RU2090962C1

RU2090962C1 - Asymmetric vibrator

Info

Publication number: RU2090962C1
Application number: RU94016151A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Коновалов; В.М. Нефедьев
Original assignee: Войсковая часть 25714
Priority date: 1994-05-04
Filing date: 1994-05-04
Publication date: 1997-09-20

Abstract

FIELD: antenna equipment, reception-transmission antenna of UH wave radio station of low or medium capacity. SUBSTANCE: asymmetric vibrator includes quarter-wavelength post 1 connected to central conductor of coaxial feeder 2 and counterweight 3 coupled to external conductor 4 of coaxial feeder. Reflector 5 which surface is formed by rotation of part of one branch of parabola with focus f= 0.15 f = 0,15λ around axis of central conductor of coaxial feeder 2 is mounted above post 1. Vertex of parabola faces counterweight 3. Surface of reflector is limited by two parallel planes perpendicular to quarter- wavelength post and crossing surface of reflector 5 at distance H₁= (0,3-0,32)λ, H = 0,5λ= (0.3-0.32) λ, H=0.5f = 0,15λ from point of connection of counterweight, where H₁= (0,3-0,35)λ, H = 0,5λ is working length of wave. Novelty of invention lies in installation of reflector 5 above post 1. EFFECT: increased antenna gain in direction of horizon by 1.5-2.0 dB. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для использования в качестве приемно-передающей антенны в ультракоротковолновых радиостанциях малой и средней мощности. The invention relates to the field of antenna technology and is intended for use as a transmitting and receiving antenna in ultra-short-wave radio stations of small and medium power.

Известны несимметричные вибраторы (см. Н.П.Гавель, А.Д.Истрашкин, Ю.К. Муравьев, Б.П.Серков. Антенны, ч.2. Л. ВКАЗ, 1961, стр. 22, рис. 37, 21а-г), используемые в малогабаритных УКВ радиостанциях, содержащие вибратор, противовес и коаксиальный фидер. Однако эти антенны имеют низкий коэффициент усиления вследствие малого сопротивления излучения антенны. Asymmetrical vibrators are known (see N.P. Gavel, A.D. Istrashkin, Yu.K. Muravyev, B.P. Serkov. Antennas, Part 2. L. VKAZ, 1961, p. 22, Fig. 37, 21a-d) used in small-sized VHF radio stations containing a vibrator, a counterweight and a coaxial feeder. However, these antennas have a low gain due to the low radiation resistance of the antenna.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является выбранное в качестве прототипа антенное устройство (см. Н.П.Гавель, А.Д.Истрашкин, Ю. К. Муравьев, Б.П.Серков, Антенны, ч. 2. Л. ВКАЗ, 1961, стр. 22, рис. 37, 21д), содержащие четвертьволновый штырь, подключенный к центральному проводнику коаксиального фидера, и противовес, подключенный к внешнему проводнику коаксиального фидера. The closest in technical essence to the invention is the antenna device selected as a prototype (see N.P. Gavel, A.D. Istrashkin, Yu. K. Muravyev, B.P. Serkov, Antennas, part 2. L. VKAZ , 1961, p. 22, Fig. 37, 21e), containing a quarter-wave pin connected to the central conductor of the coaxial feeder, and a counterweight connected to the outer conductor of the coaxial feeder.

Отличительной особенностью несимметричного вибратора является наличие равномерного излучения в азимутальной плоскости в секторе 360^o. Однако сравнительно низкий коэффициент усиления в направлении линии горизонта, обусловленный конечными размерами несимметричного четвертьволнового вибратора и значительным бесполезным рассеянием энергии в угломестной плоскости ограничивает его применение в качестве приемно-передающей антенны в ультракоротковолновых радиостанциях.A distinctive feature of the asymmetric vibrator is the presence of uniform radiation in the azimuthal plane in the sector 360 ^o . However, the relatively low gain in the direction of the horizon line, due to the finite dimensions of the asymmetric quarter-wave vibrator and significant useless energy dissipation in the elevation plane, limits its use as a transmitting and receiving antenna in ultra-short-wave radio stations.

Техническая задача заключается в увеличении коэффициента усиления в направлении линии горизонта. The technical problem is to increase the gain in the direction of the horizon line.

