RU179700U1

RU179700U1 - ULTRA-BAND LOGOPERIODIC ANTENNA WITH COLLINEAR VIBRATORS

Info

Publication number: RU179700U1
Application number: RU2017139029U
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Голубев; Василий Дмитриевич Пашкевич
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-технический институт "Радиосвязь" (ОАО "НТИ "Радиосвязь")
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2018-05-22

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике, работающей в диапазоне коротких волн и может быть использована на стационарных и мобильных объектах связи в качестве передающей антенны с передатчиками средней и повышенной мощности. В основу полезной модели положена задача синтеза сверхширокополосной антенны, в которой за счет применения принципа пирамидальности, вносимого в классическую конструкцию плоской логопериодической структуры, а также за счет внедрения дополнительных коллинеарных вибраторов достигнуто расширение возможности работы антенны до всей коротковолновой области с повышенным значением абсолютного коэффициента усиления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to an antenna technique operating in the short-wave range and can be used at stationary and mobile communication facilities as a transmitting antenna with medium and high power transmitters. The utility model is based on the task of synthesizing an ultra-wideband antenna, in which, by applying the principle of pyramidality introduced into the classical design of a flat log-periodic structure, as well as by introducing additional collinear vibrators, the antenna's ability to extend to the entire short-wave region with a higher value of the absolute gain is achieved. 1 s.p. f-ly, 3 ill.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может найти применение в качестве передающей сверхширокополосной антенны диапазона 2-30 МГц с повышенным значением коэффициента усиления, используемой на стационарных и мобильных объектах связи с передатчиками средней и повышенной мощности.The utility model relates to antenna technology and can be used as a transmitting ultra-wideband antenna in the range of 2-30 MHz with a higher gain used in stationary and mobile communication facilities with medium and high power transmitters.

Известны антенные системы - коллинеарные антенны, в которых эффект повышения коэффициента усиления достигается за счет последовательного соединения полуволновых проводников через реактивные двухполюсники, которые позволяют получить синфазное распределение тока на всех проводниках, образующих коллинеарную антенну [Бузов А.Л. Казанский Л.С. Романов В.А. Сподобаев Ю.М. Антенно-фидерные устройства систем сухопутной подвижной радиосвязи. - М.: Радио и связь, 1997. - 150 с.].Known antenna systems - collinear antennas, in which the effect of increasing the gain is achieved through the serial connection of half-wave conductors through reactive two-terminal devices, which allow to obtain in-phase current distribution on all conductors forming a collinear antenna [A. Buzov Kazan L.S. Romanov V.A. Spodobaev Yu.M. Antenna-feeder devices of land mobile radio communication systems. - M .: Radio and communications, 1997. - 150 p.].

Известны технические решения по созданию коллинеарных структур (патенты №2385519, №2157581), но необходимо отметить, что общим свойством описанных решений является их работа в сантиметровом, метровом, дециметровом диапазонах.Known technical solutions for the creation of collinear structures (patents No. 2385519, No. 2157581), but it should be noted that a common property of the described solutions is their work in the centimeter, meter, decimeter ranges.

Известна антенна с логарифмическим периодом излучения, описанная в патенте №2392706, работающая в декаметровом диапазоне волн, однако представленная конструкция не обеспечивает перекрытие всего коротковолнового диапазона, а максимальный коэффициент усиления на верхней частоте достигает лишь 6,2 дБ.A known antenna with a logarithmic period of radiation described in patent No. 2392706, operating in the decameter wavelength range, however, the design does not provide the overlap of the entire short-wave range, and the maximum gain at the upper frequency reaches only 6.2 dB.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является плоская логопериодическая вибраторная антенна по патенту РФ №2088003 (МПК: H01Q 11/10), состоящая из множества излучателей, имеющих форму диполей, расположенных параллельно друг другу и присоединенных к двухпроводному фидеру.The closest technical solution to the proposed utility model is a flat log-periodic vibrator antenna according to RF patent No. 2088003 (IPC: H01Q 11/10), consisting of many emitters having the form of dipoles located parallel to each other and connected to a two-wire feeder.

Недостатком известной плоской логопериодической антенны является узкий рабочий диапазон частот в ДКМВ диапазоне (коэффициент перекрытия по частоте составляет

), а также относительно низкий коэффициент усиления на верхней частоте равный 10 дБ.A disadvantage of the known flat log-periodic antenna is the narrow operating frequency range in the DKMV range (frequency overlap coefficient is

), as well as a relatively low gain at the upper frequency of 10 dB.

