RU2111584C1 - Broadband antenna - Google Patents

Broadband antenna Download PDF

Info

Publication number
RU2111584C1
RU2111584C1 RU96123317A RU96123317A RU2111584C1 RU 2111584 C1 RU2111584 C1 RU 2111584C1 RU 96123317 A RU96123317 A RU 96123317A RU 96123317 A RU96123317 A RU 96123317A RU 2111584 C1 RU2111584 C1 RU 2111584C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
counterweight
antenna
vibrator
edges
Prior art date
Application number
RU96123317A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96123317A (en
Inventor
Ю.И. Буянов
Ю.В. Бульбин
В.Н. Дирин
В.П. Сушко
В.Д. Чуйков
Original Assignee
Инженерно-радиофизический центр Сибирского физико-технического института
Дирин Владимир Николаевич
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 Инженерно-радиофизический центр Сибирского физико-технического института, Дирин Владимир Николаевич filed Critical Инженерно-радиофизический центр Сибирского физико-технического института
Priority to RU96123317A priority Critical patent/RU2111584C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2111584C1 publication Critical patent/RU2111584C1/en
Publication of RU96123317A publication Critical patent/RU96123317A/en

Links

Images

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: television, radio broadcasting, radio communication and radiolocation as independent antenna or element of broadband phased array. SUBSTANCE: proposed antenna has bandwidth not less than two octaves, cardiod and biggest dimension not exceeding 0.2 maximum working wave length. Antenna includes dipole in the form of plate 1 of predominantly square form, counterweight in the form of plate 2 , aid for connection of dipole and counterweight to transmission line. Plate-counterweight 2 has rectangular shape and its longer side is bent in plane orthogonal to plate-dipole 4, plate-dipole 1 is positioned between edges 6 of second plate of counterweight complanarly to plane including these edges 6. EFFECT: improved operational characteristics. 4 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к антенной технике, а именно к "коротким" широкополосным антеннам, и может применяться в качестве передающей или приемной антенны в системах радиосвязи, радиолокации, телевидения и радиовещания. Изобретение может использоваться как самостоятельная антенна и как элемент широкополосной фазированной антенной решетки. The invention relates to antenna technology, namely to “short” broadband antennas, and can be used as a transmitting or receiving antenna in radio communication systems, radar, television and broadcasting. The invention can be used as a standalone antenna and as an element of a broadband phased antenna array.

Существует проблема излучения и приема сверхширокополосных сигналов, спектр которых занимает полосу частот две октавы и более. Для излучения и приема широкополосных сигналов с минимальными искажениями антенна должна иметь полосу пропускания, сравнимую с полосой частот, занимаемой спектром сигнала. Под полосой пропускания антенны здесь понимают интервал частот, в котором следующие характеристики, определяющие ее работоспособность, остаются неизменными или изменяются в допустимых пределах: направление максимума и форма диаграммы направленности, наличие и стабильное положение фазового центра, поляризационная характеристика, входной импеданс или степень согласования с фидером. There is a problem of the emission and reception of ultra-wideband signals, the spectrum of which occupies a frequency band of two octaves or more. To emit and receive broadband signals with minimal distortion, the antenna must have a passband comparable to the frequency band occupied by the signal spectrum. Here, an antenna bandwidth is understood as a frequency interval in which the following characteristics that determine its performance remain unchanged or vary within acceptable limits: the direction of the maximum and the shape of the radiation pattern, the presence and stable position of the phase center, polarization characteristic, input impedance, or degree of matching with the feeder .

Такие известные широкодиапазонные антенны, как спиральные и логопериодические, для неискаженного излучения широкополосных сигналов не пригодны из-за отсутствия фазового центра или частотной зависимости его положения, хотя остальные указанные характеристики могут сохраняться в полосе три октавы и более. По этой же причине они мало пригодны для использования в качестве элементов широкополосных сканирующих антенных решеток. В то же время известно, что короткие вибраторы, размеры которых не превышают длину волны, имеют четко выраженный фазовый центр, а их характеристики направленности слабо зависят от частоты. Однако короткие вибраторы имеют сильную частотную зависимость входного импеданса (увеличивающуюся при уменьшении размеров антенны), что затрудняет их согласование в широкой полосе частот. Вследствие этого нижняя граница полосы пропускания короткой антенны однозначно определяется нижней границей полосы согласования. Сверху полоса пропускания ограничена, как правило, искажением формы диаграммы направленности. При использовании электрического диполя это происходит, если его размеры становятся больше 1,25 длины волны. Малые размеры антенны являются также необходимым условием возможности использования ее в качестве антенного элемента широкополосной сканирующей антенной решетки. Это обусловлено тем, что для исключения возникновения вторичных интерференционных максимумов диаграммы направленности расстояние между элементами решетки не должно превышать половину длины волны на верхней частоте рабочего диапазона. Следовательно, диапазон рабочих частот сканирующей антенной решетки определяется минимальным допустимым расстоянием между элементами, которое обычно принимается равным размеру антенного элемента. Such well-known wide-band antennas as spiral and log-periodic ones are not suitable for undistorted emission of broadband signals due to the absence of a phase center or the frequency dependence of its position, although the remaining indicated characteristics can be stored in a band of three octaves or more. For the same reason, they are not very suitable for use as elements of broadband scanning antenna arrays. At the same time, it is known that short vibrators, whose sizes do not exceed the wavelength, have a clearly defined phase center, and their directivity characteristics are weakly dependent on frequency. However, short vibrators have a strong frequency dependence of the input impedance (increasing with decreasing antenna size), which complicates their matching in a wide frequency band. As a result, the lower limit of the passband of the short antenna is uniquely determined by the lower limit of the matching band. The bandwidth above is limited, as a rule, by distortion in the shape of the radiation pattern. When using an electric dipole, this happens if its dimensions become greater than 1.25 wavelength. The small size of the antenna is also a prerequisite for the possibility of using it as an antenna element of a broadband scanning antenna array. This is due to the fact that to eliminate the occurrence of secondary interference maxima of the radiation pattern, the distance between the elements of the array should not exceed half the wavelength at the upper frequency of the operating range. Therefore, the operating frequency range of the scanning antenna array is determined by the minimum allowable distance between the elements, which is usually taken equal to the size of the antenna element.

