RU195138U1 - THREE-BAND ANTENNA UNIT WITH CIRCLE POLARIZATION - Google Patents
THREE-BAND ANTENNA UNIT WITH CIRCLE POLARIZATION Download PDFInfo
- Publication number
- RU195138U1 RU195138U1 RU2019120247U RU2019120247U RU195138U1 RU 195138 U1 RU195138 U1 RU 195138U1 RU 2019120247 U RU2019120247 U RU 2019120247U RU 2019120247 U RU2019120247 U RU 2019120247U RU 195138 U1 RU195138 U1 RU 195138U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- antennas
- arms
- quadrifilar
- branches
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к антенной технике. Целью технического решения является уменьшение массогабаритных параметров трехдиапазонного блока антенн при функционировании в нескольких разнесенных частотных диапазонах МВ и ДМВ с широкими идентичными диаграммами направленности (ДН) во всей верхней (нижней) полусфере при высоком качестве круговой поляризации, а также стабильности фазовых центров антенн. Для этого предлагается компактная конструкция блока трех антенн с круговой поляризацией, причем крайние антенны - квадрифилярные, а расположенная между ними антенна - турникетная, что позволило выполнить жесткие требования к их ДН, ослабить электрические связи между антеннами разных диапазонов частот, при их одновременном функционировании. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to antenna technology. The purpose of the technical solution is to reduce the weight and size parameters of a tri-band antenna unit when operating in several spaced frequency ranges of MV and UHF with wide identical directivity patterns (DD) in the entire upper (lower) hemisphere with high quality circular polarization, as well as the stability of the phase centers of the antennas. For this, a compact design of the block of three antennas with circular polarization is proposed, with the extreme antennas being quadrifilar and the antenna located between them turnstile, which made it possible to meet stringent requirements for their DNs, weaken the electrical connections between antennas of different frequency ranges, while operating simultaneously. 3 s.p. f-ly, 4 ill.
Description
Полезная модель относится к устройствам радиосвязи в ВЧ и СВЧ диапазонах, точнее к области связных антенн, и может быть использована для космической связи и навигации.The utility model relates to radio communication devices in the high and microwave ranges, more specifically to the field of communication antennas, and can be used for space communications and navigation.
Антенны, применяемые, как в космической связи, так и используемые для навигации воздушных и морских судов должны обеспечивать прием сигналов спутниковых навигационных систем с любых направлений в пределах верхней (нижней) полусферы с углами места более 3°÷5° над линией горизонта. При этом особое внимание уделяется обеспечению равномерности диаграммы направленности (ДН) таких антенн. Использование таких антенн на космических аппаратах и в мобильных средствах возможно только при минимизации их массогабаритных параметров при сохранении требуемой равномерности и ширины ДН в вертикальной плоскости. В космической навигации важную роль играет стабильность фазового центра антенн, ДН и их идентичности во всех используемых диапазонах частот, а также независимость одновременной работы на одной, двух и трех частотах.Antennas used both in space communications and used for navigating aircraft and ships must receive signals from satellite navigation systems from any direction within the upper (lower) hemisphere with elevation angles of more than 3 ° ÷ 5 ° above the horizon. In this case, special attention is paid to ensuring the uniformity of the radiation pattern (MD) of such antennas. The use of such antennas on spacecraft and in mobile devices is possible only if their mass and size parameters are minimized while maintaining the required uniformity and width of the beam in the vertical plane. In space navigation, an important role is played by the stability of the phase center of the antennas, DNs and their identity in all used frequency ranges, as well as the independence of simultaneous operation at one, two and three frequencies.
