RU2068604C1 - Wide-base upper load antenna - Google Patents

Wide-base upper load antenna Download PDF

Info

Publication number
RU2068604C1
RU2068604C1 SU5051816A RU2068604C1 RU 2068604 C1 RU2068604 C1 RU 2068604C1 SU 5051816 A SU5051816 A SU 5051816A RU 2068604 C1 RU2068604 C1 RU 2068604C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
current
coaxial
antenna
resonant
cutting
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
О.Б. Миротворский
Б.В. Беклешов
В.А. Кундышев
Original Assignee
Конструкторское Бюро "Связьморпроект"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Конструкторское Бюро "Связьморпроект" filed Critical Конструкторское Бюро "Связьморпроект"
Priority to SU5051816 priority Critical patent/RU2068604C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2068604C1 publication Critical patent/RU2068604C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: device has current-clipping resonant two poles which are connected along vertical conductor, and tube frame with matching unit. Tuning element is inserted in each current-clipping two-pole. Matching element is designed as circuit which consists of inductance coil, capacitor and pieces of long lines. Tuning elements may be designed as parallel LC-circuits. Current-clipping two-poles may be designed as short-circuited coaxial pieces. In this case tuning elements may be designed as reactive LC-circuits or as by shunts or as by dielectric insertions. EFFECT: increased functional capabilities. 7 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для работы с широкополосными радиопередающими устройствами в КВ, УКВ диапазонах. The invention relates to antenna technology and can be used to work with broadband radio transmitting devices in HF, VHF bands.

Известна антенна (прототип) верхнего питания (авт.св. СССР N 1663656), содержащая вертикальный проводник, закрепленный посредством изолятора на трубчатом основании, установленном на горизонтальном экране. Соосно с вертикальным проводником размещены соединенные с ним короткозамкнутые коаксиальные отрезки. Во внутренней полости трубчатого основания размещены согласующий блок и коаксиальный кабель. Known antenna (prototype) of the upper power supply (ed. St. USSR N 1663656), containing a vertical conductor, mounted by means of an insulator on a tubular base mounted on a horizontal screen. Coaxial segments connected to it are arranged coaxially with the vertical conductor. A matching unit and a coaxial cable are placed in the inner cavity of the tubular base.

На частотах своих четвертьволновых резонансов коаксиальные отрезки изменяют электрическую длину антенны, что расширяет ее рабочий диапазон частот по диаграммам направленности и, с учетом действия согласующего блока, позволяет повысить уровень входного КБВ антенны. Однако, поскольку на частотах резонансов коаксиальных отрезков электрическая длина антенны отлична от четвертьволновой, значительного увеличения входного КБВ достичь не удается. Кроме того, антенна конструктивно сложна и громоздка. At the frequencies of their quarter-wave resonances, the coaxial segments change the electric length of the antenna, which extends its operating frequency range according to the radiation patterns and, taking into account the action of the matching unit, allows to increase the level of the input antenna antenna. However, since the electric length of the antenna is different from the quarter-wavelength at the resonance frequencies of the coaxial segments, a significant increase in the input CBM cannot be achieved. In addition, the antenna is structurally complex and bulky.

Целью изобретения является увеличение уровня входного КБВ антенны в пределах ее рабочего диапазона частот и упрощение ее конструкции. The aim of the invention is to increase the level of the input CBM antenna within its operating frequency range and simplify its design.

Антенна содержит вертикальный проводник 1 (фиг. 1) с включенными вдоль его длины токоотсекающими резонансными двухполюсниками 2, закрепленный посредством изолятора 3 на верхнем торце трубчатого основания 4, которое установлено нижним торцом на горизонтальном экране 5 и во внутренней полости которого расположены согласующий блок 6 и коаксиальный кабель 7. The antenna contains a vertical conductor 1 (Fig. 1) with current-cutting resonant bipoles 2 included along its length, fixed by means of an insulator 3 at the upper end of the tubular base 4, which is mounted with a lower end on the horizontal screen 5 and in the inner cavity of which there is a matching unit 6 and coaxial cable 7.

Вертикальный проводник 1 с двухполюсниками 2 и трубчатое основание 4 образуют излучатель антенны. The vertical conductor 1 with bipolar 2 and the tubular base 4 form an antenna emitter.

Длины трубчатого основание lосн и вертикального проводника lв.п и общая длина антенна L удовлетворяют соотношениям:
L = (0,05-0,2)λмакс,
λмин>0,8L,
lв.п/lосн 2 4,
где λмакс, λмин максимальная и минимальная рабочие длины волн антенны.
The lengths of the tubular base l osn and the vertical conductor l vp and the total length of the antenna L satisfy the relations:
L = (0.05-0.2) λ max ,
λ min > 0.8L,
l high / l main 2 4,
where λ max , λ min maximum and minimum operating wavelengths of the antenna.