Таким образом, проблема сводится к задаче уменьшения электрических размеров антенны и расширения полосы пропускания в сторону нижних частот без ухудшения ее эффективности. Известны способы решения проблемы, основанные на расширении полосы согласования короткого излучателя путем минимизации запаса реактивной энергии, представляющей собой разность между магнитной и электрической энергиями, запасенными в ближней зоне излучателя. Эта энергия определяет мнимую часть входного сопротивления антенны. Плотность реактивной энергии максимальна вблизи вибратора и быстро убывает при удалении от него. Thus, the problem boils down to the task of reducing the electrical dimensions of the antenna and expanding the bandwidth towards lower frequencies without compromising its effectiveness. Known methods for solving the problem, based on the expansion of the matching band of a short emitter by minimizing the supply of reactive energy, which is the difference between the magnetic and electric energies stored in the near zone of the emitter. This energy determines the imaginary part of the input impedance of the antenna. The density of reactive energy is maximum near the vibrator and rapidly decreases with distance from it.

Наиболее простой и известный способ уменьшения реактивной энергии в ближней зоне короткого излучателя заключается в увеличении его поперечных размеров, то есть исключении из ближней зоны некоторого объема, в котором плотность реактивной энергии максимальна. Этот широко используемый на практике способ позволяет заметно уменьшить частотную зависимость входного импеданса излучателя, но полностью исключить ее таким образом не удается. The simplest and most well-known way to reduce reactive energy in the near zone of a short emitter is to increase its transverse dimensions, that is, to exclude from the near zone a certain volume in which the reactive energy density is maximum. This method, widely used in practice, can significantly reduce the frequency dependence of the input impedance of the emitter, but it cannot be completely eliminated in this way.

Известны конструкции диапазонных вибраторов, реализующих этот способ, плечи которых выполнены из труб или пластин с большим поперечным сечением. Форма поперечного сечения может быть различной: круглой, прямоугольной, треугольной и т.д. К антеннам этого типа можно отнести такие широко известные конструкции, как диполь Надененко и биконический вибратор [1]. Known designs of range vibrators that implement this method, the shoulders of which are made of pipes or plates with a large cross section. The cross-sectional shape can be different: round, rectangular, triangular, etc. The antennas of this type include such well-known structures as the Nadenenko dipole and biconical vibrator [1].

Другим, более эффективным способом расширения полосы согласования излучателя является применение принципа самодополнительности, то есть выполнение антенны в виде двух плоских взаимно дополнительных структур (так, чтобы одна из них могла быть получена из другой заменой проводящей части плоскости на эквивалентные по форме и размерам отверстия и наоборот). Теоретически входное сопротивление бесконечной взаимно дополнительной структуры не зависит от частоты и является вещественным. Another, more effective way to expand the matching band of the emitter is to apply the principle of self-complementarity, that is, the antenna in the form of two flat mutually complementary structures (so that one of them can be obtained from the other by replacing the conductive part of the plane with holes equivalent in shape and size and vice versa ) Theoretically, the input impedance of an infinite mutually complementary structure is frequency independent and is real.

Известна широкополосная антенна [2], выполненная согласно этому способу в виде плоского симметричного вибратора с плечами треугольной формы. Эта антенна удовлетворяет принципу самодополнительности. Недостатками антенны являются отсутствие направленности в H-плоскости; недостаточно широкая полоса пропускания (отношение крайних частот приблизительно равно трем) и необходимость использования для подключения коаксиального кабеля симметрирующе-согласующего устройства, что приводит к усложнению конструкции и дополнительному сужению полосы пропускания антенны. Known broadband antenna [2], made according to this method in the form of a flat symmetric vibrator with triangular shoulders. This antenna satisfies the principle of self-complement. The disadvantages of the antenna are the lack of directivity in the H-plane; insufficiently wide bandwidth (the ratio of the extreme frequencies is approximately three) and the need to use a balancing-matching device to connect the coaxial cable, which leads to a complication of the design and an additional narrowing of the antenna bandwidth.