Известен блок антенн [1], у которого техническим результатом является расширение рабочего диапазона частот с равномерной ДН. При совмещении конусных спиральных облучателей, возбуждаемых параллельно, и введении нескольких дополнительных элементов, достигается расширение полосы рабочих частот. Недостатком данной совмещенной антенны является то, что она имеет в двух участках частотного диапазона существенно различные ДН, которые в высокочастотной части становятся трехлепестковыми с глубокими провалами, что совершенно недопустимо для антенн навигационных систем. Кроме того, при углах визирования близких к горизонту ее усиление резко падает. В описании патента не оговорено угловое изменение коэффициента эллиптичности, который по оценкам резко уменьшается при углах более 45°. Известна совмещенная многовибраторная антенна [2]. Целью изобретения является многократное использование объема, занимаемого антенной, и обеспечение работы антенн в нескольких разнесенных частотных диапазонах. Для этого предлагается разместить монополь (диполь) Надененко внутри монополя (диполя) Надененко большего размера. При этом активным может являться лишь вибратор наименьшего размера. Однако такая совмещенная многодиапазонная антенна реализуема только в КВ и УКВ диапазонах. Из-за сильной связи между внешним и внутренним вибраторами и общего входа возникают значительные затруднения в их согласовании, особенно при определенных соотношениях частот различных диапазонов. ДН на разных частотных диапазонах существенно различны.A known antenna unit [1], in which the technical result is the extension of the working frequency range with a uniform beam. When combining conical helical irradiators excited in parallel and introducing several additional elements, an expansion of the working frequency band is achieved. The disadvantage of this combined antenna is that it has in the two parts of the frequency range substantially different radiation patterns, which in the high-frequency part become three-leafed with deep dips, which is completely unacceptable for antennas of navigation systems. In addition, when the viewing angles are close to the horizon, its gain drops sharply. The patent description does not specify an angular change in the ellipticity coefficient, which is estimated to decrease sharply at angles of more than 45 °. Known combined multi-antenna [2]. The aim of the invention is the reuse of the volume occupied by the antenna, and ensuring the operation of the antennas in several spaced frequency ranges. For this, it is proposed to place a monopoly (dipole) Nadenenko inside a monopole (dipole) Nadenenko larger. In this case, only the smallest vibrator can be active. However, such a combined multi-band antenna is only feasible in HF and VHF bands. Due to the strong connection between the external and internal vibrators and the common input, significant difficulties arise in matching them, especially with certain frequency ratios of different ranges. Beams at different frequency ranges are significantly different.
Ближайшим аналогом заявленного технического решения является блок трех квадрифилярных антенн (обеспечивающих излучение радиоволн) с круговой поляризацией [3]. Для уменьшения объема, занимаемого антеннами, высокочастотный излучатель S-диапазона размещен внутри среднечастотного L-диапазона. Антенна низкочастотного диапазона УВЧ является стандартной квадрифилярной антенной, длины ветвей которой равны половине длины волны. Четырехфазное возбуждение выполняет микрополосковая схема, расположенная в основании блока антенн. Верхние плечи спиралей закреплены на опорной диэлектрической втулке. Над этой антенной размещен объединенный блок антенн L- и S-диапазонов, входы (выходы) которых объединены общим симметрирующим устройством. Верхние концы спиральных элементов закреплены снаружи щелевого балуна. Использование блока квадрифилярных антенн с общей осью обеспечивает идентичность ДН и высокую стабильность фазовых характеристик во всех диапазонах частот. Их ДН в азимутальной и угломестной плоскостях перекрывают верхнюю (нижнюю) полусферу пространства при сохранении высоких параметров по эллиптичности. Достигнутое уменьшение габаритов трехдиапазонного блока антенн достигнуто благодаря объединению антенн L- и S-диапазонов (размещению антенны S-диапазонов внутри антенны L-диапазона) и исключению фазирующих цепей. При этом объединение выходов антенн L- и S-диапазонов на общем симметрирующем устройстве, во-первых, делает их согласование зависимым и при определенном соотношении частот даже невыполнимым, а во вторых, требует дополнения блока совмещенных антенн дуплексером, ответвляющим (суммирующим) сигналы различных частот.The closest analogue of the claimed technical solution is a block of three quadrifilar antennas (providing radiation of radio waves) with circular polarization [3]. To reduce the volume occupied by the antennas, the high-frequency emitter of the S-band is located inside the mid-frequency L-band. The UHF low-frequency antenna is a standard quadrifilar antenna, the branch lengths of which are equal to half the wavelength. Four-phase excitation is performed by a microstrip circuit located at the base of the antenna unit. The upper arms of the spirals are mounted on a supporting dielectric sleeve. Above this antenna there is a combined block of L- and S-band antennas, the inputs (outputs) of which are combined by a common balancing device. The upper ends of the spiral elements are fixed outside the slotted balloon. The use of a block of quadrifilar antennas with a common axis ensures the identity of the beam and high stability of phase characteristics in all frequency ranges. Their MDs in the azimuthal and elevation planes overlap the upper (lower) hemisphere of space while maintaining high ellipticity parameters. The achieved reduction in the dimensions of the tri-band antenna unit is achieved by combining the L- and S-band antennas (placing the S-band antennas inside the L-band antenna) and eliminating phasing circuits. In this case, combining the outputs of the L- and S-band antennas on a common balun device, firstly, makes their matching dependent and even impossible at a certain frequency ratio, and secondly, it requires the addition of a block of combined antennas with a duplexer branching (summing) signals of different frequencies .
