RU2110120C1

RU2110120C1 - Dipole with shunt and coaxial feeder

Info

Publication number: RU2110120C1
Application number: RU96114357/09A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Яковлев; С.П. Анисимов; О.Б. Миротворский
Original assignee: Конструкторское Бюро "Связьморпроект"
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1998-04-27

Abstract

FIELD: UHF and VHF radio communication antennas primarily used for moving objects, such as ships. SUBSTANCE: dipole has hollow arms, shunt, and coaxial feeder; longitudinal slots formed in hollow arms accommodate printed-circuit board with shunt and strip conductor so that metal arms of dipole function as shunt screen; connected to center of shunt is end of coaxial feeder braid; internal conductor of feeder is connected to feeder strips conductor end extended along one of shunt ends towards dipole center and connected to opposite arm of dipole. Uniform directivity patterns are experimentally obtained within 100-400 MHz range at traveling wave ratio higher than or equal to 0.4 in feeder with wave impedance of 75 Ohms. EFFECT: reduced size of dipole; reduced impact of dipole shunt currents on antenna directivity patterns within wide frequency range. 5 dwg

Description

Изобретение относится к радиосвязи, а именно к симметричным вибраторным антеннам для МВ-ДМВ диапазонов, устанавливаемых на подвижных объектах, например, судах. The invention relates to radio communications, and in particular to symmetric vibrator antennas for the MV-UHF bands installed on moving objects, for example, ships.

Известен диапазонный шунтовой вибратор (см. Айзенберг Г.З. и др. Антенны УКВ: ч. II, М.: Связь, 1977, с.170 - 171), состоящий из двух симметричных плеч и шунта. Питание симметричного вибратора открытой симметричной линии в диапазоне метровых и дециметровых волн нежелательно, так как открытая линия имеет заметное излучение, а при гололеде значительно увеличивается затухание в линии. Поэтому в диапазоне метровых и дециметровых волн, как правило, используются коаксиальные линии, но для питания симметричного вибратора коаксиальной линией необходим широкополосный симметрирующий трансформатор, что приводит к увеличению габаритов устройства. A known range shunt vibrator (see Eisenberg G.Z. and other VHF antennas: part II, M .: Svyaz, 1977, p. 170 - 171), consisting of two symmetrical arms and a shunt. Powering a symmetric vibrator of an open symmetrical line in the range of meter and decimeter waves is undesirable, since an open line has noticeable radiation, and when ice is present, attenuation in the line increases significantly. Therefore, in the range of meter and decimeter waves, as a rule, coaxial lines are used, but a broadband balancing transformer is required to power the symmetric vibrator with the coaxial line, which leads to an increase in the dimensions of the device.

Известны симметричные вибраторы широкополосных антенн, содержащие полый цилиндрический проволочный вибратор, часть проводов которого образуют симметричные плечи вибратора, а другая часть - шунт (см. Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны, М.: Связь и радио, 1962, с. 252, рис. IX.12.2). Symmetric vibrators of broadband antennas are known, containing a hollow cylindrical wire vibrator, part of the wires of which form the symmetrical shoulders of the vibrator, and the other part is a shunt (see Aizenberg G.Z. Short-wave antennas, M .: Communication and radio, 1962, p. 252, fig. . IX.12.2).

Отношение крайних частот из рабочего диапазона составляет:

В ДМВ диапазонах, как правило, используют низкоомные, (50 ^oC 75 Ом), коаксиальные фидеры, поэтому высокие значения входного сопротивления шунтового симметричного вибратора (400 ^oC 600 Ом) в этом диапазоне является его недостатком, т. к. для перехода от коаксиального фидера к высокоомному симметричному входу вибратора требуется применение широкополосного симметрирующего трансформатора. Кроме того, токи в шунте велики и часто на высоких частотах шунт искажает диаграмму направленности.The ratio of the extreme frequencies from the operating range is:

In the UHF ranges, as a rule, low-resistance (50 ^o C 75 Ohm), coaxial feeders are used, therefore, the high input impedance of a shunt symmetric vibrator (400 ^o C 600 Ohm) in this range is its drawback, since it is necessary to switch from coaxial feeder to the high-impedance balanced input of the vibrator requires the use of a broadband balancing transformer. In addition, the currents in the shunt are large and often at high frequencies, the shunt distorts the radiation pattern.

