RU203165U1

RU203165U1 - Broadband antenna

Info

Publication number: RU203165U1
Application number: RU2020134589U
Authority: RU
Inventors: Юрий Геннадьевич Антонов; Святослав Владимирович Балландович; Григорий Александрович Костиков; Любовь Михайловна Любина; Михаил Иванович Сугак
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Вектор" (АО "НИИ "Вектор")
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2021-03-24

Abstract

Широкополосная антенна относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве широкополосной приемно-передающей антенны мобильных и стационарных устройств систем мониторинга и дециметровой связи. Технический результат предлагаемой полезной модели - улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосной антенны. Технический результат достигается за счет того, что антенна содержит два одинаковых металлических полых пирамидальных элемента, расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания, причем каждый из полых пирамидальных элементов выполнен в виде двух симметричных частей, которые гальванически соединены друг с другом по всей длине разных сторон частично металлизированной с двух сторон платы, а также за счет выполнения в боковых ребрах симметричных частей пирамидальных элементов по всей длине сквозных отверстий щелевой формы, размер и период размещения которых не превышают половины длины волны на частоте, соответствующей нижней границе диапазона рабочих частот широкополосной антенны.The broadband antenna refers to antenna technology and is intended for use as a broadband receiving and transmitting antenna for mobile and stationary monitoring systems and decimeter communication systems. The technical result of the proposed utility model is to improve the manufacturability of the device while maintaining the characteristics of the broadband antenna. The technical result is achieved due to the fact that the antenna contains two identical metal hollow pyramidal elements, located coaxially and connected by their tops with the power line, and each of the hollow pyramidal elements is made in the form of two symmetrical parts, which are galvanically connected to each other along the entire length of different sides partially metallized on both sides of the board, and also due to the implementation of symmetrical parts of pyramidal elements in the lateral edges along the entire length of slotted through holes, the size and placement period of which do not exceed half the wavelength at a frequency corresponding to the lower limit of the operating frequency range of a broadband antenna.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве широкополосной приемно-передающей антенны мобильных и стационарных устройств систем мониторинга и дециметровой связи.The utility model relates to antenna technology and is intended for use as a broadband receiving and transmitting antenna for mobile and stationary monitoring and decimeter communication systems.

Известна биконическая антенна, содержащая два одинаковых полых конических элемента, расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания, а также диэлектрический шар, центр которого расположен на оси полых конических элементов, причем в диэлектрическом шаре выполнены два соосных конических углубления, обращенных вершинами к центру шара и сопряженных с поверхностями полых коническх элементов (Патент РФ RU 2221316 С1).Known biconical antenna containing two identical hollow conical elements, located coaxially and connected by their vertices with the power line, as well as a dielectric ball, the center of which is located on the axis of the hollow conical elements, and in the dielectric ball there are two coaxial conical recesses facing the center of the ball and hollow conical elements mating with surfaces (RF Patent RU 2221316 C1).

Недостатком такой антенны является технологическая сложность изготовления.The disadvantage of such an antenna is the technological complexity of manufacturing.

Из уровня техники известна печатная биконическая антенна, выполненная в виде двух треугольных элементов расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания (US 007339529 B2).From the prior art, a printed biconical antenna is known, made in the form of two triangular elements arranged coaxially and connected by their vertices with a supply line (US 007339529 B2).

Недостатком такого решения является высокая угловая неравномерность диаграммы направленности.The disadvantage of this solution is the high angular irregularity of the radiation pattern.

Известная биконическая антенна (Volakis John L. Antenna engineering handbook / John L. Volakis. - 4-е изд., - New York; London; Toronto: McGraw-Hill Education, 2007. - гл. 48, с. 48-4, рис. 48.1). Устройство содержит два одинаковых полых конических элемента, расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания.The famous biconical antenna (Volakis John L. Antenna engineering handbook / John L. Volakis. - 4th ed., - New York; London; Toronto: McGraw-Hill Education, 2007. - Ch. 48, p. 48-4, (See Figure 48.1) The device contains two identical hollow conical elements, located coaxially and connected by their vertices with the supply line.

