RU2492560C2

RU2492560C2 - Antenna

Info

Publication number: RU2492560C2
Application number: RU2011110157/07A
Authority: RU
Inventors: Валерий Яковлевич Долинин; Николай Алексеевич Терентьев; Андрей Александрович Терентьев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Скоростные Системы Связи"
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2013-09-10
Also published as: RU2011110157A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: antenna includes a flat screen and four branches of radiating spirals, connected to each other in the top part of a hemisphere; one of the branches is connected by the second end to a lead cable and the remaining three branches are connected by second ends to the screen; the antenna further includes a second screen in form of a truncated circular cone lying between the flat screen and the hemisphere, sufficiently close to antenna coils. Between the flat screen and the second screen, there is a device for reducing the antenna effect of a looped cable, which is in form of three cable coils on a dielectric core.

EFFECT: improved antenna matching and reduced dependence of antenna characteristics on the length and position of the lead cable while maintaining external dimensions of the antenna.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антеннам сферическо-спиральной конструкции, и может быть использовано в составе беспроводных систем связи и передачи данных, а также в системах телеметрии.The invention relates to the field of radio engineering, namely to antennas of a spherical-spiral design, and can be used as part of wireless communication and data transmission systems, as well as in telemetry systems.

На сегодняшний день одной из проблем в антенной технике является создание малых антенн (характерный размер таких антенн меньше половины длины волны, соответствующей резонансной частоте антенны). Известные принципы построения малых антенн приведены в [1]. Все малые антенны имеют один существенный недостаток - сложность их согласования с кабелем, к которому подсоединяется данная антенна.Today, one of the problems in antenna technology is the creation of small antennas (the characteristic size of such antennas is less than half the wavelength corresponding to the resonant frequency of the antenna). Known principles for constructing small antennas are given in [1]. All small antennas have one significant drawback - the difficulty of matching them with the cable to which this antenna is connected.

Наиболее близкой к заявляемой, выбранной в качестве прототипа, является антенна сферическо-спиральной конструкции, включающая плоский экран и четыре ветви излучающих спиралей, соединенные между собой в верхней части полусферы, причем одна из ветвей со второго конца присоединена к подводящему кабелю, а остальные три ветви вторыми концами присоединены к экрану, способ построения и расчет которой приведен в [2]. Такая антенна, как показано в [2], является наиболее эффективной по соотношению коэффициента усиления и габаритов, однако она, как и другие малые антенны, сложно согласовывается с подводящим кабелем. В метровом диапазоне частот полоса частот, в которой выполняется согласование антенны, составляет 2-3% по уровню КСВн=2. Также недостатком антенны - прототипа является неустраненный антенный эффект кабеля [3], т.е. сильная зависимость характеристик антенны от длины и положения подводящего кабеля.Closest to the claimed one, chosen as a prototype, is an antenna of a spherical-spiral design, including a flat screen and four branches of radiating spirals, interconnected in the upper part of the hemisphere, one of the branches from the other end connected to the supply cable, and the other three branches the second ends are attached to the screen, the construction method and calculation of which is given in [2]. Such an antenna, as shown in [2], is most effective in terms of the ratio of gain and dimensions, however, it, like other small antennas, is difficult to coordinate with the supply cable. In the meter frequency range, the frequency band in which the antenna matching is performed is 2-3% in terms of VSWR = 2. Another disadvantage of the antenna prototype is the unrepaired antenna effect of the cable [3], i.e. a strong dependence of the characteristics of the antenna on the length and position of the supply cable.

Для устранения указанных недостатков антенны - прототипа была поставлена задача создания малой антенны сферическо-спиральной конструкции, обладающей улучшенными свойствами согласования и сниженным антенным эффектом кабеля без увеличения ее внешних габаритов.To eliminate these shortcomings of the prototype antenna, the task was to create a small antenna of a spherical-spiral design with improved matching properties and a reduced antenna effect of the cable without increasing its external dimensions.

Для решения поставленной задачи между первым экраном антенны и полусферой, на которой расположены ветви излучающих спиралей (четырехзаходная спираль), дополнительно введен второй экран в форме круглого конуса, который расположен достаточно близко к виткам антенны. Второй экран своим основанием (основание образующего его конуса) жестко закреплен па первом экране, т.е. основание конуса лежит в одной плоскости с главным экраном. При этом металлический конус сделан усеченным сверху, чтобы он воздействовал только на нижние части ветвей спирали и не оказывал влияния на верхние части ветвей. Точное расстояние от образующей конуса до витков антенны определяется экспериментально при окончательной настройке антенны.To solve the problem between the first screen of the antenna and the hemisphere on which the branches of radiating spirals are located (four-way spiral), a second screen in the shape of a round cone is located, which is located quite close to the turns of the antenna. The second screen with its base (the base of the cone forming it) is rigidly fixed to the first screen, i.e. the base of the cone lies in one plane with the main screen. In this case, the metal cone is truncated from above so that it acts only on the lower parts of the branches of the spiral and does not affect the upper parts of the branches. The exact distance from the generatrix of the cone to the antenna turns is determined experimentally during the final tuning of the antenna.

Введение второго экрана внутрь антенны расширяет полосу согласования антенны в полтора раза.The introduction of a second screen into the antenna extends the antenna matching band by one and a half times.