В качестве прототипа выбрана широкополосная антенна [3], выполненная в виде плоского несимметричного вибратора, состоящего из металлической прямоугольной пластины, установленной перпендикулярно проводящей поверхности, образующей противовес, и средства для подключения оплетки коаксиального кабеля к противовесу, а внутренней жилы к вибратору. Недостатками прототипа являются отсутствие направленности в Н-плоскости недостаточно широкая полоса частот, в которой сохраняется форма диаграммы направленности, (отношение крайних частот приблизительно равно трем) и относительно большие габариты при использовании прототипа в качестве самостоятельной антенны, так как размеры противовеса должны быть не менее 1/2 максимальной рабочей длины волны. As a prototype, a broadband antenna [3], made in the form of a flat asymmetric vibrator consisting of a rectangular metal plate mounted perpendicular to the conductive surface forming the counterweight, and means for connecting the coaxial cable braid to the counterweight, and the inner core to the vibrator, was chosen. The disadvantages of the prototype are the lack of directivity in the H-plane is not wide enough frequency band in which the shape of the radiation pattern is preserved (the ratio of the extreme frequencies is approximately three) and the relatively large dimensions when using the prototype as an independent antenna, since the counterweight must be at least 1 / 2 maximum working wavelength.

Задачей изобретения является создание широкополосной антенны, преимущественно метрового и дециметрового диапазона длин волн, обладающей расширенной в сторону нижних частот полосой пропускания, увеличенной направленностью, сниженной материалоемкостью и уменьшенными габаритами. The objective of the invention is the creation of a broadband antenna, mainly meter and decimeter wavelengths, with extended to the lower frequencies passband, increased directivity, reduced material consumption and reduced dimensions.

В соответствии с поставленной задачей заявляемая в качестве изобретения широкополосная антенна, как и прототип, содержит несимметричный вибратор в виде пластины, противовес и средство подключения вибратора и противовеса к линии передачи. Антенна отличается от прототипа тем, что в ней противовес выполнен в виде прямоугольной пластины, изогнутой в плоскости, ортогональной пластине вибратора, своей первой стороной, а пластина вибратора расположена между кромками второй стороны пластины противовеса компланарно плоскости, включающей эти кромки. In accordance with the task, the claimed as the invention broadband antenna, as well as the prototype, contains an asymmetric vibrator in the form of a plate, a counterweight and means for connecting a vibrator and a counterweight to the transmission line. The antenna differs from the prototype in that the counterweight is made in the form of a rectangular plate curved in the plane, orthogonal to the vibrator plate, with its first side, and the vibrator plate is located between the edges of the second side of the counterweight plate coplanar to the plane including these edges.

Предпочтительно в качестве формы поперечного сечения цилиндра, по направляющей которой изогнута пластина противовеса, выбрать правильный многоугольник с четным числом углов. Форма правильного многоугольника является приближением к форме круга, наиболее типичной форме сечения цилиндра, и вместе с тем обеспечивает повышенные воспроизводимость и жесткость конструкции при уменьшенной металлоемкости. При этом четное число углов такого многоугольника позволяет дополнительно снизить наибольший из габаритов антенны, так как при этом раскрыв пластины может быть образован взаимно параллельными гранями пластины. It is preferable to choose a regular polygon with an even number of angles as the cross-sectional shape of the cylinder along which the counterweight plate is curved. The shape of a regular polygon is an approximation to the shape of a circle, the most typical sectional shape of a cylinder, and at the same time provides increased reproducibility and rigidity of the structure with reduced metal consumption. In this case, an even number of angles of such a polygon can further reduce the largest of the dimensions of the antenna, since in this case the opening of the plate can be formed by mutually parallel faces of the plate.

В любом предпочтении целесообразно выполнение средства подключения вибратора и противовеса к линии передачи в виде несимметричной полосковой линии, полосок которой соединен с кромкой пластины, образующей вибратор, и изогнут вдоль пластины, образующей противовес, которая является подложкой этой линии. Такое решение обеспечивает упрощение конструктивного исполнения антенны и дополнительное снижение ее материалоемкости за счет использования пластины противовеса в качестве подложки указанной полосковой линии. Вместе с тем, это упрощает обеспечение постоянства волнового сопротивления и исполнение такого средства для подключения вибратора и противовеса, так как его электрические параметры легко варьируются шириной и высотой расположения полоска над подложкой. In any preference, it is advisable to implement means for connecting the vibrator and the counterweight to the transmission line in the form of an asymmetric strip line, the strips of which are connected to the edge of the plate forming the vibrator, and bent along the plate forming the counterweight, which is the substrate of this line. This solution simplifies the design of the antenna and further reduces its material consumption through the use of a counterweight plate as a substrate for the specified strip line. At the same time, this simplifies ensuring the constancy of wave resistance and the design of such a means for connecting a vibrator and a counterweight, since its electrical parameters easily vary in the width and height of the strip above the substrate.