Целью заявляемой полезной модели является создание антенны, способной обеспечивать работу во всем коротковолновом диапазоне от 2 до 30 МГц (коэффициент перекрытия по частоте

) с повышенным значением абсолютного коэффициента усиления.The purpose of the claimed utility model is to create an antenna capable of operating in the entire short-wave range from 2 to 30 MHz (frequency overlap coefficient

) with a higher absolute gain value.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в основу полезной модели положена многовибраторная пирамидальная логопериодическая антенна с параметрами знаменателя геометрической прогрессии τ=0,87 и относительного расстояния между вибраторами σ=0,12, содержащая 26 вибраторов сосредоточенных по всей длине структуры, подключенных поочередно противофазно через один к двухпроводной распределительной линии, причем к обоим концам каждого вибратора структуры крепятся изолированные гальванически дополнительные, т.н. коллинеарные проводники (вибраторы), длины которых и расположение относительно основных активных вибраторов удовлетворяют соотношениям:The solution of the technical problem is achieved by the fact that the multivibrator pyramidal log-periodic antenna with the parameters of the denominator of geometric progression τ = 0.87 and the relative distance between the vibrators σ = 0.12, containing 26 vibrators concentrated along the entire length of the structure, connected alternately in phase through one to a two-wire distribution line, moreover, to the ends of each vibrator of the structure are isolated insulated galvanically additional, so-called collinear conductors (vibrators), the lengths of which and the location relative to the main active vibrators satisfy the relations:

- для вибраторов №1-17 - l₁=0,93L, l₂=0,1L;- for vibrators No. 1-17 - l ₁ = 0.93L, l ₂ = 0.1L;

- для вибраторов №18-26 -

,

,- for vibrators No. 18-26 -

,

где l₁ - длина коллинеарного вибратора, l₂ - удаление коллинеарного вибратора от активного в проекции на горизонтальную плоскость, L - длина активного вибратора.where l ₁ is the length of the collinear vibrator, l ₂ is the removal of the collinear vibrator from the active in the projection onto the horizontal plane, L is the length of the active vibrator.

Дополнительно в конструкции логопериодической антенны включен принцип пирамидальности - вибраторы относительно собирательной линии наклонены по отношению к земле на угол Ψ, лежащий в пределах 100°≤Ψ≤155°, что является конструктивным требованием к выполнению антенны. Сама же логопериодическая структура с целью сокращения количества опорных мачт и упрощения конструкции имеет излом, вершиной которого является место соединения вибратора №22 с распределительной линией, выбранный таким образом, чтобы обеспечить угол наклона части распределительной линии с вибраторами №1-22 с горизонтальной плоскостью в 22°, с вибраторами №22-26 с горизонтальной плоскостью в 20°.In addition, the principle of pyramidality is included in the design of the log-periodic antenna - the vibrators are inclined relative to the ground by an angle Ψ lying within 100 ° ≤Ψ≤155 °, which is a structural requirement for the antenna. The log-periodic structure itself, in order to reduce the number of supporting masts and simplify the design, has a kink, the apex of which is the junction of the vibrator No. 22 with the distribution line, chosen so as to provide an angle of inclination of part of the distribution line with the vibrators No. 1-22 with a horizontal plane of 22 °, with vibrators No. 22-26 with a horizontal plane of 20 °.

Техническим результатом, достигаемым при реализации всей совокупности заявляемых существенных признаков, является расширение рабочего диапазона частот до всей коротковолновой области, а также повышение абсолютного коэффициента усиления на 2-3 дБ.The technical result achieved by the implementation of the totality of the claimed essential features is to expand the operating frequency range to the entire short-wave region, as well as to increase the absolute gain by 2-3 dB.

Возможность достижения поставленной цели подтверждается результатами аналитического расчета и математического моделирования с помощью программного пакета 4NEC2X (v.5.8.1).The ability to achieve this goal is confirmed by the results of analytical calculation and mathematical modeling using the software package 4NEC2X (v.5.8.1).