Целью предлагаемого технического решения является уменьшение массогабаритных параметров трех диапазонного блока антенн для работы на нескольких разнесенных частотных диапазонах с широкими и идентичными ДН во всей верхней (нижней) полусфере при высоком качестве круговой поляризации, а также стабильности фазовых центров антенн.The aim of the proposed technical solution is to reduce the weight and size parameters of the three-band antenna unit for operation on several spaced frequency ranges with wide and identical beams in the entire upper (lower) hemisphere with high quality circular polarization, as well as the stability of the phase centers of the antennas.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид трехдиапазонного блока антенн, на фиг.2 дан вид высокочастотной верхней антенны (вид А), на фиг.3 дана схема возбуждения ортогональных плеч антенн и на фиг.4 приведено согласующее и симметрирующее устройство.The essence of the utility model is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a tri-band antenna unit, Fig. 2 shows a high-frequency upper antenna (view A), Fig. 3 shows a drive circuit for orthogonal antenna arms, and Fig. 4 shows a matching and balancing device.
Трех диапазонный блок антенн с круговой поляризацией, предназначен для передачи и приема когерентных сигналов. Для минимизации массогабаритных параметров блока антенн и выполнения требований к идентичности ДН всех излучателей, их фазовых и поляризационных характеристик в широком телесном угле, включающем верхнюю (нижнюю) полусферу, были выбраны следующие типы антенн: крайние антенны - квадрифилярные, а расположенная между ними антенна - турникетная, что позволило выполнить жесткие требования к их ДН, ослабить электрические связи между антеннами разных частотных диапазонов при их одновременном функционировании. Блок антенн (фиг. 1) состоит из проводящего основания 1 и проводящей штанги 2 (возможны варианты исполнения, т.е. штанга 2 может иметь как квадратное, так и круглое сечение), на которой соосно смонтированы три резонансные антенны с четырехфазным возбуждением (0°, 90°, 180° и 270°) и идентичными ДН с круговой поляризацией для независимого излучения (приема) когерентных сигналов трех длин волн λ1, λ2 и λ3, при условии, что λ1>λ2>λ3. При этом геометрические соотношения размеров излучающих элементов должны выбираться согласно соотношению их длин волн λ1/λ2=λ2/λ3=const. Причем нижняя (относительно основания 1) низкочастотная квадрифилярная антенна 3 с рабочей длиной волны λ1 имеет четыре ортогональные ветви длиной l1j, пары ветвей образуют соответствующие бифилярные контуры 4 и 5, средняя длина которых равна λ1. Для создания квадратурного возбуждения бифилярных контуров 4 и 5 использована частотная расстройка, при которой контур 4 - длиннее резонансной длины, в то время как контур 5 - короче резонансной длины. Для каждой антенны длина ветви lij, характеризуется индексами, где i = 1, 2, 3 - номера длин волн, а j = 1, 2, 3, 4 - индексы плеч этих антенн. Каждая ветвь контура 4 имеет горизонтальное верхнее плечо 6 и горизонтальное нижнее плечо 7, соединенные отрезком спирали. А каждая ветвь контура 5 имеет горизонтальное верхнее плечо 8 и горизонтальное нижнее плечо 9, соединенные отрезком спирали. Причем каждое нижнее плечо повернуто относительно верхнего плеча на угол 90°. Выбор такой конструкции позволил получить заданные параметры для ширины ДН и входного импеданса каждой бифилярной антенны. Верхние плечи 6 и 8 закреплены в диэлектрической втулке 10, а нижние плечи 7 и 9 заземлены на внешней поверхности штанги 2. Среднечастотная средняя антенна 11 турникетного типа с рабочей длиной волны λ2 образована скрещенными диполями. Ее пары плеч 12 и 13 развернуты по направлению к нижней антенне 3 на угол ~30° и закреплены в диэлектрической втулке 14. Причем роль рефлекторов этой антенны выполняют соответствующие верхние плечи нижней антенны 3, т.