RU214798U1

RU214798U1 - Circular Polarized Antenna Array with Ground-Based Augmentation System (GBAS) Signal Format

Info

Publication number: RU214798U1
Application number: RU2022121050U
Authority: RU
Inventors: Ринат Рафикович Салихов; Михаил Степанович Воробьев; Леонид Петрович Кудрин; Амур Бариевич Хашимов
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Объединение "Радиотехнические Системы"
Filing date: 2022-08-02
Publication date: 2022-11-15

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве наземной передающей и/или приемной антенны с эллиптической (круговой) поляризацией. Антенная система с эллиптической поляризацией с круговой ДН в горизонтальной плоскости обеспечивает коэффициент усиление не менее 6 дБ. Антенная система круговой поляризации с форматом сигнала наземной системы функционального дополнения (GBAS) содержит четыре одинаковых симметричных вибратора, установленных на опоре-мачте и наклоненных на одинаковый угол по отношению к плоскости для формирования эллиптической поляризации, каждый симметричный вибратор содержит излучатель, симметрирующее устройство и коаксиальный соединитель, излучатель выполнен из двух одинаковых соосных проводников, между которыми имеется зазор, симметрирующее устройство выполнено в виде короткозамкнутой двухпроводной линии и включает два одинаковых параллельных проводника, которые присоединены с одной стороны к проводникам излучателя в зазоре, а с другой стороны объединены закорачивающим третьим проводником, который присоединен к опоре-мачте, коаксиальный кабель присоединен своим внешним проводником к одному из проводников излучателя в зазоре, а своим внутренним проводником присоединен ко второму проводнику излучателя в зазоре. Внутрь одного из симметрирующих проводников, на изолирующих втулках, установлен проводник для формирования коаксиальной лини передачи и трансформирования входного волнового сопротивления излучателя в волновое сопротивление 50 Ом. Затем этот коаксиальный проводник перемычкой соединяется со вторым симметрирующим проводником. Антенная система содержит три этажа излучателей, причем на первом этаже установлен общий синфазный равноамплитудный ВЧ-делитель, который подключен ВЧ-кабелями к синфазным равноамплитудным ВЧ-делителям на каждом этаже, а каждый излучатель этажа подключен ВЧ-кабелем к внутриэтажному ВЧ-делителю.

The utility model relates to antenna technology and can be used as a terrestrial transmitting and/or receiving antenna with elliptical (circular) polarization. Antenna system with elliptical polarization with circular radiation pattern in the horizontal plane provides a gain of at least 6 dB. Antenna system of circular polarization with the signal format of the terrestrial augmentation system (GBAS) contains four identical symmetrical vibrators mounted on a support-mast and tilted at the same angle with respect to the plane to form an elliptical polarization, each symmetrical vibrator contains an emitter, a balun and a coaxial connector , the emitter is made of two identical coaxial conductors, between which there is a gap, the balancing device is made in the form of a short-circuited two-wire line and includes two identical parallel conductors, which are connected on one side to the conductors of the emitter in the gap, and on the other side are combined by a short-circuiting third conductor, which attached to the support-mast, the coaxial cable is connected with its outer conductor to one of the conductors of the emitter in the gap, and its inner conductor is attached to the second conductor of the emitter in the gap. Inside one of the balancing conductors, on insulating bushings, a conductor is installed to form a coaxial transmission line and transform the input impedance of the radiator into a wave impedance of 50 Ohm. Then this coaxial conductor is connected by a jumper to the second balancing conductor. The antenna system contains three floors of radiators, and on the first floor there is a common in-phase equal-amplitude HF divider, which is connected by HF cables to in-phase equal-amplitude HF dividers on each floor, and each floor radiator is connected by an HF cable to an intra-floor HF divider.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве наземной передающей и/или приемной антенны с эллиптической (круговой) поляризацией.The utility model relates to antenna technology and can be used as a terrestrial transmitting and/or receiving antenna with elliptical (circular) polarization.