Недостатками такого решения является необходимость введения в его структуру дополнительных элементов крепления для обеспечения механической прочности, что негативно сказывается на качестве диаграммы направленности биконической антенны, сложность изготовления.The disadvantages of this solution are the need to introduce additional fastening elements into its structure to ensure mechanical strength, which negatively affects the quality of the directional pattern of the biconical antenna, and the complexity of manufacturing.

Наиболее близким по совокупности существующих признаков к предлагаемому устройству является биконическая антенна (Патент JP 4577618 В2). Устройство содержит два одинаковых металлических полых пирамидальных элемента, расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания. При этом, каждый из полых пирамидальных элементов выполнен в виде двух симметричных частей, которые гальванически соединены друг с другом по всей длине разных сторон частично металлизированной с двух сторон платы.The closest in terms of the totality of existing features to the proposed device is a biconical antenna (Patent JP 4577618 B2). The device contains two identical metal hollow pyramidal elements, located coaxially and connected by their vertices with the power line. In this case, each of the hollow pyramidal elements is made in the form of two symmetrical parts, which are galvanically connected to each other along the entire length of different sides of the board, which is partially metallized on both sides.

Преимуществом прототипа широкая полоса рабочих частот, высокая угловая неравномерность диаграммы направленности, высокая механическая прочность.The advantage of the prototype is a wide bandwidth of operating frequencies, high angular irregularity of the radiation pattern, high mechanical strength.

Недостатком прототипа является - технологическая сложность и высокая стоимость изготовления симметричных частей пирамидальных элементов методом штамповки из-за требований к необходимому для изготовления оборудованию;The disadvantage of the prototype is the technological complexity and high cost of manufacturing symmetrical parts of the pyramidal elements by stamping due to the requirements for the equipment necessary for manufacturing;

Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосности антенны.The objective of the proposed utility model is to improve the manufacturability of the device while maintaining the antenna broadband characteristics.

Поставленная задача решается за счет того, что заявленное устройство, так же как и известное, содержит два одинаковых металлических полых пирамидальных элемента, расположенных соосно и соединенных вершинами с линией питания, причем каждый из полых пирамидальных элементов выполнен в виде двух симметричных частей, которые гальванически соединены друг с другом по всей длине разных сторон частично металлизированной с двух сторон диэлектрической платы. Но, в отличие от известного, в предлагаемой широкополосной антенне в боковых ребрах симметричных частей пирамидальных элементов по всей длине выполнены сквозные отверстия щелевой формы, размер и период размещения которых не превышают одной двадцатой длины волны на частоте, соответствующей нижней границе диапазона рабочих частот широкополосной антенны.The problem is solved due to the fact that the claimed device, as well as the known one, contains two identical metal hollow pyramidal elements located coaxially and connected by their vertices with the supply line, and each of the hollow pyramidal elements is made in the form of two symmetrical parts, which are galvanically connected with each other along the entire length of different sides of the dielectric board, partially metallized on both sides. But, in contrast to the known, in the proposed broadband antenna in the lateral edges of the symmetrical parts of the pyramidal elements along the entire length there are slotted through holes, the size and placement period of which do not exceed one twentieth wavelength at a frequency corresponding to the lower boundary of the broadband antenna operating frequency range.

Достигаемым техническим результатом является улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосной антенны.The achieved technical result is to improve the manufacturability of the device while maintaining the characteristics of the broadband antenna.

Технический результат достигается за счет выполнения в боковых ребрах симметричных частей пирамидальных элементов по всей длине сквозных отверстий щелевой формы, размер и период размещения которых не превышают одной двадцатой длины волны на частоте, соответствующей нижней границе диапазона рабочих частот широкополосной антенны.The technical result is achieved due to the implementation in the lateral edges of the symmetrical parts of the pyramidal elements along the entire length of the slotted through holes, the size and placement period of which do not exceed one twentieth wavelength at a frequency corresponding to the lower limit of the operating frequency range of the broadband antenna.

