RU2157030C1

RU2157030C1 - Zigzag-shaped antenna with reflector

Info

Publication number: RU2157030C1
Application number: RU99112433/09A
Authority: RU
Inventors: З.Л. Винницкий; В.Д. Двуреченский; В.П. Степанов; А.Ю. Федотов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро связи"
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-09-27

Abstract

FIELD: antenna engineering. SUBSTANCE: antenna designed for use in comprehensive range of radio waves as receiving or transmitting antenna with specific directivity pattern in azimuth plane has active radiating component in the form of two similar rhomboid metal frames arranged symmetrically relative to feed point and flat metal reflector mounted in plane parallel to active radiating component at distance λ₀ from the latter, where λ₀ is mean wavelength of operating range; reflector has its center of symmetry offset along radiating component longitudinal axis so that projection of reflecting component center on reflector location plane is beyond reflector at distance λ₀ from its edge. Antenna has narrow directivity pattern in direction of maximum radiation and high level of side radiation to the left or to the right of main lobe. EFFECT: improved efficiency of antenna. 4 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в широком диапазоне радиоволн в качестве приемной или передающей антенны со специальной диаграммой направленности в азимутальной плоскости. The invention relates to antenna technology and can be used in a wide range of radio waves as a receiving or transmitting antenna with a special radiation pattern in the azimuthal plane.

Известна вибраторная антенна (см. "Антенно-фидерные устройства систем сухопутной и подвижной связи". А.Л.Бузов, Л.С.Казанский, В.А.Романов, Ю.М. Сподобаев. М. "Радио и связь". 1997 г., стр.49-51), представляющая собой симметричный вибратор, расположенный на расстоянии (0,2-0,25)λ₀ над вертикальной металлической опорой (аналог). Однако эта простая по конструкции антенна имеет симметричную широкую диаграмму направленности в азимутальной плоскости, что приводит к ограничению коэффициента усиления антенны.Known vibrator antenna (see. "Antenna-feeder devices of land and mobile communication systems." A. L. Buzov, L. S. Kazansky, V. A. Romanov, Yu. M. Spodobaev. M. "Radio and communication". 1997, p. 49-51), which is a symmetric vibrator located at a distance of (0.2-0.25) λ ₀ above a vertical metal support (analog). However, this simple-to-design antenna has a symmetric wide radiation pattern in the azimuthal plane, which limits the antenna gain.

Среди известных решений наиболее близкой по технической сущности к заявленному объекту является антенна-прототип "Зигзагообразная антенна с рефлектором" (см. К. П.Харченко "УКВ-антенны" - М. ДОСААФ. 1969 г., стр.93-96). Антенна состоит из активного излучающего элемента в виде двух металлических рамок и плоского рефлектора. Рефлектор размещен параллельно плоскости расположения зигзагообразной антенны симметрично относительно точки питания (геометрического центра излучающего элемента). Антенна имеет высокий коэффициент усиления и достаточно узкую ДН в азимутальной плоскости. Однако в прототипе также невозможно получение несимметричной ДН с большим уровнем бокового излучения слева или справа от основного лепестка, т.к. у антенны-прототипа - симметричная ДН с малым уровнем бокового излучения. Among the known solutions, the closest in technical essence to the claimed object is the prototype antenna "Zigzag antenna with reflector" (see K. P. Kharchenko "VHF antennas" - M. DOSAAF. 1969, pp. 93-96). The antenna consists of an active radiating element in the form of two metal frames and a flat reflector. The reflector is placed parallel to the plane of the zigzag antenna symmetrically with respect to the power point (the geometric center of the radiating element). The antenna has a high gain and a fairly narrow beam in the azimuthal plane. However, in the prototype it is also impossible to obtain an asymmetric pattern with a high level of side radiation to the left or right of the main lobe, because the prototype antenna has a symmetrical beam with a low level of lateral radiation.