Целесообразно, включая упомянутые предпочтения, выполнить пластину вибратора квадратной и выбрать размер указанной первой стороны пластины противовеса превышающим размер стороны этого квадрата приблизительно в три раза. Такое соотношение в сочетании с указанными формой противовеса, а также формой и расположением вибратора обеспечивает оптимальное соотношение электрического и магнитного моментов конструктивных составляющих антенны в полосе частот не менее двух октав. It is advisable, including the aforementioned preferences, to make the vibrator plate square and to select the size of said first side of the counterweight plate approximately three times the size of the side of this square. This ratio, in combination with the indicated counterweight shape, as well as the shape and location of the vibrator, provides the optimal ratio of the electric and magnetic moments of the structural components of the antenna in the frequency band of at least two octaves.

В последнем предпочтении целесообразно выполнение размера второй стороны пластины противовеса превышающим размер стороны пластины вибратора приблизительно в два раза. Установлено, что такое соотношение обеспечивает оптимум характеристик по материалоемкости и направленности. При этом увеличение ширины пластины увеличивает материалоемкость, а уменьшение ухудшает степень направленности антенны. In the latter preference, it is advisable that the size of the second side of the counterweight plate is approximately two times the size of the side of the vibrator plate. It is established that this ratio provides the optimum characteristics in terms of material consumption and directivity. Moreover, an increase in the width of the plate increases the consumption of materials, and a decrease affects the degree of directivity of the antenna.

На фиг. 1 и 2 показано конструктивное исполнение предлагаемой широкополосной антенны в предпочтительном осуществлении, где на фиг. 1 - вид спереди; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. In FIG. 1 and 2 show the embodiment of the proposed broadband antenna in a preferred embodiment, where in FIG. 1 is a front view; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

Предлагаемая широкополосная антенна содержит несимметричный вибратор 1, выполненный в виде пластины квадратной формы (фиг. 1), противовес 2, выполненный в виде прямоугольной пластины, изогнутой в плоскости, ортогональной пластине вибратора, своей длинной (первой) стороной по направляющей в виде половины правильного восьмиугольника (фиг. 2). Пластина вибратора 1 расположена в плоскости, проходящей через кромки 3 второй стороны пластины противовеса 2, и между этими кромками 3. Такое расположение пластины вибратора 1 обеспечивается держателем 4, выполненным в виде пластины из диэлектрика, расположенной в области кромок 3 пластины противовеса 2 параллельно этим кромкам 3. Пластина вибратора 1 прикреплена к поверхности пластины-держателя 4 с помощью клея или винтов (не показаны). Пластина-держатель 4 своими противоположными кромками таким же образом скреплена с пластиной противовеса 2 в области ее кромок 3. The proposed broadband antenna contains an asymmetric vibrator 1 made in the form of a square plate (Fig. 1), a counterweight 2 made in the form of a rectangular plate curved in a plane orthogonal to the vibrator plate, with its long (first) side along the guide in the form of half a regular octagon (Fig. 2). The vibrator plate 1 is located in the plane passing through the edges 3 of the second side of the counterweight plate 2, and between these edges 3. This arrangement of the vibrator plate 1 is provided by the holder 4, made in the form of a dielectric plate located in the region of the edges 3 of the counterweight plate 2 parallel to these edges 3. The vibrator plate 1 is attached to the surface of the holder plate 4 with glue or screws (not shown). The holder plate 4 with its opposite edges is likewise bonded to the counterweight plate 2 in the region of its edges 3.

Антенна содержит также полосок 5, соединенный с одной из кромок 6 пластины вибратора 1, расположенной над поверхностью пластины противовеса 2 и изогнутой продольно этой поверхности подобно ее изгибам. Полосок 5 и часть пластины противовеса 2 в качестве подложки образуют несимметричную полосковую линию, которая завершается полосково-коаксиальным переходом 7 и разъемом 8 для подключения коаксиального кабеля 9 снижения (кабельной линии). Высота и положение полоска 5 над подложкой фиксируется диэлектрическими прокладками 10 прикрепленными к поверхности пластины противовеса 2 клеем или винтами и к полоску 5 с помощью паза (не показано). Таким образом указанная полосковая линия образует средство для подключения вибратора и противовеса к линии передачи. The antenna also contains strips 5 connected to one of the edges 6 of the vibrator plate 1, located above the surface of the counterweight plate 2 and curved longitudinally to this surface like its bends. The strip 5 and part of the counterweight plate 2 as a substrate form an asymmetric strip line, which ends with a strip-coaxial junction 7 and a connector 8 for connecting a reduction coaxial cable 9 (cable line). The height and position of the strip 5 above the substrate is fixed by dielectric spacers 10 attached to the surface of the counterweight plate 2 with glue or screws and to the strip 5 using a groove (not shown). Thus, said strip line forms means for connecting a vibrator and a counterweight to the transmission line.