Полезная модель иллюстрируется 5 чертежами.The utility model is illustrated with 5 drawings.

Фиг. 1. - вид предлагаемой широкополосной антенны.FIG. 1. - view of the proposed broadband antenna.

Фиг. 2. - частотные зависимости коэффициента стоячей волны широкополосной антенны без сквозных прорезей в линиях сгиба и широкополосной антенны при наличии длине сквозных отверстий щелевой формы линиях сгиба.FIG. 2. - frequency dependences of the standing wave ratio of a broadband antenna without through slots in the fold lines and a broadband antenna in the presence of the length of the slotted through holes in the fold lines.

Фиг. 3. - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости широкополосной антенны без сквозных прорезей в линиях сгиба и широкополосной антенны при наличии длине сквозных отверстий щелевой формы в линиях сгиба при 1.5 ГГц.FIG. 3. - the directional pattern in the horizontal plane of a broadband antenna without through-slots in the fold lines and a broadband antenna with a length of slot-shaped through holes in the fold lines at 1.5 GHz.

Фиг. 4. - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости широкополосной антенны без сквозных прорезей в линиях сгиба и широкополосной антенны при наличии сквозных прорезей в линиях сгиба при 2 ГГц.FIG. 4. - The horizontal radiation pattern of a broadband antenna without through-slots in bend lines and a broadband antenna with through-slots in bend lines at 2 GHz.

Фиг. 5. - диаграмма направленности в горизонтальной плоскости широкополосной антенны без сквозных отверстий щелевой формы в линиях сгиба и широкополосной антенны при наличии длине сквозных отверстий щелевой формы в линиях сгиба при 2.5 ГГц.FIG. 5. - horizontal radiation pattern of a broadband antenna without slotted vias in bend lines and a broadband antenna with a length of slotted vias in bend lines at 2.5 GHz.

На чертежах введены следующие обозначения:The following symbols have been introduced in the drawings:

1 - линия питания.1 - power line.

2 - симметричные части пирамидальных элементов широкополосной антенны.2 - symmetrical parts of the pyramidal elements of the broadband antenna.

3 - диэлектрическая плата.3 - dielectric board.

4 - сквозные отверстия щелевой формы4 - through holes slotted

5 - ребра пирамидальных элементов антенны. Антенна работает следующим образом.5 - ribs of the pyramidal elements of the antenna. The antenna works as follows.

Линия питания 1 (фиг. 1), подключенная к вершинам полых пирамидальных элементов, выполненных в виде двух симметричных частей 2, которые гальванически соединены друг с другом по всей длине разных сторон частично металлизированной с двух сторон диэлектрической платы 3, возбуждает электромагнитное поле, которое излучается с внешних поверхностей пирамидальных элементов. Количество граней пирамиды, ее размеры и конфигурация линии питания определяются согласованием с требуемым входным сопротивлением в полосе рабочих частот антенны. Введение в конструкцию антенны длине сквозных отверстий щелевой формы 4 в ребрах 5 пирамидальных элементов антенны позволяет изготавливать симметричные части пирамидальных элементов методом лазерной резки в виде развертки, с последующим сгибом по линии ребер пирамидальной антенны. При этом, при выборе размера и периода отверстий, меньших 0.05λ, где λ соответствует центральной частоте рабочего диапазона антенны, наличие отверстий не оказывает существенного влияния на характеристики широкополосной антенны.The power line 1 (Fig. 1), connected to the tops of the hollow pyramidal elements made in the form of two symmetrical parts 2, which are galvanically connected to each other along the entire length of different sides of the dielectric board 3, partially metallized on both sides, excites an electromagnetic field, which is emitted from the outer surfaces of the pyramidal elements. The number of sides of the pyramid, its size and configuration of the power line are determined by matching with the required input impedance in the antenna operating frequency band. The introduction into the antenna design of the length of the through holes of the slotted shape 4 in the ribs 5 of the pyramidal elements of the antenna makes it possible to manufacture symmetrical parts of the pyramidal elements by laser cutting in the form of a sweep, followed by bending along the line of the ribs of the pyramidal antenna. At the same time, when choosing the size and period of the holes less than 0.05λ, where λ corresponds to the central frequency of the operating range of the antenna, the presence of holes does not significantly affect the characteristics of the broadband antenna.

