in ambito industriale, caratterizzati da un’elevata stabilità termica, facilmente lavorabili ed integrabili con parti realizzate in tornitura sempre in resine polimeriche e metallo. antenna à ̈ inoltre dotata di un disco supporto standard NATO per antenne, rapidamente rimovibile per sostituirlo con un basamento magnetico. For the practical realization of the structure of the present invention, pre-molded elements in polymeric resins easily available in the industrial field, characterized by a high thermal stability, easily workable and integrable with parts made in turning, always in polymeric resins and metal, have been used. antenna is also equipped with a NATO standard support disc for antennas, which can be quickly removed to replace it with a magnetic base.
E inoltre possibile il rapido montaggio e smontaggio dei vari elementi costituenti il sistema, sia come utilizzo integrato di tutti gli elementi, anche intercambiabili, che singolarmente e separatamente conferendo a tutto il sistema una grande lessibilità e versatilità di impiego non riscontrabile nei prodotti in commercio. Per quanto concerne il radiatore verticale à ̈ stato trovato un metodo per allargare di molto la banda passante che consiste utilizzare un trasformatore toroidale in salita, cosa peraltro nota in letteratura, abbinato però ad un compensatore variabile tarato per portare in eccitazione la risonanza della mescola di ferrite nel circuito L/C del primario del trasformatore. Tale sistema non serve per ottenere la risonanza su di una singola frequenza, o su una banda passante ampia 40-60 MHz, come nei modelli in commercio bensì, come si può osservare analizzando il circuito con network analyzer, per passare, all’eccitazione del nucleo e di tutto il trasformatore, in un modo analogo a quanto avviene nei trasformatori di Tesla, che però lavorano a frequenze di poche centinaia di KHz. Questa modalità determina una larghissima banda passante, ottenuta in maniera semplicissima e senza i complessi e dissipativi circuiti di adattamento usati nelle antenne larga banda presenti sul mercato. sistema così realizzato à ̈ composto di soli tre componenti, compreso il radiatore collegato, e la cui lunghezza fisica diventa poco dipendente dalla frequenza operativa. In questo modo la banda passante utilizzabile si può estendere facilmente ino a oltre 500 MHz e con alcuni semplici accorgimenti per limitare le perdite in alle frequenze, si possono raggiungere e superare i 1000 MHz; l’efficienza complessiva dell’antenna si alza notevolmente consentendo il perfetto ascolto e il transito sui transponder di piattaforme spaziali afte pochi gradi sull’ orizzonte, pur operando in polarizzazione verticale e non circolare come diversamente sarebbe necessario. It is also possible to quickly assemble and disassemble the various elements making up the system, both as an integrated use of all the elements, even interchangeable, and individually and separately, giving the whole system a great flexibility and versatility of use not found in products on the market. As far as the vertical radiator is concerned, a method has been found to greatly widen the pass band which consists of using an upward toroidal transformer, which is also known in literature, but combined with a variable compensator calibrated to bring the resonance of the compound into excitation. ferrite in the L / C circuit of the transformer primary. This system is not used to obtain resonance on a single frequency, or on a 40-60 MHz wide bandwidth, as in the models on the market but, as can be observed by analyzing the circuit with a network analyzer, to switch to the excitation of the core and of the whole transformer, in a similar way to what happens in Tesla's transformers, which however work at frequencies of a few hundred KHz. This mode determines a very wide passband, obtained in a very simple way and without the complex and dissipative adaptation circuits used in the broadband antennas on the market. The system thus created is composed of only three components, including the connected radiator, and whose physical length becomes little dependent on the operating frequency. In this way the usable bandwidth can be easily extended up to over 500 MHz and with some simple tricks to limit the losses in the frequencies, it is possible to reach and exceed 1000 MHz; the overall efficiency of the antenna rises considerably, allowing perfect listening and transit on the transponders of space platforms a few degrees on the horizon, while operating in vertical polarization and not circular as otherwise would be necessary.