Известна антенная решетка эллиптической поляризации (патент RU 2628300, МПК H01Q 21/00, опубл. 15.08.201 - прототип), включающая четыре одинаковых симметричных вибратора, установленные на опоре-мачте и наклоненные на одинаковый угол по отношению к плоскости, включающая четыре одинаковых симметричных вибратора, установленные на опоре-мачте и наклоненные на одинаковый угол по отношению к плоскости. Каждый симметричный вибратор содержит излучатель, симметрирующее устройство и коаксиальный кабель. Излучатель выполнен из двух одинаковых соосных проводников, между которыми имеется зазор. Симметрирующее устройство выполнено в виде короткозамкнутой двухпроводной линии и включает в себя два одинаковых параллельных проводника, которые присоединены с одной стороны к проводникам излучателя в зазоре, а с другой стороны объединены заворачивающим третьим проводником, который присоединен к опоре-мачте. Коаксиальный кабель присоединен своим внешним проводником к одному из проводников излучателя в зазоре, а своим внутренним проводником присоединен ко второму проводнику излучателя в зазоре. An antenna array of elliptical polarization is known (patent RU 2628300, IPC H01Q 21/00, publ. 08/15/201 - prototype), including four identical symmetrical vibrators mounted on a support-mast and inclined at the same angle with respect to the plane, including four identical symmetrical vibrator mounted on a support-mast and inclined at the same angle with respect to the plane. Each symmetrical vibrator contains an emitter, a balancing device and a coaxial cable. The emitter is made of two identical coaxial conductors, between which there is a gap. The balancing device is made in the form of a short-circuited two-wire line and includes two identical parallel conductors, which are connected on one side to the radiator conductors in the gap, and on the other side are connected by a wrapping third conductor, which is attached to the mast support. The coaxial cable is connected with its outer conductor to one of the conductors of the emitter in the gap, and its inner conductor is connected to the second conductor of the emitter in the gap.

Недостатком прототипа является то, что данная конструкция антенной решетки не обеспечивает получение круговой диаграммы направленности (далее ДН) в горизонтальной плоскости с требуемым коэффициентом усиления не менее 6 дБ относительно изотропного излучателя в диапазоне частот 108…118 МГц. Данные технические характеристики необходимы для обеспечения дальности и зоны покрытия, цифровой линии передачи данных VDB для наземной системы GBAS. В прототипе излучатель не является законченной антенной, что усложняет настройку данной антенной решетки и проверку работоспособности при эксплуатации.The disadvantage of the prototype is that this design of the antenna array does not provide a circular pattern (hereinafter DN) in the horizontal plane with the required gain of at least 6 dB relative to an isotropic radiator in the frequency range of 108...118 MHz. These specifications are required to provide the range and coverage of the VDB digital data link for the GBAS terrestrial system. In the prototype, the emitter is not a complete antenna, which complicates the configuration of this antenna array and performance testing during operation.

Задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков прототипа и создание более надежной и технологичной антенн решетки.The objective of this utility model is to eliminate these shortcomings of the prototype and create a more reliable and technological array antennas.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является антенная система с эллиптической поляризацией с круговой ДН в горизонтальной плоскости с коэффициентом усиление не менее 6 дБ.The technical result, which the claimed utility model is aimed at, is an antenna system with elliptical polarization with a circular directional pattern in the horizontal plane with a gain of at least 6 dB.

Технический результат достигается тем, что антенная система круговой поляризации с форматом сигнала GBAS содержит четыре одинаковых симметричных вибратора, установленных на опоре-мачте и наклоненных на одинаковый угол по отношению к плоскости для формирования эллиптической поляризации, каждый симметричный вибратор содержит излучатель, симметрирующее устройство и коаксиальный соединитель, излучатель выполнен из двух одинаковых соосных проводников, между которыми имеется зазор, симметрирующее устройство выполнено в виде короткозамкнутой двухпроводной линии и включает в себя два одинаковых параллельных проводника, которые присоединены с одной стороны к проводникам излучателя в зазоре, а с другой стороны объединены заворачивающим третьим проводником, который присоединен к опоре-мачте. Внутрь одного из симметрирующих проводников, на изолирующих втулках, установлен проводник для формирования коаксиальной лини передачи и трансформирования входного волнового сопротивления излучателя в волновое сопротивление 50 Ом. Затем этот коаксиальный проводник перемычкой соединяется со вторым симметрирующее проводником. Коаксиальный проводник соединен с высокочастотным соединителем с волновым сопротивлением 50 Ом.The technical result is achieved by the fact that the circular polarization antenna system with a GBAS signal format contains four identical symmetrical vibrators mounted on a mast support and inclined at the same angle with respect to the plane to form an elliptical polarization, each symmetrical vibrator contains an emitter, a balancing device and a coaxial connector , the emitter is made of two identical coaxial conductors, between which there is a gap, the balancing device is made in the form of a short-circuited two-wire line and includes two identical parallel conductors, which are connected on one side to the conductors of the emitter in the gap, and on the other side are united by a wrapping third conductor , which is attached to the mast. Inside one of the balancing conductors, on insulating bushings, a conductor is installed to form a coaxial transmission line and transform the input impedance of the radiator into a wave impedance of 50 Ohm. Then this coaxial conductor is connected by a jumper to the second balancing conductor. The coaxial conductor is connected to a high frequency connector with a characteristic impedance of 50 ohms.