Указанная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем четвертьволновый штырь, подключенный к центральному проводнику коаксиального фидера, и противовес, подключенный к внешнему проводнику коаксиального фидера, согласно изобретению над четвертьволновым штырем установлен отражатель, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера, причем вершина параболы обращена в направлении противовеса, а поверхность отражателя ограничена двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H₁= (0,3-0,32)λ, H = 0,5λ от точки подключения противовеса, где λ рабочая длина волны.This task is achieved by the fact that in the known device containing a quarter-wave pin connected to the central conductor of the coaxial feeder, and a counterweight connected to the outer conductor of the coaxial feeder, according to the invention, a reflector is installed above the quarter-wave pin, the surface of which is formed by rotating part of one branch of the parabola with focus f = 0.15λ around the axis of the central conductor of the coaxial feeder, the apex of the parabola facing the counterweight and the surface of the reflector two parallel planes perpendicular to the quarter-wave pin and intersecting the reflector surface at a distance of H ₁ = (0.3-0.32) λ, H = 0.5λ from the connection point of the counterweight, where λ is the working wavelength.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая антенна отличается наличием новых элементов над четвертьволновым штырем установлен отражатель, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера, причем вершина параболы обращена в направлении противовеса, а поверхность отражателя ограничена двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H₁= (0,3-0,32)λ, H = 0,5λ от точки подключения противовеса, где λ
рабочая длина волны. Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения "новизна".Comparative analysis with the prototype shows that the inventive antenna is distinguished by the presence of new elements over the quarter-wave pin mounted reflector, the surface of which is formed by rotating part of one branch of the parabola with focus f = 0.15λ around the axis of the central conductor of the coaxial feeder, with the top of the parabola facing the counterweight, and the reflector surface is bounded by two parallel planes perpendicular to the quarter-wave pin and intersecting the reflector surface at a distance H ₁ = (0.3-0 , 32) λ, H = 0.5λ from the connection point of the counterweight, where λ
working wavelength. Thus, the invention meets the criteria of the invention of "novelty."

Анализ известных технических решений в известной области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенные элементы известны. Однако введение его в несимметричный вибратор с указанными размерами и связями обеспечивают устройству такое новое свойство, как повышение коэффициента усиления в направлении линии горизонта. An analysis of known technical solutions in the known field and adjacent to it allows us to conclude that the introduced elements are known. However, its introduction into an asymmetric vibrator with the indicated dimensions and connections provides the device with such a new property as increasing the gain in the direction of the horizon line.

Изобретение имеет изобретательский уровень, т.к. оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники. The invention has an inventive step, because it does not explicitly follow from the prior art for a specialist.

Изобретение является промышленно применимым, так как оно может быть использовано в различных областях народного хозяйства. The invention is industrially applicable, as it can be used in various fields of national economy.

На чертеже представлен общий вид несимметричного вибратора, где 1 - четвертьволновый штырь; 2 центральный проводник коаксиального фидера; 3 - противовес; 4 внешний проводник коаксиального фидера; 5 отражатель. The drawing shows a General view of an asymmetric vibrator, where 1 is a quarter-wave pin; 2 central conductor of the coaxial feeder; 3 - counterweight; 4 external conductor of the coaxial feeder; 5 reflector.

Конструктивно несимметричный вибратор выполнен в виде четвертьволнового штыря 1, подключенного к центральному проводнику коаксиального фидера 2 и противовеса 3, подключенного к внешнему проводнику коаксиального фидера 4. Над четвертьволновым штырем 1 установлен отражатель 5, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера 2, причем вершина параболы обращена в направлении противовеса 3. Поверхность отражателя 5 ограничена двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю 1 и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H₁= (0,3-0,32)λ, H = 0,5λ от точки подключения противовеса, где λ рабочая длина волны.Structurally, the asymmetric vibrator is made in the form of a quarter-wave pin 1 connected to the central conductor of the coaxial feeder 2 and a counterweight 3 connected to the outer conductor of the coaxial feeder 4. A reflector 5 is mounted above the quarter-wave pin 1, the surface of which is formed by rotating part of one parabola branch with focus f = 0 , 15λ around the axis of the central conductor of the coaxial feeder 2, the apex of the parabola facing the counterweight 3. The surface of the reflector 5 is bounded by two parallel plates with sharpnesses perpendicular to the quarter-wave pin 1 and intersecting the reflector surface at a distance of H ₁ = (0.3-0.32) λ, H = 0.5λ from the point of connection of the counterweight, where λ is the working wavelength.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Волна ТЕМ коаксиального фидера возбуждает штырь 1, который излучает сферическую волну в свободное пространство. При этом диаграмма направленности несимметричного вибратора имеет форму тороида, т.е. наряду с полезным излучением в круговом секторе азимутальной плоскости значительная часть энергии излучается в угломестном направлении. Установка над четвертьволновым штырем 1, соосно с ним, отражателя 5, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы с фокусом f = 0,15λ приводит к перехвату наибольшей части излученной в вертикальной плоскости энергии и концентрации ее в направлении линии горизонта. Поскольку поверхность отражателя образована вращением части ветви параболы, то независимо от угла падающей волны на отражатель (изменения ширины диаграммы направленности и направления излучения в вертикальной плоскости в полосе частот) отраженное излучение концентрируется вдоль фокальной оси, что позволяет обеспечить равномерность излучения вдоль линии горизонта в широкой полосе рабочих частот во всем круговом секторе. При выбранном фокусе ветви параболы f = 0,15λ обеспечивается оптимальная концентрация отраженного излучения вдоль линии горизонта. При f > 0,15λ поверхность отражателя увеличивается, что приводит к незначительному увеличению концентрации энергии в направлении линии горизонта с одной стороны и как следствие затеканию части излученной в вертикальной плоскости энергии за края отражателя 5. The TEM wave of the coaxial feeder excites pin 1, which emits a spherical wave into free space. In this case, the directivity pattern of the asymmetric vibrator has the shape of a toroid, i.e. along with useful radiation in the circular sector of the azimuthal plane, a significant part of the energy is radiated in the elevation direction. The installation of a reflector 5 above the quarter-wave pin 1, coaxially with it, whose surface is formed by rotating part of one branch of the parabola with focus f = 0.15λ, intercepts the largest part of the energy emitted in the vertical plane and its concentration in the direction of the horizon line. Since the reflector surface is formed by rotation of a part of the parabola branch, irrespective of the angle of the incident wave on the reflector (changes in the radiation pattern width and the vertical direction in the frequency band), the reflected radiation is concentrated along the focal axis, which ensures uniform radiation along the horizon in a wide band operating frequencies throughout the circular sector. With the selected focus of the parabola branch f = 0.15λ, the optimal concentration of reflected radiation along the horizon line is ensured. For f> 0.15λ, the reflector surface increases, which leads to a slight increase in the energy concentration in the direction of the horizon on one side and, as a result, the flow of part of the energy emitted in the vertical plane beyond the edges of the reflector 5.