Известны широкодиапазонные конические симметрирующие трансформаторы (см. Сверхширокополосные антенны. Под ред. Л.С. Бененсона, М.: Мир, 1964, с.386, рис. 16). Отношение крайних частот их рабочего диапазона превышает 10 : 1. Wide-range conical balancing transformers are known (see Ultra-wideband antennas. Edited by L. S. Benenson, Moscow: Mir, 1964, p. 386, Fig. 16). The ratio of the extreme frequencies of their operating range exceeds 10: 1.

Недостатком их является то, что их размеры составляют не менее 0,5 λmax , т. е. превышают размеры шунтового вибратора более чем в три раза, что не всегда удобно (например, при размещении вибратора на подвижном объекте, где места мало). Their disadvantage is that their dimensions are not less than 0.5 λmax, i.e., they exceed the dimensions of the shunt vibrator by more than three times, which is not always convenient (for example, when placing the vibrator on a moving object where there is not enough space).

За прототип принимаем наиболее близкий по технической сущности цилиндрический полый шунтовый вибратор (см. Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны, М.: Связь и радио, 1962, с. 252), возбуждаемый коаксиальным фидером. Антенна прототип состоит из полого симметричного цилиндрического вибратора, шунта, симметрично присоединенного к боковым поверхностям плеч вибратора, конического симметрирующего трансформатора длиной 0,5 λmax , коаксиальный конец которого присоединен к коаксиальному кабелю, а двухпроводный конец - к симметричному входу вибратора, при этом симметрирующий трансформатор расположен перпендикулярно вибратору. For the prototype, we take the cylindrical hollow shunt vibrator closest in technical essence (see Eisenberg G.Z. Short-wave antennas, M .: Communication and radio, 1962, p. 252), excited by a coaxial feeder. The prototype antenna consists of a hollow symmetric cylindrical vibrator, a shunt symmetrically connected to the side surfaces of the vibrator arms, a 0.5 λmax conical symmetrical transformer, the coaxial end of which is attached to the coaxial cable, and the two-wire end to the symmetric input of the vibrator, while the symmetrical transformer is located perpendicular to the vibrator.

Целью изобретения является сокращение габаритов устройства и уменьшение влияния токов шунта вибратора на диаграммы направленности антенны в широком диапазоне частот. The aim of the invention is to reduce the dimensions of the device and to reduce the influence of the currents of the shunt of the vibrator on the radiation patterns of the antenna in a wide frequency range.

Для достижения поставленной цели в симметричном вибраторе с полыми плечами, с шунтом и коаксиальным фидером, согласно изобретению, в полых плечах вибратора вдоль оси выполнены продольные пазы, в которых размещена печатная плата с шунтом, ленточным проводником фидера и двумя металлизированными поверхностями, левой и правой, так что металлические плечи вибратора являются экраном для шунта, концы которого соединены с металлизированными поверхностями, к центру шунта присоединен конец оплетки коаксиального фидера, внутренняя жила которого соединена с концом ленточного проводника фидера, проложенного вдоль левой или правой половины шунта с противоположной от него стороны подложки и развернутого на 180^o в сторону правой или левой металлизированной поверхности, соответственно, и соединенного с нею, края металлизированной поверхности гальванически соединены с кромками пазов полых плеч вибратора.To achieve this goal in a symmetrical vibrator with hollow shoulders, with a shunt and a coaxial feeder, according to the invention, longitudinal grooves are made in the hollow shoulders of the vibrator along the axis, in which there is a printed circuit board with a shunt, a ribbon conductor of the feeder and two metallized surfaces, left and right, so that the metal shoulders of the vibrator are a screen for the shunt, the ends of which are connected to metallized surfaces, the end of the braid of the coaxial feeder is attached to the center of the shunt, the inner core of which connected to the end of the feeder ribbon conductor, laid along the left or right half of the shunt from the opposite side of the substrate and turned 180 ^° towards the right or left metallized surface, respectively, and connected to it, the edges of the metallized surface are galvanically connected to the edges of the grooves of the hollow shoulders vibrator.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается тем, что в полых плечах вибратора вдоль оси выполнены продольные пазы, в которых размещена печатная плата с шунтом, ленточным проводником фидера и двумя, левой и правой, металлизированными поверхностями, так что металлические плечи вибратора являются экраном для шунта, концы которого соединены с металлизированными поверхностями, к центру шунта присоединен конец оплетки коаксиального фидера, внутренняя жила которого соединена с концом ленточного проводника фидера, проложенного вдоль левой или правой половины шунта с противоположной от него стороны подложки и развернутого на 180^o в сторону правой или левой металлизированной поверхности, соответственно, и соединенного с нею, края металлизированной поверхности гальванически соединены с кромками пазов полых плеч вибратора.Comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is characterized in that longitudinal grooves are made in the hollow arms of the vibrator along the axis, in which there is a printed circuit board with a shunt, a feeder ribbon conductor and two, left and right, metallized surfaces, so that the metal shoulders of the vibrator are a screen for a shunt, the ends of which are connected to metallized surfaces, the end of the braid of the coaxial feeder is attached to the center of the shunt, the inner core of which is connected to the end of the tape ovodnika feeder laid along the left or right half of the shunt opposite the substrate side and it deployed to 180 ^o at the right or left side metallized surface, respectively, and connected with it, the edge of the metallized surface is galvanically connected to the edges of the grooves of the hollow arms of the vibrator.