Цель изобретения достигается тем, что в каждый токоотсекающий двухполюсник 2 введен настроечный элемент 8, согласующий блок 6 выполнен в виде электрической цепочки из катушек индуктивности, конденсаторов и отрезков длинных линий с постоянными или переменными параметрами, а высоту hi включения i-го токоотсекающего двухполюсника выбирают из условия:

Figure 00000002

где 0 ≅ n ≅ 4 число токоотсекающих двухполюсников, k 1,02-1,05 поправочный коэффициент, р 1 или 3, причем резонансная длина волны λi i-го двухполюсника выбирается равной 1/p 4khi.The objective of the invention is achieved by the fact that a tuning element 8 is inserted into each current-cutting two-terminal 2, the matching unit 6 is made in the form of an electric chain of inductors, capacitors and lengths of long lines with constant or variable parameters, and the height h i of switching on the i-th current-conducting two-terminal is selected from the condition:
Figure 00000002

where 0 ≅ n ≅ 4 is the number of current-cutting bipolar, k 1,02-1,05 correction factor, p 1 or 3, and the resonant wavelength λ i of the i-th bipolar is chosen equal to 1 / p 4kh i .

Токоотсекающие двухполюсники могут быть выполнены в двух вариантах. По первому варианту они выполняются в виде параллельных LC-контуров, причем в качестве настроечных элементов используются конденсаторы или катушки индуктивности, входящие в эти контура. Current-cutting bipolar can be made in two versions. According to the first option, they are made in the form of parallel LC circuits, and capacitors or inductors included in these circuits are used as tuning elements.

По второму варианту двухполюсники выполняются в виде двух групп короткозамкнутых коаксиальных отрезков 9 (фиг. 2), причем нижняя группа включает в себя m отрезков, где 0 ≅ m ≅ n, а оставшиеся S n m отрезков объединены в верхнюю группу. According to the second variant, the two-terminal circuits are made in the form of two groups of short-circuited coaxial segments 9 (Fig. 2), the lower group including m segments, where 0 ≅ m ≅ n, and the remaining S n m segments are combined in the upper group.

Длины l (m) i и l (s) i и радиусы r (m) i и r (s) i обеих групп коаксиальных отрезков выбирают из соотношений:

Figure 00000003

rосн/rпр.m rосн/rпр.s 1 3,
где rв.п, rосн, rпр.m, rпр.s соответственно радиусы вертикального проводника, трубчатого основания и наружных коаксиальных отрезков в m и s группах, а i порядковые номера коаксиальных отрезков в этих группах.Lengths l (m) i and l (s) i and radii r (m) i and r (s) i both groups of coaxial segments are selected from the relations:
Figure 00000003

r main / r pr.m r main / r pr.s 1 3,
where r ce, r est, r pr.m, the radii r pr.s vertical conductor, the tubular base member and the outer coaxial line segments in groups of m and s, i and sequence numbers of coaxial segments in these groups.

Для обеспечения компактности и механической прочности антенны целесообразно выбирать радиус вертикального проводника лежащим в пределах от L/1000 до L/50, а радиус трубчатого основания лежащим в пределах от L/200 до L/20. To ensure compactness and mechanical strength of the antenna, it is advisable to choose the radius of the vertical conductor lying in the range from L / 1000 to L / 50, and the radius of the tubular base lying in the range from L / 200 to L / 20.

Во внутренних полостях отрезков 9 расположены настроечные элементы 10, которые выполнены либо в виде реактивных LC-двухполюсников 11 (фиг. 3), например емкостей, включенных между внутренним и внешним проводниками соответствующих отрезков 9, либо выполнены в виде короткозамкнутых шунтов 12 (фиг. 4). При этом каждый шунт подключен одним своим концом к внешнему или внутреннему проводнику соответствующего отрезка 9. In the internal cavities of the segments 9 are tuning elements 10, which are made either in the form of reactive LC bipolar 11 (Fig. 3), for example, containers connected between the inner and outer conductors of the corresponding segments 9, or made in the form of short-circuited shunts 12 (Fig. 4 ) Moreover, each shunt is connected at one end to the external or internal conductor of the corresponding segment 9.