Также, согласно изобретению, между плоским экраном антенны и вторым экраном дополнительно содержится устройство уменьшения антенного эффекта кабеля петлевого типа, представляющее из себя несколько витков кабеля на диэлектрическом сердечнике, аналогичное предложенному в [3] («катушка из кабеля без магнитопровода»). Использование данного устройства внутри антенны уменьшает зависимость характеристик антенны от длины и положения подводящего кабеля.Also, according to the invention, between the flat screen of the antenna and the second screen, an additional device for reducing the antenna effect of a loop-type cable is also provided, which consists of several turns of cable on a dielectric core, similar to that proposed in [3] (“cable coil without magnetic circuit”). Using this device inside the antenna reduces the dependence of the characteristics of the antenna on the length and position of the input cable.

Предлагаемое изобретение поясняется с помощью чертежа.The invention is illustrated using the drawing.

Антенна (фиг.1) содержит плоский металлический круглый экран 1, жестко закрепленный на нем металлический экран в форме усеченного круглого конуса 2, коаксиальный разъем 5, закрепленный своим корпусом на экране 1, четырехзаходная спираль 4, витки которой жестко закреплены нижними концами на экране 1, а верхними концами - друг к другу, устройство уменьшения антенного эффекта кабеля петлевого типа 3, включающее диэлектрический сердечник и намотанный на него в несколько витков коаксиальный кабель, экран которого с обоих концов припаян к экрану 1, а центральная жила которого закреплена одним концом на коаксиальном разъеме 5 и другим концом на нижнем конце одного из витков четырехзаходной спирали 4.The antenna (Fig. 1) contains a flat metal round screen 1, a metal screen rigidly fixed on it in the form of a truncated round cone 2, a coaxial connector 5 fixed by its housing on the screen 1, a four-way spiral 4, the turns of which are rigidly fixed with the lower ends on the screen 1 and with the upper ends to each other, a device for reducing the antenna effect of a loop type 3 cable, including a dielectric core and a coaxial cable wound around it in several turns, the screen of which is soldered to screen 1 from both ends, and the central core of which is fixed at one end to the coaxial connector 5 and the other end at the lower end of one of the turns of the four-way spiral 4.

Жесткое скрепление экранов 1 и 2 между собой, витков четырехзаходной спирали 4 между собой, четырехзаходной спирали 4 и экрана 1, а также центральной жилы коаксиального кабеля к разъему 5 и к одному из витков четырехзаходной спирали 4 может быть выполнено любым известным способом, обеспечивающим электропроводность (к примеру, с использованием процесса пайки). В качестве коаксиального разъема может быть использован любой известный разъем, к примеру, разъем N-типа. В качестве коаксиального кабеля может быть использован любой известный коаксиальный кабель, к примеру, кабель типа РК 50-2-22.Rigid fastening of the shields 1 and 2 to each other, the turns of the four-way spiral 4 to each other, the four-way spiral 4 and the screen 1, as well as the central core of the coaxial cable to the connector 5 and to one of the turns of the four-way spiral 4 can be performed by any known method that provides electrical conductivity ( for example, using a soldering process). As a coaxial connector, any known connector, for example, an N-type connector, can be used. As a coaxial cable, any known coaxial cable can be used, for example, a cable of the type PK 50-2-22.

Для повышения жесткости конструкции дополнительно может быть выполнено заполнение пространства между экраном в форме усеченного круглого конуса 2 и четырехзаходной спиралью 4 любым радиопрозрачным твердым материалом (к примеру, пенопластом).To increase the rigidity of the structure, an additional filling of the space between the screen in the form of a truncated round cone 2 and the four-way spiral 4 with any radio-transparent solid material (for example, foam) can be performed.

Таким образом, предложенная антенна сферическо-спиральной конструкции по сравнению с антенной-прототипом обладает улучшенными свойствами согласования и сниженным антенным эффектом кабеля, при этом ее внешние габариты по сравнению с габаритами антенны-прототипа не изменились, т.е. была сохранена высокая эффективность по соотношению коэффициента усиления и габаритов, присущая сферическо-спиральным антеннам.Thus, the proposed antenna of a spherical-spiral design in comparison with the prototype antenna has improved matching properties and a reduced antenna effect of the cable, while its external dimensions have not changed compared to the dimensions of the prototype antenna, i.e. high efficiency was preserved in terms of the ratio of gain and dimensions inherent in spherical-helical antennas.

Список литературыBibliography

1. Miron D. Small antenna design // British Library Cataloguing-in-Publication data, Elsevier Inc., 2006.1. Miron D. Small antenna design // British Library Cataloging-in-Publication data, Elsevier Inc., 2006.

2. Best S. The Radiation Properties of Electrically Small Folded Spherical Helix Antennas // IEEE Transactions on antennas and propagation. Vol.52, No. 4, April 2004.2. Best S. The Radiation Properties of Electrically Small Folded Spherical Helix Antennas // IEEE Transactions on antennas and propagation. Vol. 52, No. April 4, 2004.

3. Гречихин А., Проскуряков Д. Антенный эффект фидера. - М.: Радио, 2000, №12, с.56-58; 2001, №1, с.64-66, №3, с.67.3. Grechikhin A., Proskuryakov D. Antenna effect of the feeder. - M .: Radio, 2000, No. 12, p. 56-58; 2001, No. 1, p. 64-66, No. 3, p. 67.

Claims

An antenna of a spherical-spiral design, including a flat screen and four branches of radiating spirals, interconnected in the upper part of the hemisphere, with one of the branches with the second end connected to the supply cable, and the other three branches with the second ends connected to the screen, characterized in that the antenna is additionally comprises a second screen in the form of a round cone truncated from above located between the flat screen and the hemisphere, and a loop-type antenna effect reducing device located between the flat screen and a second screen, which is a cable wound around a dielectric core.