Таким образом, предложенная антенна соответствует критерию "новизна". Thus, the proposed antenna meets the criterion of "novelty."

Печатный монтаж шунта позволяет выполнить его тонким и коротким, что снижает входное сопротивление и обеспечивает работу антенны в широком диапазоне частот (

, с КБВ ≥ 0,4 в 75-омном коаксиальном фидере).The printed wiring of the shunt allows it to be made thin and short, which reduces the input impedance and ensures the operation of the antenna in a wide frequency range (

, with CBM ≥ 0.4 in the 75-ohm coaxial feeder).

Указанные признаки обеспечивают работу антенны в широком диапазоне частот без симметрирующего трансформатора, что позволяет сократить габариты более чем в три раза, выполнив, например, снижение кабеля в виде цилиндрической спирали соосной с вибратором. These signs ensure the operation of the antenna in a wide frequency range without a balancing transformer, which allows reducing the dimensions by more than three times, for example, by reducing the cable in the form of a cylindrical spiral coaxial with a vibrator.

Кроме того, размещение шунта в полых металлических плечах вибратора уменьшает влияние шунта на диаграмму направленности, так как плечи вибратора экранируют излучение шунта. In addition, placing the shunt in the hollow metal arms of the vibrator reduces the influence of the shunt on the radiation pattern, since the vibrator arms shield the radiation of the shunt.

Печатный монтаж шунта и ленточного проводника фидера гарантирует неизменность их геометрии в условиях вибрации подвижного объекта, т.е. предохраняет от влияния вибрации на электрические характеристики антенны. Таким образом, имеющийся технический результат дает основание сделать вывод о наличии изобретательского уровня. The printed wiring of the shunt and the ribbon conductor of the feeder guarantees the invariability of their geometry under vibration of a moving object, i.e. protects from the influence of vibration on the electrical characteristics of the antenna. Thus, the existing technical result gives reason to conclude that there is an inventive step.

На фиг. 1 и 2 буквами и цифрами обозначены: l - длина плеча вибратора, D - диаметр вибратора, 1 - цилиндрическая часть плеча вибратора, 2 - коническая часть плеча вибратора, 3 - шунт, 4 - печатная плата, 5 - коаксиальный кабель, 6 - оплетка кабеля, 7 - внутренний провод кабеля, 8 - ленточный проводник фидера, 9 - металлизированные участки платы. In FIG. 1 and 2 are marked with letters and numbers: l - length of the vibrator arm, D - diameter of the vibrator, 1 - cylindrical part of the vibrator arm, 2 - conical part of the vibrator arm, 3 - shunt, 4 - printed circuit board, 5 - coaxial cable, 6 - braid cable, 7 - internal cable wire, 8 - feeder ribbon conductor, 9 - metallized sections of the board.