Настроечные элементы отрезков 9 могут быть также выполнены в виде диэлектрических вставок 13 (фиг. 5), диэлектрические проницаемости которых ε (m) i и ε (s) i для m и s групп отрезков 9 выбирают из соотношений:

Figure 00000004

Часть токоотсекающих двухполюсников 2 или все они могут быть выполнены с потерями и с добротностью, лежащей в пределах от 1 до 10.The tuning elements of the segments 9 can also be made in the form of dielectric inserts 13 (Fig. 5), whose dielectric constant ε (m) i and ε (s) i for m and s groups of segments 9 are selected from the relations:
Figure 00000004

Part of the current-carrying two-terminal 2 or all of them can be performed with losses and with a quality factor lying in the range from 1 to 10.

Антенна работает следующим образом. The antenna works as follows.

Введение настроечных элементов 8 позволяет осуществить настройку токоотсекающих двухполюсников 2 в параллельный резонанс на длинах волн λ1,...,λi,..., λn, равномерно размещенных в пределах диапазона 5L÷ λмин (фиг. 6). При настройке в резонанс двухполюсники 2 осуществляют подавление ("отсечку") тока на вышерасположенных по отношению к ним участках антенны. За счет этого основное излучение происходит с нижерасположенных частей антенны, длины которых на частотах "отсечки" тока совпадают с величинами hi и, как следует из условия выбора hi, являются резонансными четвертьволновыми (при р 1) или тричетвертьволновыми (р 3). Причем р 1 выбирают в диапазоне длин волн от 5L до (5-6)lосн, а р 3 выбирают в диапазоне от (5-6)lосн до λмин с тем, чтобы hi всегда были больше lосн и антенна была бы технически реализуемой.The introduction of the tuning elements 8 allows you to configure the current-cutting two-pole 2 in parallel resonance at wavelengths λ 1 , ..., λ i , ..., λ n uniformly placed within the range of 5L ÷ λ min (Fig. 6). When tuning into resonance, two-terminal 2 suppresses (“cuts off”) the current in the antenna sections located above them. Due to this, the main radiation comes from the lower parts of the antenna, the lengths of which at the current “cutoff” frequencies coincide with the values of h i and, as follows from the condition for choosing h i , are resonant quarter-wave (at p 1) or three-quarter-wave (p 3). Moreover, p 1 is selected in the wavelength range from 5L to (5-6) l os , and p 3 is selected in the range from (5-6) l os to λ min so that h i are always greater than l os and the antenna is would be technically feasible.

Периодическое достижение излучателем антенны резонансной длины делает частотную характеристику 14 его входного КБВ равноволновой с всплесками значительной величина (до 0,4 0,6), что, согласно теории широкополосного согласования, позволяет повысить по сравнению с антенной-прототипом уровень формируемой согласующей блоком П-образной частотной характеристики 15 входного КБВ всей антенны. The emitter’s periodic reaching of the resonant length of the antenna makes the frequency response of its 14 input CBM equal wavelength with bursts (up to 0.4 0.6), which, according to the theory of broadband matching, can increase the level of the U-shaped matching block formed in comparison with the prototype antenna frequency response 15 of the input KBV of the entire antenna.

Использование в антенне трех-четырех двухполюсников 2, а также введение в них потерь, позволяет получить характеристику 14 с высоким средним уровнем и уменьшенной неравномерностью, что приводит к повышению уровня характеристики 15 входного КБВ всей антенны. The use of three or four two-terminal devices 2 in the antenna, as well as the introduction of losses into them, makes it possible to obtain characteristic 14 with a high average level and reduced unevenness, which leads to an increase in the level of characteristic 15 of the input CBM of the entire antenna.

При повышенных требованиях к простоте и механической прочности антенны целесообразно использовать в ней 1 2 двухполюсника 2. При умеренных требованиях по входному КБВ и ограниченном рабочем диапазоне частот антенна может быть выполнена без двухполюсников 2 (случай n 0), причем в этом случае она обладает максимально простой и механически прочной конструкцией. With increased requirements for the simplicity and mechanical strength of the antenna, it is advisable to use 1 2 two-terminal 2 in it. With moderate requirements for the input KBB and a limited operating frequency range, the antenna can be made without two-terminal 2 (case n 0), and in this case it has the simplest and mechanically robust construction.

Реализация двухполюсников 2 и настроечных элементов 8 в различной форме позволяет создавать конструкции с заданными габаритами и механическими характеристиками. The implementation of two-terminal 2 and tuning elements 8 in a different form allows you to create structures with specified dimensions and mechanical characteristics.