В изложенном конструктивном исполнении предлагаемой антенны длина стороны пластины вибратора 1 для ее преимущественной квадратной формы составляет 1/10 заданной максимальной рабочей длины волны. Длина и ширина прямоугольной пластины противовеса 2, изогнутой своей длинной стороной по образующей правильного восьмиугольника (фиг. 2), составляют соответственно три и два размера указанного квадрата. Такой размер пластины вибратора 1 в сочетании с указанными признаками конструктивного исполнения пластины противовеса и предпочтительной ее длины, составляющей около трех длин пластины вибратора, исключает резонансные явления в полосе пропускания не менее двух октав. In the described embodiment of the proposed antenna, the length of the side of the plate of the vibrator 1 for its predominant square shape is 1/10 of the specified maximum working wavelength. The length and width of the rectangular plate of the counterweight 2, curved by its long side along the generatrix of the regular octagon (Fig. 2), are respectively three and two sizes of the specified square. This size of the vibrator plate 1 in combination with the indicated features of the structural design of the counterweight plate and its preferred length of about three lengths of the vibrator plate excludes resonance phenomena in the passband of at least two octaves.

Форма изгиба пластины противовеса 2 (фиг. 2) по направляющей половины цилиндра, в качестве формы поперечного сечения которого выбран правильный многоугольник, является достаточно оптимальным приближением к типичному сечению цилиндра в виде круга. При этом, как видно из фиг. 2 четное число углов обеспечивает параллельность боковых поверхностей пластины противовеса 2 в областях, примыкающим к ее кромкам 3, то есть некоторое дополнительное уменьшение габаритов при сохранении направленности антенны. Однако в качестве приемлемых форм изгиба пластины противовеса возможны и иные формы поперечного сечения полуцилиндра, близкие к форме поперечного сечения тела вращения. The bending shape of the counterweight plate 2 (Fig. 2) along the guide half of the cylinder, the regular polygon being selected as the cross-sectional shape, is a rather optimal approximation to the typical cylinder section in the form of a circle. Moreover, as can be seen from FIG. 2 an even number of angles ensures parallelism of the side surfaces of the counterweight plate 2 in the areas adjacent to its edges 3, that is, some additional reduction in size while maintaining the directivity of the antenna. However, as acceptable forms of bending of the counterweight plate, other cross-sectional shapes of the half-cylinder are also possible, similar to the cross-sectional shape of the body of revolution.

Прямоугольная форма пластины противовеса 2 и квадратная форма пластины вибратора 1, кроме очевидной простоты и технологичности исполнения обеспечивают в предлагаемом конструктивном решении достижение сочетания уменьшенных габаритов и материалоемкости, и увеличенных полосы пропускания и направленности антенны. При этом квадратная форма пластины вибратора 1 и ориентация ее кромок 6 параллельно кромкам 3 пластины противовеса 2 не являются единственно приемлемыми. Иная форма пластины вибратора 1 (прямоугольная с неравными сторонами, круглая и т.п.) и/или иная ее ориентация в указанной плоскости возможны и связаны лишь некоторым усложнением расчетно-настроечных процедур. The rectangular shape of the counterweight plate 2 and the square shape of the vibrator plate 1, in addition to the obvious simplicity and manufacturability, provide in the proposed design solution a combination of reduced dimensions and material consumption, and increased antenna bandwidth and directionality. Moreover, the square shape of the plate of the vibrator 1 and the orientation of its edges 6 parallel to the edges 3 of the counterweight plate 2 are not only acceptable. A different form of the vibrator plate 1 (rectangular with unequal sides, round, etc.) and / or its other orientation in the indicated plane are possible and are associated only with some complication of the settlement-adjustment procedures.