Предлагаемая конструкция логопериодической антенны с коллинеарными вибраторами иллюстрируется и поясняется чертежами фиг. 1, фиг. 2.The proposed design of a log-periodic antenna with collinear vibrators is illustrated and illustrated by the drawings of FIG. 1, FIG. 2.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены общий вид и виды в проекциях на плоскости XY, YZ, XZ заявляемой логопериодической антенны соответственно. Логопериодическая антенна содержит 26 вибраторов 1, 2, 3, конструкция которых предполагает наличие активных вибраторов 8 и расположенных на определенном расстоянии 9 от них дополнительных коллинеарных вибраторов 7. Активные вибраторы 8 коммутируются к распределительной (собирательной) линии 4 перекрестно. Высота подвеса полотна антенны обеспечивается с помощью задействования одной мачты высотой 35 метров, устанавливаемой в месте соединения 6 вибратора №22 с распределительной линии 4, при этом конец распределительной линии 10 с низкочастотными вибраторами закрепляется на подпорке высотой 9 метров таким образом, чтобы обеспечить угол α1 с осью X, а часть с высокочастотными вибраторами угол α2 с осью X с закреплением начала распределительной линии - точки питания 5 на подпорке высотой 5 метров.In FIG. 1 and FIG. 2 presents a General view and views in projections on the plane XY, YZ, XZ of the inventive log-periodic antenna, respectively. Log-periodic antenna contains 26 vibrators 1, 2, 3, the design of which assumes the presence of active vibrators 8 and additional collinear vibrators 7 located at a certain distance 9 from them. Active vibrators 8 are switched crosswise to the distribution (collective) line 4. The height of the suspension of the antenna sheet is ensured by using one mast with a height of 35 meters, installed at the junction 6 of vibrator No. 22 with distribution line 4, while the end of the distribution line 10 with low-frequency vibrators is fixed to a support 9 meters high so as to provide an angle of α1 s the X axis, and the part with high-frequency vibrators, the angle α2 with the X axis with fixing the beginning of the distribution line - supply points 5 on a backup 5 meters high.

Результаты расчетов и математического моделирования в виде значений коэффициента усиления на частотах диапазона, графика зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению относительно линии питания с волновым сопротивлением 300 Ом, диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях на крайних и средней частоте рабочего диапазона представлены на фиг. 3.The results of calculations and mathematical modeling in the form of values of the gain at the frequencies of the range, a graph of the dependence of the coefficient of a standing wave on voltage relative to a power line with a wave impedance of 300 Ohms, radiation patterns in the horizontal and vertical planes at the extreme and middle frequencies of the operating range are presented in FIG. 3.

Логопериодическая антенна работает следующим образом.Log-periodic antenna operates as follows.

При подведении высокочастотной энергии к точке питания антенны ЛПА начинает излучать, причем в излучении участвует группа вибраторов, называемая активной зоной. Примерно в середине активной зоны располагается фазовый центр антенны. При изменении частоты подводимой высокочастотной энергии зона перемещается вдоль структуры, располагаясь в той части антенны, где длина активных вибраторов, примерно соответствует половине длине волны. Именно на этих вибраторах наблюдается наибольшее по амплитуде распределение тока. Кроме того, за счет сильных наведенных взаимосвязей возникают токи и на дополнительных коллинеарных вибраторах, гальванически изолированных от основных - активных, вследствие чего и наблюдается эффект увеличения коэффициента усиления.When high-frequency energy is supplied to the antenna’s power supply point, the LPA begins to emit, and a group of vibrators, called the active zone, participate in the radiation. About the middle of the core is the phase center of the antenna. When the frequency of the supplied high-frequency energy changes, the zone moves along the structure, located in that part of the antenna where the length of the active vibrators corresponds approximately to half the wavelength. It is on these vibrators that the largest current distribution in amplitude is observed. In addition, due to the strong induced interconnections, currents also appear on additional collinear vibrators that are galvanically isolated from the main active ones, as a result of which the effect of increasing the gain is observed.

Claims

1. An ultra-wide log-periodic antenna with collinear vibrators, consisting of 26 active vibrators concentrated along the entire length of the structure and connected in antiphase through one to a two-wire distribution line, characterized in that insulated additional collinear conductors are attached to each end of each active vibrator, their length and location relatively the main actives satisfy the ratios - for vibrators No. 1-17 -

,

; for vibrators No. 18-26 -

,

Where

- the length of the collinear conductor,

- removal of the collinear conductor from the active in projection onto a horizontal plane, L is the length of the active vibrator.

2. An ultra-wide log-periodic antenna with collinear vibrators according to claim 1, characterized in that the antenna vibrators are tilted relative to the ground by an angle Ψ lying within 100 ° ≤Ψ≤155 °, and the antenna itself has a kink, the apex of which is the junction of vibrator No. 22 with the distribution line, selected in such a way as to provide an angle of inclination of part of the distribution line with vibrators No. 1-22 with a horizontal plane of 22 °, and with vibrators No. 22-26 with a horizontal plane of 20 °.