В диапазоне длин волн 20L 5L, где антенна имеет малую электрическую длину, согласующий блок осуществляет либо широкополосное согласование в смежных полосах частот (кривые 16, фиг. 6), либо осуществляет резонансное согласование (кривые 17, фиг. 6). In the wavelength range of 20L to 5L, where the antenna has a small electrical length, the matching unit either performs broadband matching in adjacent frequency bands (curves 16, FIG. 6) or performs resonant matching (curves 17, FIG. 6).

Реализация согласующего блока в виде электрической цепочки из реактивных элементов с постоянными или переменными параметрами позволяет формировать в различных диапазонах частот согласующие ячейки с требуемой структурой, например лестничной, и необходимым количеством элементов. The implementation of the matching unit in the form of an electrical chain of reactive elements with constant or variable parameters allows the formation of matching cells in various frequency ranges with the required structure, for example, a staircase, and the required number of elements.

Claims (6)

1. Широкополосная антенна верхнего питания, содержащая вертикальный проводник с включенными вдоль его длины токоотсекающими резонансными двухполюсниками, закрепленный посредством изолятора на верхнем торце трубчатого основания, которое установлено нижним торцом на горизонтальном экране и во внутренней полости которого расположен согласующий блок, соединенный своим входом с входным коаксиальным кабелем, а выходом с вертикальным проводником и верхним торцом трубчатого основания, при этом длины трубчатого основания lосн и вертикального проводника lв п. и общая длина антенны l удовлетворяют соотношениям:
L = (0,05-0,2)λмакс,
λмин>0,8L,
lв п /lосн 2 4,
где λмакс, λмин максимальная и минимальная рабочие длины волн антенны, отличающаяся тем, что в каждый токоотсекающий резонансный двухполюсник введен настроечный элемент, согласующий блок выполнен в виде электрической цепочки из катушек индуктивности, конденсаторов и отрезков длинных линий с постоянными или переменными параметрами, а высоту hi включения i-го токоотсекающего двухполюсника выбирают из условия:
Figure 00000008

где n число токоотсекающих двухполюсников, не более четырех, К=1,02 - 1,05 поправочный коэффициент, р 1 или 3, причем резонансная длина волны λi i-ого двухполюсника выбирается равной 1/р 4Кhi.
1. Broadband antenna of the upper power supply, comprising a vertical conductor with current-cutting resonant bipoles connected along its length, fixed by means of an insulator on the upper end of the tubular base, which is installed by the lower end on the horizontal screen and in the inner cavity of which there is a matching unit connected by its input to the input coaxial cable and output to the vertical guide and the upper end of the tubular base, the tubular base member with the length l of n and the vertical th conductor in the l n . and the total antenna length l satisfy the relations:
L = (0.05-0.2) λ max ,
λ min > 0.8L,
l in P / l about s n 2 4,
where λ max , λ min is the maximum and minimum working wavelengths of the antenna, characterized in that a tuning element is introduced into each current-cutting resonant bipolar, the matching unit is made in the form of an electric chain of inductors, capacitors and lengths of long lines with constant or variable parameters, and the height h i of the inclusion of the i-th current-cut two-terminal is selected from the condition:
Figure 00000008

where n is the number of current-cutting two-terminal, no more than four, K = 1.02 - 1.05 correction factor, p 1 or 3, and the resonant wavelength λ i of the i-th two-terminal is chosen equal to 1 / p 4Kh i .
2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве настроечных элементов использованы конденсаторы или катушки индуктивности токоотсекающих резонансных двухполюсников, которые выполнены в виде параллельных LC-контуров. 2. The antenna according to claim 1, characterized in that capacitors or inductors of current-cutting resonant two-terminal devices, which are made in the form of parallel LC circuits, are used as tuning elements. 3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что токоотсекающие резонансные двухполюсники выполнены в виде соосных с вертикальным проводником короткозамкнутых коаксиальных отрезков, длина которых убывает от внутренних к наружным, при этом m коаксиальных отрезков, где m ≅ n, соединены областями короткого замыкания между собой и с нижним концом вертикального проводника, а S n m оставшихся коаксиальных отрезков соединены областями короткого замыкания между собой и с верхним концом вертикального проводника, причем длины l (m) i и l (s) i и радиусы r (m) i и r (s) i обеих групп коаксиальных отрезков выбирают из соотношений:
Figure 00000009