Для пояснения работы предлагаемой широкополосной антенны отметим следующее. Предложенную конструкцию широкополосной антенны можно рассматривать как комбинацию электрического и магнитного излучателей. Электрическим излучателем является несимметричный вибратор, образованный пластиной 1, расположенной между параллельными кромками пластины противовеса 2. Пластина вибратора 1 возбуждается полосковой линией, образованной полоском 5 и частью пластины противовеса 2 в качестве подложки. Магнитный излучатель образован витком тока, включающим изогнутую по образующей половины цилиндра прямоугольную пластину противовеса 2, указанную полосковую линию, пластину вибратора 1 и емкостный зазор между поверхностью пластины противовеса 2, примыкающими к ее кромке 3 и обращенной к ней кромке 6 пластины вибратора 1. Указанный виток является аналогом магнитного вибратора, ориентированного вдоль оси витка, и характеризуется тем, что на частотах ниже частоты первого резонанса (где периметр витка составляет половину длины волны) его импеданс имеет индуктивный характер, а запас магнитной энергии превышает запас электрической энергии. Упомянутый выше электрический вибратор характеризуется тем, что на частотах ниже первого резонанса его импеданс имеет емкостный характер, то есть в его ближней зоне преобладает запас электрической энергии. При подаче сигнала на вход антенны одна часть сигнала через полосковую линию возбуждает электрический вибратор, другая часть возбуждает упомянутый виток. Выбранные размеры обеспечивают такое соотношение электрического и магнитного моментов в антенне, при котором разность запасов электрической и магнитной энергий в ближней зоне антенны близка к нулю на частотах выше нижней граничной частоты полосы пропускания, на которой размер пластины вибратора 1 составляет примерно 1/10 длины волны. Это обеспечивает минимизацию реактивной составляющей импеданса антенны и уменьшает частотную зависимость вещественной составляющей, так как с уменьшением частоты увеличивается плотность энергии в ближней зоне антенны, вследствие чего повышается доля излученной мощности. Кроме расширения полосы согласования в сторону нижних частот предложенная конструкция и выбранные соотношения размеров обеспечивают формирование кардиоидной диаграммы направленности и сохранение ее формы в полосе частот не менее двух октав. To explain the operation of the proposed broadband antenna, we note the following. The proposed design of a broadband antenna can be considered as a combination of electric and magnetic emitters. The electric emitter is an asymmetric vibrator formed by a plate 1 located between the parallel edges of the counterweight plate 2. The vibrator plate 1 is excited by a strip line formed by the strip 5 and part of the counterweight plate 2 as a substrate. The magnetic emitter is formed by a current loop, including a rectangular counterweight plate 2 curved along the generatrix of the cylinder, the specified strip line, the vibrator plate 1 and the capacitive gap between the surface of the counterweight plate 2 adjacent to its edge 3 and the edge 6 of the vibrator plate 1 facing it. is an analogue of a magnetic vibrator oriented along the axis of the coil, and is characterized by the fact that at frequencies below the frequency of the first resonance (where the perimeter of the coil is half the wavelength) its imp ans has inductive character, and the magnetic energy reserve exceeds supply of electric energy. The electric vibrator mentioned above is characterized by the fact that at frequencies below the first resonance its impedance is capacitive in nature, that is, the supply of electric energy prevails in its near zone. When applying a signal to the antenna input, one part of the signal through a strip line excites an electric vibrator, the other part excites the aforementioned coil. The selected sizes provide such a ratio of electric and magnetic moments in the antenna, in which the difference in the reserves of electric and magnetic energy in the near zone of the antenna is close to zero at frequencies above the lower cutoff frequency of the passband, at which the size of the vibrator plate 1 is about 1/10 of the wavelength. This minimizes the reactive component of the antenna impedance and reduces the frequency dependence of the material component, since with decreasing frequency, the energy density in the near zone of the antenna increases, resulting in an increase in the fraction of radiated power. In addition to expanding the matching band towards lower frequencies, the proposed design and the selected size ratios ensure the formation of a cardioid radiation pattern and maintain its shape in the frequency band of at least two octaves.

Промышленная применимость и преимущества изобретения по сравнению с прототипом подтверждены испытаниями широкополосной антенны, изготовленной в соответствие с изобретением, где пластина вибратора 1, полосок 5 и пластина противовеса 2 выполнены из листового алюминия толщиной 1 мм. Разъем 8 для подключения коаксиального кабеля 9 установлен в средней точке пластины противовеса 2. The industrial applicability and advantages of the invention compared to the prototype are confirmed by testing a broadband antenna made in accordance with the invention, where the vibrator plate 1, strips 5 and counterweight plate 2 are made of aluminum sheet 1 mm thick. Connector 8 for connecting a coaxial cable 9 is installed at the midpoint of the counterweight plate 2.

Измерения проводились в полосе частот не менее двух октав, при этом на нижней частоте размер вибратора не превышал 0,1 длины волны. Измеряемыми характеристиками являлись коэффициент бегущей волны (КБВ), коэффициент усиления (КУ) и глубина нуля (ГН) диаграммы направленности (коэффициент защитного действия). Результаты измерений приведены в таблице. The measurements were carried out in a frequency band of at least two octaves, while at the lower frequency the vibrator size did not exceed 0.1 wavelength. The measured characteristics were the traveling wave coefficient (KBW), gain (KU), and zero depth (GN) radiation patterns (coefficient of protective action). The measurement results are shown in the table.

Использование предложенной широкополосной антенны в качестве элемента фазированной антенной решетки с сектором сканирования не менее 90 градусов позволило расширить полосу рабочих частот решетки до двух октав. Using the proposed broadband antenna as an element of a phased antenna array with a scanning sector of at least 90 degrees allowed us to expand the band of operating frequencies of the array to two octaves.