Новым является то, что антенная система содержит три этажа излучателей, причем на первом этаже установлен общий синфазный равноамплитудный ВЧ-делитель, который подключен ВЧ-кабелями к синфазным равноамплитудным ВЧ-делителям на каждом этаже, а каждый излучатель этажа подключен ВЧ-кабелем к внутриэтажному ВЧ-делителю.What is new is that the antenna system contains three floors of radiators, and on the first floor there is a common in-phase equal-amplitude RF divider, which is connected by RF cables to common-mode equal-amplitude RF dividers on each floor, and each floor radiator is connected by an RF cable to the intrafloor RF -divider.

Внутри каждого этажа подводимая мощность сигнала делится для каждого излучателя, при помощи синфазного, равноамплитудного высокочастотного делителя мощности. Делитель мощности представляет собой высокочастотное устройство с одним входным ВЧ-соединителем и четырьмя выходами ВЧ-соединителями. Для получения требуемой круговой диаграммы направленности на каждом этаже излучатели должны быть запитаны ВЧ-сигналом с фазами: 180°, 270°, 270°, 0°. Требуемые фазы достигаются длинной ВЧ-кабеля от делителя до соответствующего излучателя. Within each floor, the input signal power is divided for each radiator using an in-phase, equal-amplitude, high-frequency power divider. The power divider is a high frequency device with one RF input connector and four RF output connectors. To obtain the required circular radiation pattern on each floor, the radiators must be powered by an RF signal with phases: 180°, 270°, 270°, 0°. The required phases are achieved by a long RF cable from the splitter to the corresponding radiator.

Каждый этаж антенной решетки запитан от синфазного равноамплитудного делителя ВЧ-мощности. Необходимая фаза ВЧ-сигнала для каждого этажа формируется ВЧ-кабелями соединяющими межэтажный ВЧ-делитель с тремя внутриэтажными ВЧ-делителями. Each floor of the antenna array is powered by an in-phase equal-amplitude RF power divider. The required phase of the RF signal for each floor is formed by RF cables connecting the interfloor RF divider with three intrafloor RF dividers.

Такое исполнение антенной системы в три этажа, где на опоре-мачте на каждом этаже установлено по четыре одинаковых симметричных вибратора, а также общий ВЧ-делитель, ВЧ-делитель на каждом этаже, и набор ВЧ-кабелей с определенной фазой, как для каждого этажа, так и для каждого излучателя позволяет обеспечить круговую ДН в горизонтальной плоскости и требуемый коэффициент усиления, и форму ДН в вертикальной плоскости. Such a design of the antenna system in three floors, where four identical symmetrical vibrators are installed on the support-mast on each floor, as well as a common RF divider, an RF divider on each floor, and a set of RF cables with a certain phase, as for each floor , and for each emitter allows you to provide a circular pattern in the horizontal plane and the required gain, and the shape of the pattern in the vertical plane.

Для защиты от внешних воздействий при эксплуатации на каждый излучатель установлен стеклопластиковый обтекатель, который защищает вибраторы и симметрирующее устройство.To protect against external influences during operation, a fiberglass fairing is installed on each emitter, which protects the vibrators and balancing device.

