RU191084U1

RU191084U1 - Pyramidal Broadband Turnstile Antenna

Info

Publication number: RU191084U1
Application number: RU2019112066U
Authority: RU
Inventors: Галина Владимировна Подшивалова; Станислав Евгеньевич Нескородов; Олег Алексеевич Рощупкин
Original assignee: Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2019-07-23

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве передающей и приемной широкополосной антенны эллиптической поляризации УКВ и СВЧ диапазонов. Антенна содержит излучатель, состоящий из двух ортогональных печатных диполей (1) и (2), введен Т-образный диэлектрический держатель (6), служащий стрежнем для дроссельной линии питания (4), которая выполнена коаксиальной несимметричной, обеспечивающей дроссельную развязку излучателя с экраном (5), имеющим пирамидальную форму, при этом диэлектрическая плата (3) закреплена на Т-образном диэлектрическом держателе (6). Технический результат заключается в упрощении конструкции антенны, в уменьшении ее габаритных размеров, в увеличении ширины рабочего диапазона частот и в расширении ширины основного лепестка диаграммы направленности, а также в повышении надежности конструкции. 2 ил.The utility model relates to antenna technology and can be used as a transmitting and receiving broadband antenna of elliptical polarization of VHF and microwave ranges. The antenna contains an emitter, consisting of two orthogonal printed dipoles (1) and (2), a T-shaped dielectric holder (6) is introduced, which serves as a rod for the throttle power line (4), which is made coaxial asymmetric, providing throttle isolation of the emitter with the screen ( 5) having a pyramidal shape, while the dielectric board (3) is mounted on a T-shaped dielectric holder (6). The technical result is to simplify the design of the antenna, to reduce its overall dimensions, to increase the width of the working frequency range and to expand the width of the main lobe of the radiation pattern, as well as to increase the reliability of the structure. 2 ill.

Description

Предлагаемое устройство относится к антенной технике и может быть использовано в качестве передающей и приемной широкополосной антенны эллиптической поляризации УКВ и СВЧ диапазонов.The proposed device relates to antenna technology and can be used as a transmitting and receiving broadband antenna of elliptical polarization of VHF and microwave ranges.

Известны антенны, в которых эллиптическая поляризация достигается за счет излучения двух линейных поляризаций с определенной разностью фаз (А.Л. Драбкин, В.Л. Зузенко, А.Г. Кислов/ Антенно-фидерные устройства/Изд. "Советское радио", Москва 1974- стр.312). Недостатком таких антенн является узкая полоса рабочих частот, ограниченная шириной полосы пропускания фазовращателя.Antennas are known in which elliptical polarization is achieved by emitting two linear polarizations with a certain phase difference (A.L. Drabkin, V.L. Zuzenko, A.G. Kislov / Antenna-feeder devices / Sovetskoe Radio Publishing House, Moscow 1974- p. 312). The disadvantage of such antennas is a narrow operating frequency band, limited by the bandwidth of the phase shifter.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому устройству является антенна, описанная в работе (S.-W. Qu, C. H. Chan/ Wideband and high-gain composite cavity-backed crossed triangular bowtie dipoles for circularly polarized radiation/ IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. 58, №10, 2010- pp.3157-3164), принятая за прототип.The closest analogue in technical essence to the proposed device is the antenna described in (S.-W. Qu, CH Chan / Wideband and high-gain composite cavity-backed crossed triangular bowtie dipoles for circularly polarized radiation / IEEE Transactions on antennas and propagation , vol. 58, No. 10, 2010- pp. 3157-3164), adopted as a prototype.

Схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:The circuit of the prototype device is shown in FIG. 1, where indicated:

1 – печатный диполь;1 - printed dipole;

2 – печатный диполь с емкостной вставкой;2 - printed dipole with capacitive insert;

4 – щелевая линия питания;4 - slotted power line;

5 – экран; 5 - screen;

7 – коаксиально-полосковый переход;7 - coaxial-strip transition;

Устройство-прототип состоит из излучателя, образованного диполями 1 и 2, расположенными на диэлектрической плате (на фиг. 1 не показана). Плата устанавливается на щелевую линию питания 4, полученная конструкция устанавливается в центр экрана 5. Коаксиально-полосковый переход 7 позволяет подключать антенну к коаксиальным фидерным линиям. Ось коаксиальной фидерной линии совпадает с продольной осью симметрирующей линии и нормальной осью печатной платы (осью оZ).The prototype device consists of a radiator formed by dipoles 1 and 2 located on a dielectric board (not shown in Fig. 1). The board is installed on the slotted power line 4, the resulting design is installed in the center of the screen 5. Coaxial-strip transition 7 allows you to connect the antenna to the coaxial feeder lines. The axis of the coaxial feeder line coincides with the longitudinal axis of the symmetrical line and the normal axis of the circuit board (axis oZ).

Устройство-прототип работает следующим образом.The prototype device operates as follows.