Работа устройства подтверждается результатами электродинамического моделирования широкополосных антенн с высотой пирамиды в 50 мм и радиусом основания в 60 мм в полосе рабочих частот 1.25-3 ГГц (центральная частота 2 ГГц), выполненных как без длины сквозных отверстий щелевой формы в ребрах пирамиды, так и при наличии этих прорезей). При моделировании использовалось питание сосредоточенным источником с входным сопротивлением 50 Ом. Длина прорезей составила 7.5 мм, ширина - 1 мм, период - 10 мм.The operation of the device is confirmed by the results of electrodynamic modeling of broadband antennas with a pyramid height of 50 mm and a base radius of 60 mm in an operating frequency band of 1.25-3 GHz (central frequency 2 GHz), made both without the length of slot-shaped through holes in the pyramid ribs, and with the presence of these slots). The simulation used a lumped source with an input impedance of 50 ohms. The length of the slits was 7.5 mm, the width was 1 mm, and the period was 10 mm.

Из приведенных частотных зависимостей КСВ в полосе рабочих частот (фиг. 2) видно, что результаты для широкополосной антенны, выполненной без сквозных отверстий щелевой формы, и для широкополосной антенны при наличии сквозных прорезей в линиях сгиба в полосе рабочих частот отличаются в среднем на не более чем 0.5%. Аналогичный результат был получен и для прорезей как большей (порядка 15 мм), так и меньшей (порядка 5 мм) длины. Также малая степень влияния наличия прорезей в ребрах пирамидальных частей широкополосных антенны продемонстрировано на ДН в горизонтальной плоскости в полосе рабочих частот (фиг. 3-5), где значения для широкополосной антенны, выполненной без сквозных прорезей, и для широкополосной антенны при наличии сквозных прорезей в линиях сгиба также отличаются в среднем на не более чем 0.7% в полосе рабочих частот.From the given frequency dependences of the SWR in the operating frequency band (Fig. 2), it can be seen that the results for a broadband antenna made without slit-shaped through holes and for a broadband antenna in the presence of through slots in the fold lines in the operating frequency band differ on average by no more than than 0.5%. A similar result was obtained for both larger (about 15 mm) and smaller (about 5 mm) slots. Also, a small degree of influence of the presence of slots in the ribs of the pyramidal parts of broadband antennas is demonstrated on the antenna pattern in the horizontal plane in the operating frequency band (Figs. 3-5), where the values for a broadband antenna made without through slots and for a broadband antenna with through slots in fold lines also differ on average by no more than 0.7% in the operating frequency band.

Таким образом, показана достижимость технического результата - улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосной антенны.Thus, the achievability of the technical result is shown - an improvement in the manufacturability of the device while maintaining the characteristics of the broadband antenna.

Claims

Broadband antenna containing two identical metal hollow pyramidal elements, located coaxially and connected by their vertices with the power line, and each of the hollow pyramidal elements is made in the form of two symmetrical parts, which are galvanically connected to each other along the entire length of different sides of the board, partially metallized on both sides characterized in that in the proposed broadband antenna in the lateral edges of the symmetrical parts of the pyramidal elements along the entire length there are slotted through holes, the size and placement period of which do not exceed one twentieth of the wavelength at a frequency corresponding to the lower boundary of the broadband antenna operating frequency range.