На фиг. 1 показан один из возможных вариантов выполнения антенной решетки эллиптической поляризации, предназначенной для приема и передачи электромагнитных волн, фиг. 2 - схема расположения этажных делителей и общего делителя, фиг. 3 - схема возбуждения этажных вибраторов и этажей антенной системы, фиг. 4 - ДН в горизонтальной плоскости, фиг.5 - ДН в вертикальной плоскости для углов места, заход с азимута 41°.In FIG. 1 shows one of the possible embodiments of an antenna array of elliptical polarization designed to receive and transmit electromagnetic waves, FIG. 2 - layout of storey dividers and a common divider, fig. 3 is a diagram of excitation of floor vibrators and floors of the antenna system, FIG. 4 - DN in the horizontal plane, Fig.5 - DN in the vertical plane for elevation angles, approach from azimuth 41°.

Основные элементы на фиг. 1-3 обозначены следующими позициями: 1 - опора-мачта, вибраторы первого этажа соответственно 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, вибраторы второго этажа 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, вибраторы третьего этажа 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 5 - делитель общий, 5-1 - делитель первого этажа, 5-2 - делитель второго этажа, 5-3 - делитель третьего этажа, L1 - L6 - ВЧ-кабели, соединяющие этажные делители с вибраторами.The main elements in Fig. 1-3 are indicated by the following positions: 1 - support-mast, vibrators of the first floor, respectively, 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, vibrators of the second floor 3-1, 3-2, 3-3, 3- 4, third floor vibrators 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 5 - common divider, 5-1 - first floor divider, 5-2 - second floor divider, 5-3 - third floor divider, L1 - L6 - HF cables connecting floor dividers with vibrators.

Схема расположения этажных делителей и общего делителя с учетом длин соответствующих ВЧ-кабелей представлена на фиг. 2. Схема возбуждения этажных вибраторов и этажей антенной системы представлена на фиг. 3.The layout of the floor dividers and a common divider, taking into account the lengths of the corresponding RF cables, is shown in Fig. 2. The excitation circuit of floor vibrators and floors of the antenna system is shown in Fig. 3.

Измерения КСВ в рабочей полосе частот проводились на антенном полигоне. Анализ поляризационных характеристик поля излучения антенной системы показал (фиг. 4), что для интервала углов азимута 5°…8° и диапазона углов места 15°…25° наблюдается линейная (вертикальная) поляризация. Для остальных направлений коэффициент эллиптичности не менее 0.56 (эллиптическая поляризация).SWR measurements in the operating frequency band were carried out at the antenna range. An analysis of the polarization characteristics of the radiation field of the antenna system showed (Fig. 4) that for the range of azimuth angles of 5°...8° and the range of elevation angles of 15°...25°, linear (vertical) polarization is observed. For other directions, the coefficient of ellipticity is not less than 0.56 (elliptical polarization).

Таким образом, требования к ДН в вертикальной и горизонтальной плоскости в основном выполняются, расчетный коэффициент усиления антенной системы равен не менее 6 дБ.Thus, the requirements for RP in the vertical and horizontal planes are mostly met, the calculated gain of the antenna system is at least 6 dB.

Claims

Antenna array of circular polarization with the signal format of the terrestrial augmentation system (GBAS), including four identical symmetrical vibrators mounted on a support-mast and tilted at the same angle with respect to the plane to form an elliptical polarization, each symmetrical vibrator contains an emitter, a balancing device and a coaxial connector, the emitter is made of two identical coaxial conductors, between which there is a gap, the balancing device is made in the form of a short-circuited two-wire line and includes two identical parallel conductors, which are connected on one side to the conductors of the emitter in the gap, and on the other side are combined by a shorting third conductor, which is attached to the mast support, the coaxial cable is connected with its outer conductor to one of the conductors of the emitter in the gap, and its inner conductor is connected to the second conductor of the emitter in the gap, differing the fact that the antenna array contains three floors of radiators, and on the first floor there is a common common-mode equal-amplitude RF divider, which is powered by RF cables to the common-mode equal-amplitude RF dividers on each floor, and each floor radiator is powered by the corresponding RF cable to provide the required phase of a certain length to the intrafloor HF divider.