е. паре плеч 12 соответствует пара плеч 6 нижней антенны 3 и паре плеч 13 соответствует пара плеч 8 нижней антенны 3. Для формирования четырехфазного возбуждения, использована частотная расстройка ортогональных диполей: относительная длина пары плеч 12 - больше резонансной, а длина пары плеч 13 - меньше резонансной, что позволило исключить фазирующее устройство. Для осуществления возбуждения с требуемыми фазовыми сдвигами одна пара плеч турникетной антенны l21=l23 имеет относительную длину l21(0°)/λ2=l23(180°)/λ2≈0,23÷0,24, а другая пара плеч l22=l24 имеет относительную длину l22(90°)/λ2=l24(270°)/λ2≈0,26÷0,27. Высокочастотная верхняя квадрифилярная антенна 15 (фиг.2) с рабочей длиной волны λ3 имеет четыре ортогональные ветви каждая длиной l3j. Пары ветвей l31=l33 образуют бифилярный контур 16, пары ветвей l32=l34 образуют бифилярный контур 17, причем средняя длина контуров равна λ3. Для создания квадратурного возбуждения этих контуров была использована частотная расстройка, при которой контур 16 - длиннее резонансной длины λ3, в то время как контур 17 - короче резонансной длины. Каждая ветвь контура 16 имеет горизонтальное верхнее плечо 18 и горизонтальное нижнее плечо 19, соединенные отрезком спирали. А каждая ветвь контура 17 имеет горизонтальное верхнее плечо 20 и горизонтальное нижнее плечо 21, которые соединены отрезком спирали. Причем каждое нижнее плечо повернуто относительно верхнего плеча на угол 90°. Выбор такого угла позволяет получить заданные параметры: ширины ДН и входного импеданса для каждой бифилярной антенны. Верхние ортогональные плечи 18 и 20 закреплены в диэлектрической втулке 22, а нижние ортогональные плечи 19 и 21 электрически соединены с симметрирующем устройством антенны, выполненном в виде четвертьволнового коаксиального проводящего короткозамкнутого (КЗ) стакана 23 (балуна), который установлен вдоль оси штаги 2 и закреплен в торце диэлектрической втулки 14. Каждая из трех антенн блока имеет симметричный вход (выход), соединенный с соответствующим коаксиальным кабелем 24, каждый из которых проложен и закреплен в штанге 2, а в нижней ее части подсоединен к соответствующему (одному из трех) разъему 29. Образец соединения симметричных входов антенн, закрепленных в диэлектрических втулках, с коаксиальным кабелем дан на фиг. 3 (на примере нижней антенны 3). Одна пара соседних плеч 6 и 8 с коническими наконечниками припаяна к верхней кромке оплетки 31 кабеля 24. Другая пара соединена перемычкой 32, к которой припаян центральный проводник 30 кабеля 31. Причем симметрирующем устройством для антенны 15 будет стакан 23, для антенны 11 - стакан 25, который закреплен на торце штанги 2 и верхним концом входит в диэлектрическую втулку 14 и для антенны 3 - стакан 26, который установлен в штанге 2. Для электрического укорочения каждого четвертьволнового КЗ стакана его внутренний объем частично заполнен диэлектриком (фторопластом). Для каждой из антенн (3, 11, 15) соответствующий ей КЗ стакан (26, 25, 23) имеет настроечный элемент (Фиг. 4, на примере антенны 15), выполненный в виде перемещающейся по внешней поверхности стакана 23 проводящей втулки 27, у которой болт 34 фиксирует положение проводящей разрезной втулки 33 в точке резонанса. Втулка 33 замыкает внутреннюю поверхность стакана 23 с оплеткой 31 кабеля 24. Болты 34 имеют ограничители, которые допускают продавливание оплетки каждого кабеля в месте фиксации настроечного элемента на толщину около 0,3 мм, что повышает надежность контакта.Three-band block of antennas with circular polarization, designed to transmit and receive coherent signals. To minimize the weight and size parameters of the antenna unit and fulfill the requirements for the identity of the IDs of all emitters, their phase and polarization characteristics in a wide solid angle, including the upper (lower) hemisphere, the following types of antennas were selected: extreme antennas are quadrifilar, and the antenna located between them is turnstile , which made it possible to fulfill the stringent requirements for their DNs, to weaken the electrical connections between antennas of different frequency ranges during their simultaneous operation. The antenna block (Fig. 1) consists of a
Предложенная конструкция трех диапазонного блока антенн с круговой поляризацией по совокупности признаков обладает новизной, что позволило достичь заявленный положительный эффект.The proposed design of the three-band array of antennas with circular polarization for the totality of features has novelty, which allowed to achieve the claimed positive effect.
Источники литературыSources of literature
1. Лисенков С.А., Лукин В. Ф. «Совмещенное антенное устройство», Патент РФ № 2527195, 2014.1. Lisenkov S. A., Lukin V. F. “Combined antenna device”, RF Patent No. 2527195, 2014.
2. Кабетов Р.В., Каланчин Н.А., «Совмещенная многовибраторная антенна», Патент РФ № 2525742, 2014.2. Kabetov R.V., Kalanchin N.A., “Combined multi-antenna”, RF Patent No. 2525742, 2014.