Печатный диполь 1 имеет каплевидную форму плеча, ширина которой одного порядка с длиной. Вследствие этого распределение тока больше не является синусоидальным, что позволяет добиться квазитреугольного распределения тока во всей полосе частот. Емкостная вставка на печатном диполе 2 одновременно является и элементом согласования, и элементом поворота фазы между диполями. Распределение тока на диполе 2 не является непрерывным из-за наличия сосредоточенной емкости, что приводит к изменению комплексного входного сопротивления элемента. Таким образом, печатные диполи 1 и 2 имеют разные фазы входного сопротивления, что эквивалентно использованию фазовращателя. Щелевая линия питания 4 является полосковым симметрирующим устройством. Экран 5 служит отражателем заднего лепестка излучающих диполей. Ширина экрана 5 позволяет управлять шириной диаграммы направленности антенны. The printing dipole 1 has a drop-shaped shoulder shape, the width of which is of the same order as the length. As a result, the current distribution is no longer sinusoidal, which makes it possible to achieve a quasi-triangular distribution of current in the entire frequency band. The capacitive insert on the printed dipole 2 is at the same time an element of coordination and an element of phase rotation between the dipoles. The current distribution on dipole 2 is not continuous due to the presence of a concentrated capacitance, which leads to a change in the complex input resistance of the element. Thus, printed dipoles 1 and 2 have different phases of input resistance, which is equivalent to using a phase shifter. Slit power line 4 is a strip balancing device. Screen 5 serves as a reflector of the back lobe of the emitting dipoles. The width of the screen 5 allows you to control the width of the antenna pattern.

Недостатками устройства-прототипа являются технологическая и конструктивная сложность изготовления симметрирующей щелевой линии питания, а также ее малая электрическая длина, из-за чего размах плеч излучателя составляет 0,6 максимальной длины волны, что приводит к быстрому раздвоению основного лепестка диаграммы направленности с увеличением частоты. Таким образом, отношение верхней рабочей частоты к нижней составляет не более 1.5. Кроме того, ортогональное расположение печатных несущих элементов (платы с диполями 1 и 2 и щелевой линии питания 4) обладает малой стойкостью к внешним механическим воздействиям. Параметр согласования антенны по входу: КСВН < 2 в рабочем диапазоне.The disadvantages of the prototype device are the technological and constructive complexity of manufacturing a symmetrical slotted power line, as well as its small electric length, because of which the span of the emitter arms is 0.6 of the maximum wavelength, which leads to a rapid bifurcation of the main lobe of the radiation pattern with increasing frequency. Thus, the ratio of the upper operating frequency to the lower one is not more than 1.5. In addition, the orthogonal arrangement of the printed load-bearing elements (boards with dipoles 1 and 2 and slotted power line 4) has low resistance to external mechanical stresses. Input antenna matching parameter: VSWR <2 in the operating range.

Задачей предлагаемого устройства является расширение рабочей полосы частот и увеличение ширины основного лепестка диаграммы направленности при одновременном упрощении конструкции и повышении надежности.The objective of the proposed device is to expand the working frequency band and increase the width of the main lobe of the radiation pattern while simplifying the design and increasing reliability.

Для решения поставленной задачи в широкополосную турникетную антенна с пирамидальным экраном, содержащую излучатель из двух ортогональных печатных диполей, один из которых с емкостной вставкой, расположенных на диэлектрической плате, а также экран и линию питания, согласно полезной модели, что введен Т-образный диэлектрический держатель, служащий стрежнем для дроссельной линии питания, которая выполнена коаксиальной, несимметричной, обеспечивающей дроссельную развязку излучателя с экраном, имеющим пирамидальную форму, при этом диэлектрическая плата закреплена на Т-образном диэлектрическом держателе.To solve this problem, a broadband turnstile antenna with a pyramidal screen containing an emitter of two orthogonal printed dipoles, one of which with a capacitive insert located on a dielectric board, as well as a screen and a power line, according to a utility model, that a T-shaped dielectric holder is inserted serving as a rod for the throttle power line, which is made coaxial, asymmetrical, providing throttle isolation of the emitter with a screen having a pyramidal shape, with this die The circuit board is mounted on a T-shaped dielectric holder.

Схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено:A diagram of the proposed device is shown in FIG. 2, where indicated:

1 – печатный диполь;1 - printed dipole;

3 – диэлектрическая плата;3 - dielectric board;

4 – дроссельная линия питания;4 - throttle power line;

5 –экран;5 - screen;

6 – Т-образный диэлектрический держатель.6 - T-shaped dielectric holder.