При использовании предложенной антенны в качестве излучателя сверхширокополосных сигналов установлено, что при подаче на ее вход биполярного импульса длительностью 2 нс (более 90% энергии которого сосредоточено в полосе частот 200-1200 МГц) излучается не менее 80% энергии импульса и длительность его увеличивается не более) чем на 30%. When using the proposed antenna as an emitter of ultra-wideband signals, it was found that when a bipolar pulse with a duration of 2 ns (more than 90% of the energy concentrated in the frequency band 200-1200 MHz) is fed to its input, at least 80% of the pulse energy is emitted and its duration increases no more ) than 30%.

Для использования предложенной конструкции широкополосной антенны в качестве телевизионной антенны дециметрового диапазона были изготовлены образцы антенн с габаритами 150х150х80 мм, проводящие элементы которых выполнены из листовой стали толщиной 0,5 мм. Масса антенны вместе с элементами крепления не превышала при этом 0,5 кг. Испытания в различных условиях приема показали, что в условиях города антенна обеспечивает уверенный прием телевизионных программ 3, 4 и 5 диапазонов (170 - 790 МГц) и может размещаться на балконе, на стене, в оконном проеме или использоваться как комнатная. В дециметровом диапазоне при размещении антенны выше третьего этажа и при отсутствии прямого затенения сигнала ближними зданиями прием телевизионных программ осуществлялся с удовлетворительным качеством на расстояниях до 70 км. To use the proposed design of a broadband antenna as a decimeter-wave television antenna, antenna samples were manufactured with dimensions of 150x150x80 mm, the conductive elements of which are made of 0.5 mm thick sheet steel. The weight of the antenna together with the fastening elements did not exceed 0.5 kg. Tests in various reception conditions have shown that in an urban environment the antenna provides reliable reception of television programs in the 3, 4 and 5 bands (170 - 790 MHz) and can be placed on a balcony, on a wall, in a window opening or used as a room. In the decimeter range, when placing the antenna above the third floor and in the absence of direct shadowing of the signal by nearby buildings, television programs were received with satisfactory quality at distances up to 70 km.

Источники информации, использованные при составлении описания. Sources of information used in the preparation of the description.

1. Г.Н. Кочержевский, Г.А.Ерохин, Н. Д.Козырев, ЮЯ Антенно- фидерные устройства. М.: Радио и связь, 1989. 352 с., с. 138-146. 1. G.N. Kocherzhevsky, G.A. Erokhin, N.D. Kozyrev, Yu.Ya. Antenna-feeder devices. M .: Radio and communications, 1989.352 s., P. 138-146.

2. Там же, с. 148. 2. Ibid., P. 148.

3. Сверхширокополосные антенны. Перевод с англ./Под ред. Л.С. Бененсона. М.: Мир, 1964. 416 с. с. 399-402. 3. Ultra-wideband antennas. Translation from English / Ed. L.S. Benenson. M .: Mir, 1964.416 s. from. 399-402.

Claims (5)

1. Широкополосная антенна, содержащая несимметричный вибратор в виде пластины, противовес и средство для подключения вибратора и противовеса к линии передачи, отличающаяся тем, что в ней противовес выполнен в виде прямоугольной пластины и изогнутой в плоскости, ортогональной пластине вибратора, своей первой стороной, а пластина вибратора расположена между кромками второй стороны пластины противовеса, компланарно плоскости, включающей эти кромки. 1. A broadband antenna containing an asymmetric vibrator in the form of a plate, a counterweight and means for connecting a vibrator and a counterweight to the transmission line, characterized in that the counterweight is made in the form of a rectangular plate and curved in a plane orthogonal to the vibrator plate, its first side, and the vibrator plate is located between the edges of the second side of the counterweight plate, coplanar to the plane including these edges. 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что пластина противовеса изогнута по половине правильного многоугольника с четным числом углов. 2. The antenna according to claim 1, characterized in that the counterweight plate is curved in half of a regular polygon with an even number of angles. 3. Антенна по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в ней средство для подключения вибратора и противовеса к линии передачи выполнено в виде несимметричной полосковой линии, полосок которой соединен с кромкой пластины вибратора и изогнут вдоль пластины противовеса, являющейся подложкой этой полосковой линии. 3. The antenna according to claims 1 and 2, characterized in that in it the means for connecting the vibrator and the counterweight to the transmission line is made in the form of an asymmetric strip line, the strips of which are connected to the edge of the vibrator plate and bent along the counterweight plate, which is the substrate of this strip line . 4. Антенна по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что в ней пластина вибратора выполнена квадратной и размер указанной первой стороны пластины противовеса превышает размер стороны квадрата приблизительно в три раза. 4. The antenna according to claims 1 to 3, characterized in that the vibrator plate is square in it and the size of said first side of the counterweight plate is approximately three times the size of the side of the square. 5. Антенна по п.4, отличающаяся тем, что размер указанной второй стороны пластины противовеса превышает размер стороны пластины вибратора приблизительно в два раза. 5. The antenna according to claim 4, characterized in that the size of said second side of the counterweight plate is approximately two times the size of the side of the vibrator plate.
RU96123317A 1996-12-16 1996-12-16 Broadband antenna RU2111584C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96123317A RU2111584C1 (en) 1996-12-16 1996-12-16 Broadband antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96123317A RU2111584C1 (en) 1996-12-16 1996-12-16 Broadband antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2111584C1 true RU2111584C1 (en) 1998-05-20
RU96123317A RU96123317A (en) 1998-08-27