Предложенная антенна состоит из двух полых симметричных цилиндрических плеч - 1. Длина плеча вибратора - l = 0,28λmax (где λmax - максимальная длина волны рабочего диапазона антенны), диаметр - D = 0,38l. При толстом вибраторе и тонком 0,012l коротком 0,4l шунте среднее значение входного сопротивления шунтового вибратора имеет не сотни, а десятки Ом, что позволяет обойтись без согласующих устройств при использовании коаксиального фидера. The proposed antenna consists of two symmetrical hollow cylindrical arms - 1. The length of the vibrator arm is l = 0.28λmax (where λmax is the maximum wavelength of the antenna’s operating range), diameter is D = 0.38l. With a thick vibrator and a thin 0.012l short 0.4l shunt, the average input resistance of the shunt vibrator is not hundreds but tens of ohms, which allows you to do without matching devices when using a coaxial feeder.

Гальваническое соединение конца оплетки 5 кабеля 6 с серединой шунта 3 (в точке нулевого потенциала) и внутреннего проводника 7 кабеля 5 к ленточному проводнику 8, проходящему над шунтом 3 и металлизированной частью 9 печатной платы 4, позволило направить высокочастотную энергию вдоль ленточного проводника 8 к точке возбуждения антенны и т.о. обойтись без использования громоздкого конического симметрирующего трансформатора, т. е. уменьшить габариты в 3 раза. При этом антенный эффект фидера был пренебрежимо мал. The galvanic connection of the end of the braid 5 of cable 6 with the middle of the shunt 3 (at the point of zero potential) and the inner conductor 7 of cable 5 to the tape conductor 8 passing over the shunt 3 and the metallized part 9 of the printed circuit board 4, allowed us to direct high-frequency energy along the tape conductor 8 to the point antenna excitation, etc. dispense with the use of a bulky conical balancing transformer, i.e., reduce dimensions by 3 times. Moreover, the antenna effect of the feeder was negligible.

Влияние токов шунта на диаграмму направленности антенны устранено путем экранирования шунта 3 полыми плечами вибратора 1, 2, т.е. размещением печатного монтажа платы 4 внутри полых плеч вибратора. The influence of the shunt currents on the antenna pattern is eliminated by shielding the shunt 3 with the hollow arms of the vibrator 1, 2, i.e. placement of printed circuit board 4 inside the hollow arms of the vibrator.

Благодаря печатному монтажу достигнута неизменность геометрии шунта 3 и ленточного проводника фидера 8, несмотря на их малые поперечные размеры по сравнению с их длиной, что важно при эксплуатации антенны на подвижных объектах, когда возможны тряска и ударные нагрузки. Thanks to the printed wiring, the geometry of the shunt 3 and the ribbon conductor of the feeder 8 remains unchanged, despite their small transverse dimensions compared to their length, which is important when operating the antenna on moving objects, when jolting and shock loads are possible.

Предлагаемая конструкция шунтового вибратора позволила получить равномерные ДН в пл. Н в диапазоне частот 100 ^oC 400 МГц (см. экспериментальные кривые на фиг. 3 и 4) при КБВ ≥ 0,4 (см. фиг. 5).The proposed design of the shunt vibrator made it possible to obtain uniform patterns in the square. N in the frequency range 100 ^o C 400 MHz (see experimental curves in Fig. 3 and 4) with a KBM ≥ 0.4 (see Fig. 5).

Благодаря малым габаритам и высоким электрическим характеристикам антенна может найти широкое применение на судах в качестве антенны радиосвязи в диапазоне МВ-ДМВ с другими судами и самолетами. Due to its small size and high electrical characteristics, the antenna can be widely used on ships as a radio antenna in the MV-DMV range with other ships and aircraft.

Claims

Symmetrical vibrator with hollow shoulders, with a shunt and a coaxial feeder, characterized in that longitudinal grooves are made in the hollow shoulders of the vibrator along the axis, in which there is a printed circuit board with a shunt, a ribbon conductor of the feeder and two, left and right, metallized surfaces so that metal the vibrator shoulders are a screen for a shunt, the ends of which are connected to metallized surfaces, the end of the braid of the coaxial feeder is attached to the center of the shunt, the inner core of which is connected to the end of the tape wire the back of the feeder, laid along the left or right half of the shunt from the opposite side of the substrate and rotated 180 ^o to the side of the right or left metallized surface, respectively, and connected to it, the edges of the metallized surface are galvanically connected to the edges of the grooves of the hollow arms of the vibrator.