Предлагаемое антенное устройство состоит из излучателя, образованного диполями 1 и 2, расположенными на диэлектрической плате 3. Диэлектрическая плата 3 устанавливается на Т-образный диэлектрический держатель 6, служащий стрежнем для дроссельной линии питания 4, выполненной коаксиальным кабелем. Дроссельная линия питания 4 проходит сквозь экран 5, имея электрический контакт внешней оплетки кабеля с экраном.The proposed antenna device consists of an emitter formed by dipoles 1 and 2 located on the dielectric board 3. The dielectric board 3 is mounted on a T-shaped dielectric holder 6, which serves as a rod for the throttle power line 4 made by a coaxial cable. The throttle supply line 4 passes through the screen 5, having an electrical contact of the outer sheath of the cable with the screen.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

При подаче сигнала по дроссельной линии питания 4, являющейся несимметричной коаксиальной линией, возбуждаются токи на одном плече каждого из диполей 1 и 2. Полученное электрическое поле наводит симметричные токи на втором плече соответствующего диполя. Таким образом, полученное интегральное поле оказывается эквивалентным полю при использовании симметрирующей линии питания (щелевой линии питания 4 устройства-прототипа). Развязка между вторыми плечами диполей 1 и 2 и экраном 5, имеющим гальванический контакт, обеспечивается за счет индуктивности намотки дроссельной линии питания 4. Стержнем для дросселя, образованного дроссельной линией питания 4, служит Т-образный держатель 6, выполненный из диэлектрика. Вращение фазы между ортогональными диполями 1 и 2 достигается наличием емкостной вставки на печатном диполе 2 (на фиг. 2 не обозначена). Величина емкости регулируется толщиной диэлектрической платы 3. Наличие емкостной вставки на диполе 2 приводит к изменению распределения тока и к изменению фазы комплексного входного сопротивления, что обеспечивает вращающуюся поляризацию излучения в направлении, ортогональном плоскости обоих диполей 1 и 2.When a signal is applied via the choke supply line 4, which is an asymmetric coaxial line, currents are excited on one arm of each of the dipoles 1 and 2. The resulting electric field induces symmetrical currents on the second arm of the corresponding dipole. Thus, the resulting integrated field is equivalent to the field when using a balancing power line (slotted power line 4 of the prototype device). The isolation between the second shoulders of the dipoles 1 and 2 and the screen 5, having galvanic contact, is provided due to the inductance of winding the throttle supply line 4. The core for the inductor formed by the throttle supply line 4 is a T-shaped holder 6 made of a dielectric. The rotation of the phase between the orthogonal dipoles 1 and 2 is achieved by the presence of a capacitive insert on the printed dipole 2 (not indicated in Fig. 2). The value of the capacitance is regulated by the thickness of the dielectric board 3. The presence of a capacitive insert on dipole 2 leads to a change in the current distribution and to a change in the phase of the complex input resistance, which provides a rotating polarization of radiation in the direction orthogonal to the plane of both dipoles 1 and 2.

При использовании дроссельной линии питания 4 увеличивается диапазон рабочих частот в сторону более длинных волн. Таким образом, отношение размаха плеч вибратора 1 к максимальной длине волны рабочего диапазона частот составит 0,4 (у устройства-прототипа 0,6), что позволяет уменьшить размер турникетной антенны. Уменьшение размера приводит к стабильности диаграммы направленности в большем диапазоне частот. Таким образом, отношение верхней рабочей частоты к нижней составляет 3 и более. Параметр согласования по входу антенны: КСВН < 2 в рабочем диапазоне.When using the choke power line 4, the range of operating frequencies increases towards longer waves. Thus, the ratio of the span of the shoulders of the vibrator 1 to the maximum wavelength of the working frequency range will be 0.4 (for the prototype device 0.6), which reduces the size of the turnstile antenna. Reducing the size leads to the stability of the radiation pattern in a larger frequency range. Thus, the ratio of the upper operating frequency to the lower one is 3 or more. Antenna input matching parameter: VSWR <2 in the operating range.

Экран 5 имеет пирамидальную форму и служит для отражения заднего лепестка излучения в направлении, отличном от направления главного лепестка, что приводит к расширению диаграммы направленности, в отличие от устройства-прототипа, где экран 5 выполняет фокусирующую функцию.The screen 5 has a pyramidal shape and serves to reflect the back lobe of the radiation in a direction different from the direction of the main lobe, which leads to the expansion of the radiation pattern, in contrast to the prototype device, where the screen 5 performs a focusing function.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство обладает большей широкополосностью при меньших размерах и конструктивной и технологической простоте. Кроме того, в отличие от прототипа, введение Т-образного держателя позволяет добиться большей жесткости конструкции, что повышает эксплуатационные характеристики устройства, а также увеличивает надежность и стойкость к внешним воздействиям.Thus, compared with the prototype, the proposed device has greater broadband with smaller sizes and structural and technological simplicity. In addition, unlike the prototype, the introduction of a T-shaped holder allows to achieve greater structural rigidity, which increases the operational characteristics of the device, and also increases the reliability and resistance to external influences.

Claims

A broadband turnstile antenna with a pyramidal screen, comprising an emitter of two orthogonal printed dipoles, one of which with a capacitive insert located on a dielectric board, as well as a screen and a power line, characterized in that a T-shaped dielectric holder is introduced, which serves as a rod for the throttle line power supply, which is made coaxial, asymmetric, providing a throttle isolation of the emitter with a screen having a pyramidal shape, while the dielectric board is mounted on a T-shaped dielectric holder.