При f < 0,15λ фокус ветви параболы, образующей поверхность отражателя, приближается к ее вершине, вследствие чего значительная часть отраженного излучения направляется в сторону земли, что приводит к снижению коэффициента усиления антенны. When f <0.15λ, the focus of the parabola branch forming the reflector surface approaches its apex, as a result of which a significant part of the reflected radiation is directed toward the ground, which leads to a decrease in the antenna gain.

Размеры поверхности отражателя подбирались экспериментально по максимальной величине реализуемого выигрыша коэффициента усиления в направлении линии горизонта. При этом установлено, что оптимальным с точки зрения реализуемого коэффициента усиления является ограничение поверхности отражателя двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными четвертьволновому штырю и пересекающими поверхность отражателя на расстоянии H = 0,5λ и H₁= (0,3-0,32)λ от точки подключения противовеса.The dimensions of the reflector surface were selected experimentally from the maximum realized gain of the gain in the direction of the horizon line. It was found that, from the point of view of the realized gain, it is optimal to limit the reflector surface to two parallel planes perpendicular to the quarter-wave pin and intersect the reflector surface at a distance of H = 0.5λ and H ₁ = (0.3-0.32) λ from the point connecting the counterweight.

При этом при увеличении H > 0,5λ, H₁> (0,3-0,32)λ и f = 0,15λ коэффициент усиления увеличивается незначительно, а при H < 0,5λ, H₁< (0,3-0,32)λ коэффициент уменьшается, но при этом значительно увеличиваются габариты антенны.Moreover, with an increase in H> 0.5λ, H ₁ > (0.3-0.32) λ and f = 0.15λ, the gain increases slightly, and for H <0.5λ, H ₁ <(0.3- 0.32) λ coefficient decreases, but the dimensions of the antenna increase significantly.

Результаты макетирования и экспериментального исследования показали, что введение металлического отражателя, поверхность которого образована вращением части одной ветви параболы вокруг оси центрального проводника коаксиального фидера с указанными выше размерами, обеспечивает выигрыш в коэффициенте усиления в направлении линии горизонта на (1,5-2)дБ по сравнению с прототипом в широкой полосе частот. The results of prototyping and experimental studies showed that the introduction of a metal reflector, the surface of which is formed by rotating part of one branch of the parabola around the axis of the central conductor of the coaxial feeder with the above dimensions, provides a gain in gain in the direction of the horizon by (1.5-2) dB Compared to the prototype in a wide frequency band.

Claims

An asymmetric vibrator containing a quarter-wave pin connected to the central conductor of the coaxial feeder and a counterweight connected to the outer conductor of the coaxial feeder, characterized in that a reflector is installed above the quarter-wave pin, the surface of which is formed by rotating part of one branch of the parabola with focus f = 0.15λ around axis of the central conductor of the coaxial feeder, with the tip of the parabola facing the counterweight and the reflector surface bounded by two parallel planes and perpendicular to the quarter-wave pin and crossing the surface of the reflector at a distance
H ₁ = (0.3-0.32) λ, H = 0.5λ
from the connection point of the counterweight, where λ is the working wavelength.