3. Xudong Bai, Jingjing Tang, Xianling Liang. «Compact Design of Triple-band Circulary Polarized Quadrifilar Helix Antennas». IEEE Antennas and wireless propagation leters, pр. 380-383, vol 13. 2014.3. Xudong Bai, Jingjing Tang, Xianling Liang. "Compact Design of Triple-band Circulary Polarized Quadrifilar Helix Antennas." IEEE Antennas and wireless propagation leters, pp. 380-383, vol.13.2014.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120247U RU195138U1 (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | THREE-BAND ANTENNA UNIT WITH CIRCLE POLARIZATION |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019120247U RU195138U1 (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | THREE-BAND ANTENNA UNIT WITH CIRCLE POLARIZATION |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU195138U1 true RU195138U1 (en) | 2020-01-15 |
Family
ID=69167491
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019120247U RU195138U1 (en) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | THREE-BAND ANTENNA UNIT WITH CIRCLE POLARIZATION |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU195138U1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1241307A (en) * | 1996-12-20 | 2000-01-12 | 艾利森公司 | Dual frequency band quadrifilar helix antenna systems and methods |
EP0944931B1 (en) * | 1996-12-20 | 2003-05-07 | Ericsson, Inc. | L-band quadrifilar helix antenna |
RU2400879C1 (en) * | 2009-10-12 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Московское конструкторское бюро "Компас" | Double-channel duel-band quadrifilar antenna |
-
2019
- 2019-06-28 RU RU2019120247U patent/RU195138U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1241307A (en) * | 1996-12-20 | 2000-01-12 | 艾利森公司 | Dual frequency band quadrifilar helix antenna systems and methods |
EP0944931B1 (en) * | 1996-12-20 | 2003-05-07 | Ericsson, Inc. | L-band quadrifilar helix antenna |
RU2400879C1 (en) * | 2009-10-12 | 2010-09-27 | Открытое акционерное общество "Московское конструкторское бюро "Компас" | Double-channel duel-band quadrifilar antenna |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Xudong Bai, Jingjing Tang, Xianling Liang. "Compact Design of Triple-band Circulary Polarized Quadrifilar Helix Antennas". IEEE Antennas and wireless propagation leters, pр. 380-383, vol 13. 2014. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6133891A (en) | Quadrifilar helix antenna | |
US8537063B2 (en) | Antenna for reception of satellite radio signals emitted circularly, in a direction of rotation of the polarization | |
ES2289826T3 (en) | DIELECTRIC RESONATOR ANTENNA WITH CIRCULAR POLARIZATION. | |
US20170179606A1 (en) | Multi-Band Helical Antenna System | |
WO2014096868A1 (en) | Antenna assembly and system | |
US3789416A (en) | Shortened turnstile antenna | |
US20220231417A1 (en) | Antenna network with directive radiation | |
US20170237174A1 (en) | Broad Band Diversity Antenna System | |
EP3314694B1 (en) | Multi-filar helical antenna | |
Li et al. | A dual-band circularly polarized antenna with wide HPBWs for CNSS applications | |
RU195138U1 (en) | THREE-BAND ANTENNA UNIT WITH CIRCLE POLARIZATION | |
CN109378580B (en) | Dual-frequency circularly polarized monopole antenna with wide axial ratio bandwidth | |
CA3169366A1 (en) | Filar antenna element devices and methods | |
Priya et al. | Design and analysis of planar array with horn antenna beams | |
RU2636259C1 (en) | Dual-polarized dipole antenna | |
Yang et al. | The design of microstrip patch antenna with four polarizations | |
Ranjit et al. | A Dual Circularly Polarized Substrate Integrated Waveguide Antenna for X-band Application | |
RU2672503C1 (en) | Ultra broadband antenna range dmv2 | |
Zeng et al. | A Dual-band Circularly Polarized Cross-Dipole Antenna for Wireless Energy Harvesting | |
Iqbal et al. | Designing omnidirectional bifilar Helix Antenna for circular polarization | |
Zoubiri et al. | A novel radiation pattern and frequency reconfigurable single-armed spiral microstrip antenna design | |
CN116315621B (en) | Navigation enhancement type four-arm spiral antenna | |
CA3127203C (en) | Parasitic elements for antenna systems | |
Zhao et al. | An electrically large circularly polarized metallic cavity antenna with wide beamwidth for satellite applications | |
Nakano et al. | A Metaspiral Antenna for Azimuthal Beam Steering |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200129 |