Family

ID=20187957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96123317A RU2111584C1 (en) 1996-12-16 1996-12-16 Broadband antenna

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2111584C1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007032690A1 (en) * 2005-09-13 2007-03-22 Gregory D Hall Broadband antennas
RU2484563C2 (en) * 2011-07-12 2013-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" Ultra-wideband antenna array
RU2493639C1 (en) * 2009-10-13 2013-09-20 Сони Корпорейшн Antenna
RU2562145C1 (en) * 2014-03-31 2015-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Transceiving all-band oblique polarization antenna array formed by 2*n-pairs of monoplane v-shaped vibrators
RU2564694C1 (en) * 2014-03-31 2015-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Transceiving oblique polarization antenna array formed by 2·n-pairs of codirectional v-shaped vibrators
RU2617796C2 (en) * 2015-08-25 2017-04-26 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Positioning and long-distance module oblique polarization antenna array of mobile multi-function longtime heart monitoring and ergometry hardware and software complex
RU2617794C2 (en) * 2015-08-25 2017-04-26 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Send-receive positioning and long-distance module antenna array of mobile multi-function longtime heart monitoring and ergometry hardware and software complex
RU2622620C2 (en) * 2015-05-12 2017-06-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method of excitating electromagnetic waves

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Сверхширокополосные антенны. / Под ред.Л.С.Бененсона. - М.: Мир, 1964, с. 399 - 402. *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007032690A1 (en) * 2005-09-13 2007-03-22 Gregory D Hall Broadband antennas
RU2493639C1 (en) * 2009-10-13 2013-09-20 Сони Корпорейшн Antenna
RU2484563C2 (en) * 2011-07-12 2013-06-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" Ultra-wideband antenna array
RU2562145C1 (en) * 2014-03-31 2015-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Transceiving all-band oblique polarization antenna array formed by 2*n-pairs of monoplane v-shaped vibrators
RU2564694C1 (en) * 2014-03-31 2015-10-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Transceiving oblique polarization antenna array formed by 2·n-pairs of codirectional v-shaped vibrators
RU2622620C2 (en) * 2015-05-12 2017-06-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method of excitating electromagnetic waves
RU2617796C2 (en) * 2015-08-25 2017-04-26 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Positioning and long-distance module oblique polarization antenna array of mobile multi-function longtime heart monitoring and ergometry hardware and software complex
RU2617794C2 (en) * 2015-08-25 2017-04-26 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Send-receive positioning and long-distance module antenna array of mobile multi-function longtime heart monitoring and ergometry hardware and software complex

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5629713A (en) Horizontally polarized antenna array having extended E-plane beam width and method for accomplishing beam width extension
EP1176668A1 (en) Dielectric leak wave antenna having mono-layer structure
CN110071368B (en) Circularly polarized leaky-wave antenna based on substrate integrated mirror image dielectric waveguide
KR20100113347A (en) The series-fed array antenna for ultra high frequency band radar
US20130328733A1 (en) Waveguide or slot radiator for wide e-plane radiation pattern beamwidth with additional structures for dual polarized operation and beamwidth control
RU2111584C1 (en) Broadband antenna
US3274603A (en) Wide angle horn feed closely spaced to main reflector
US5416490A (en) Broadband quasi-microstrip antenna
EP0989628A1 (en) Patch antenna having flexed ground plate
CN112271461B (en) Hybrid-loading dual-polarization ground penetrating radar array antenna
WO1988009065A1 (en) Broad frequency range aerial
JP3810366B2 (en) Horn antenna device and azimuth detecting antenna device using the same
CA2179703C (en) Broadband horn antenna useful in mass spectroscopy
CN112952357A (en) Plane combined pulse radiation antenna
KR102015530B1 (en) Monopulse antenna comprising planar reflectors
CN114899612B (en) Circularly polarized airborne detection antenna based on double-row periodic arrangement
US3560984A (en) Broadband circularly polarized antenna having a continuous rectangular aperture
CN116073146A (en) Antenna, antenna adjusting method and radar device
CN111769363B (en) Ultra-wideband constant-beam directional antenna
US5272487A (en) Elliptically polarized antenna
JP2641944B2 (en) Traveling wave fed coaxial slot antenna
US6313806B1 (en) Slot antenna with susceptance reducing loops
US3821745A (en) Transmitting antenna employing parasitic end fire directors
Makanae et al. A Study on gain enhancement of a leaf-shaped bowtie slot antenna array employing dielectric superstrates
RU2289873C2 (en) Ultra-broadband compact high-directivity horn-stripline antenna