I disegni allegati evidenziano una struttura tubolare del diametro di pochi centimetri, di polimero isolante non caricato con polveri di carbonio o alluminio, che fa da supporto ai due loop incrociati e ruotati di 135° e degli otto riflettori in treccia di acciaio flessibile, inseriti in un apposito anello metallico separabile dall’antenna quando non necessario. All’interno del tubo isolante trova spazio un tubo metallico che à ̈ il radiatore a polarizzazione verticale il quale à ̈ collegato al circuito di adattamento a larghissima banda, contenuto nella parte di maggiore diametro terminante con il mollone di supporto / impugnatura e il relativo basamento. della sezione tubolare in foglia di ottone, previa separazione tramite un manicotto isolante, à ̈ alloggiato il circuito di simme rizzazione dei loop che sono alimentati verso l’alto. Nella parte superiore dell’antenna trova posto il connettore di separazione dello stilo esterno a polarizzazione verticale, qualora questo sia impiegato in alternativa al circuito interno, o qualora il circuito interno necessiti di un radiatore di maggiore lunghezza che determina una migliore efficienza nella parte più bassa delle ovvero nella porzione compresa tra 30 e 80 MHz. The attached drawings show a tubular structure with a diameter of a few centimeters, of insulating polymer not loaded with carbon or aluminum powders, which supports the two crossed and 135 ° rotated loops and the eight reflectors in flexible steel braid, inserted in a special metal ring that can be separated from the antenna when not necessary. Inside the insulating tube there is a metal tube which is the vertical polarization radiator which is connected to the very wide band adaptation circuit, contained in the larger diameter part ending with the support / handle spring and the relative basement. of the tubular section in brass leaf, after separation by means of an insulating sleeve, is housed the symmetric circuit of the loops which are fed upwards. In the upper part of the antenna there is the separation connector of the external stylus with vertical polarization, if this is used as an alternative to the internal circuit, or if the internal circuit requires a longer radiator which determines a better efficiency in the longer part. low of the or in the portion between 30 and 80 MHz.
La circuitazione interna termina con connettori coassiali posti sotto i loop incrociati. Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dalle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi dello stesso risultano evidenti nella precedente descrizione dettagliata, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa, non limitativa e in cui: The internal circuitry ends with coaxial connectors placed under the crossed loops. The technical characteristics of the invention, according to the aforementioned purposes, are clearly verifiable from the claims reported below and the advantages thereof are evident in the previous detailed description, made with reference to the attached drawings, which represent a purely exemplary, non-limiting and in which:
• 11 disegno 1 illustra una vista frontale del sistema meccanico completo del corpo dell’antenna (1), a cui sono collegati ÃŒ due loop incrociati (5 e 5.1 ) in onda intera e ruotati di 135° (gradi) sull’asse. Il disegno 1 raffigura inoltre il radiatore a polarizzazione verticale (3.1 e 3.3) anche separabile tramite i connettori 10 e 1 1 , con il suo circuito di accordo a larghissima banda (3 e 3,2), i riflettori ( ), i cavetti coassiali di collegamento tra i connettori (8 e 9) e le relative circuitazioni (3 e 4) rispettivamente per la polarizzazione verticale e la polarizzazione circolare e il manicotto di collegamento elastico (6) tra il corpo antenna (1 ) e il basamento forato di supporto standard NATO (7) sostituibile tramite la vite di raccordo (6.1) ad una base di supporto magnetica (7.1). Tale configurazione à ̈ rappresentativa di un esempio non vincolante, di realizzazione del presente trovato. â € ¢ 11 drawing 1 illustrates a front view of the complete mechanical system of the antenna body (1), to which are connected à two crossed loops (5 and 5.1) in full wave and rotated by 135 ° (degrees) on the ™ axis. The drawing 1 also shows the vertical polarization radiator (3.1 and 3.3) also separable through the connectors 10 and 1 1, with its very wide band tuning circuit (3 and 3.2), the reflectors (), the coaxial cables connection between the connectors (8 and 9) and the relative circuits (3 and 4) respectively for vertical polarization and circular polarization and the elastic connection sleeve (6) between the antenna body (1) and the perforated support base NATO standard (7) replaceable by means of the connecting screw (6.1) to a magnetic support base (7.1). This configuration is representative of a non-binding example of embodiment of the present invention.
• disegno 2 illustra il circuito di allargamento di banda (dis.1-3), con il toroide (2.2) su cui sono avvolte le spire bifilari (2.2) collegate sul avvolgimento primario al compensatore (2.3). Sono chiaramente raffigurati il radiatore a polarizzazione verticale tubolare interno (dis.1-3. 1 ) e il radiatore flessibile gommato (dis. 1 -3.3) removibile ed utilizzabile anche separatamente. â € ¢ drawing 2 illustrates the band widening circuit (dis.1-3), with the toroid (2.2) on which the bifilar coils (2.2) connected on the primary winding to the compensator (2.3) are wound. The internal tubular vertical polarization radiator (dis.1-3. 1) and the flexible rubberized radiator (dis. 1 -3.3) are clearly shown, which can be removed and used also separately.
Irovato così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. Inoltre tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti. The product thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept. Furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements.
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