Figure 00000010

Figure 00000011

Figure 00000012

rосн/rпрm=rосн/rпрs=1-3,
где rвп, rосн, rпрm, rпрs соответственно радиусы вертикального проводника, трубчатого основания и наружных коаксиальных отрезков в "m" и "s" группах, i порядковый номер коаксиальных отрезков в этих группах, а настроечный элемент расположен во внутренней полости каждого из n короткозамкнутых коаксиальных отрезков.
3. The antenna according to claim 1, characterized in that the current-cutting resonant bipoles are made in the form of short-circuited coaxial segments coaxial with a vertical conductor, the length of which decreases from internal to external, while m coaxial segments, where m ≅ n, are connected by short-circuit areas between themselves and with the lower end of the vertical conductor, and S nm of the remaining coaxial segments are connected by areas of short circuit with each other and with the upper end of the vertical conductor, with lengths l (m) i and l (s) i and radii r (m) i and r (s) i both groups of coaxial segments are selected from the relations:
Figure 00000009

Figure 00000010

Figure 00000011

Figure 00000012

est r / r = r prm DOS / r prs = 1-3,
where r vp , r main , r prm , r prs, respectively, are the radii of the vertical conductor, the tubular base and the outer coaxial segments in the “m” and “s” groups, i is the serial number of the coaxial segments in these groups, and the tuning element is located in the inner cavity of each of n short-circuited coaxial segments.
4. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что настроечные элементы выполнены в виде реактивных LC-двухполюсников, включенных между внутренним и внешним проводниками соответствующих коаксиальных отрезков. 4. The antenna according to claim 3, characterized in that the tuning elements are made in the form of reactive LC bipolar connected between the inner and outer conductors of the respective coaxial segments. 5. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что настроечные элементы выполнены в виде короткозамкнутых шунтов, причем каждый из них подключен одним концом к внешнему или внутреннему проводнику соответствующего коаксиального отрезка. 5. The antenna according to claim 3, characterized in that the tuning elements are made in the form of short-circuited shunts, each of which is connected at one end to the external or internal conductor of the corresponding coaxial segment. 6. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что настроечные элементы выполнены в виде диэлектрических вставок, диэлектрические проницаемости которых ε (m) i и ε (s) i для "m" и "s" групп коаксиальных отрезков соответственно выбирают из соотношений:
Figure 00000013

Figure 00000014

7. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что часть токоотсекающих резонансных двухполюсников или все они выполнены с потерями и с добротностью в пределах 1 10.
6. The antenna according to claim 3, characterized in that the tuning elements are made in the form of dielectric inserts, the dielectric constant of which ε (m) i and ε (s) i for "m" and "s" groups of coaxial segments, respectively, are selected from the relations:
Figure 00000013

Figure 00000014

7. The antenna according to claim 1, characterized in that part of the current-cutting resonant bipolar or all of them are made with losses and with quality factor within 1 10.
SU5051816 1992-06-30 1992-06-30 Wide-base upper load antenna RU2068604C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5051816 RU2068604C1 (en) 1992-06-30 1992-06-30 Wide-base upper load antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5051816 RU2068604C1 (en) 1992-06-30 1992-06-30 Wide-base upper load antenna

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2068604C1 true RU2068604C1 (en) 1996-10-27

Family

ID=21609052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5051816 RU2068604C1 (en) 1992-06-30 1992-06-30 Wide-base upper load antenna

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2068604C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1663656, 1991. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4455658A (en) Coupling circuit for use with a transversely excited gas laser
RU2586272C2 (en) Loop antenna (versions)
RU2177660C2 (en) Dual-band antenna for mobile communications
US3943403A (en) Electrodeless light source utilizing a lamp termination fixture having parallel capacitive impedance matching capability
US4924238A (en) Electronically tunable antenna
CN1401144A (en) Antenna arrangement
KR20050055763A (en) Arrangement of a data coupler for power line communications
US4707619A (en) Saturable inductor switch and pulse compression power supply employing the switch
EP1710596A2 (en) NMR probe circuit with nodal impedance bridge
US4939525A (en) Tunable short monopole top-loaded antenna
CN1286815A (en) Compact antenna feed circuits
RU2128386C1 (en) Dual-function antenna for portable radio communication device
CA2013424A1 (en) Microwave electric power receiver
RU2068604C1 (en) Wide-base upper load antenna
US3979703A (en) Waveguide switch
CN1018494B (en) Balancing loop
US4710719A (en) High voltage capacitor wand for high power tuned circuits
US6342857B1 (en) Broadband circuit shorted resonant patch antenna
US3443199A (en) Wave frequency multiplier employing a nonlinear device in a band-pass filter
US5081468A (en) Frequency agile triangular antenna
RU2061985C1 (en) Top-feed antenna
RU2336613C2 (en) Antenna
US4451806A (en) Tuning means for a transmisson line cavity
RU2337423C1 (en) Electric high-frequency transformer
KR100580444B1 (en) Transmission line structure for tunable characteristic impedance and variable impedance transformer thereby