Задачей изобретения является создание антенны с высоким коэффициентом усиления в заданном направлении и несимметричной ДН с большим уровнем бокового излучения слева или справа от максимума ДН. The objective of the invention is to provide an antenna with a high gain in a given direction and an asymmetrical beam with a high level of lateral radiation to the left or right of the maximum beam.

Указанный технический результат достигается тем, что в зигзагообразной антенне, состоящей из активного излучающего элемента в виде двух одинаковых металлических ромбических рамок, расположенных симметрично относительно точки питания, и плоского металлического " рефлектора, расположенного в плоскости, параллельной активному излучающему элементу, на расстоянии h≤0,25λ₀ от него, центр симметрии рефлектора сдвинут вдоль продольной оси излучающего элемента таким образом, чтобы проекция центра излучающего элемента на плоскость расположения рефлектора находилась вне рефлектора на расстоянии d = (0-0,18)λ₀ от его края, где λ₀ - средняя длина волны рабочего диапазона частот.The indicated technical result is achieved in that in a zigzag antenna consisting of an active radiating element in the form of two identical metal rhombic frames located symmetrically with respect to the supply point, and a flat metal "reflector located in a plane parallel to the active radiating element at a distance h≤0 , 25λ ₀ from it, the center of symmetry of the reflector is shifted along the longitudinal axis of the radiating member such that the projection of the center of the radiating element is located on a plane I was reflector is a reflector at distance d = (0-0,18) λ ₀ from the edges, where λ ₀ - average length of the working frequency range of the wave.

Зигзагообразная антенна с рефлектором со специальной диаграммой направленности представлена на фиг. 1. A zigzag antenna with a reflector with a special radiation pattern is shown in FIG. 1.

Зигзагообразная антенна содержит активный излучающий элемент 1, состоящий из двух одинаковых металлических ромбических рамок. Последние расположены симметрично относительно центра Ц излучающего элемента 1, вблизи которого находится точка питания, к которой необходимо подключить коаксиальный кабель (как в известных конструкциях зигзагообразных антенн, например в прототипе). На расстоянии h≤0,25λ₀ от плоскости размещения активного излучающего элемента 1 параллельно ей расположен металлический рефлектор 2, представляющий собой прямоугольник с размерами a х b, где величина a может находиться в пределах (0,55-1)λ₀ и b - в пределах (0,5-0,9)λ₀. Металлический рефлектор 2 сдвинут вдоль оси OY так, чтобы расстояние d между проекцией центра Ц излучающего элемента 1 на плоскость ZOY и краем металлического рефлектора 2 составило (0-0,18)λ₀. Металлический рефлектор 2 может быть выполнен как из сплошного металлического листа, так и в виде решетки из металлических проводников, параллельных оси OZ. Антенна работает следующим образом. Электромагнитная энергия через коаксиальный кабель подводится к точке питания активного излучающего элемента 1 и распределяется между левой и правой металлическими рамками. Диаграммы направленности левой и правой металлических рамок оказываются разными, т. к. на левую рамку металлический рефлектор 2 влияет гораздо меньше, чем на правую рамку. Результирующая диаграмма направленности антенны образуется за счет сложения электромагнитных полей каждой рамки, при этом максимум диаграммы направленности в плоскости вектора H направлен вдоль оси X (с возможным отклонением до ±15^o), а уровень бокового излучения слева от него значительно больше, чем справа. Для получения уровня бокового излучения справа, большего, чем слева, необходимо изменить положение металлического рефлектора 2 симметрично относительно точки Ц.The zigzag antenna contains an active emitting element 1, consisting of two identical metal rhombic frames. The latter are located symmetrically with respect to the center C of the emitting element 1, near which there is a power point to which you need to connect a coaxial cable (as in the known designs of zigzag antennas, for example in the prototype). At a distance h≤0.25λ ₀ from the plane of placement of the active emitting element 1, a metal reflector 2 is located parallel to it, which is a rectangle with dimensions a x b, where a can be in the range (0.55-1) λ ₀ and b - in the range of (0.5-0.9) λ ₀ . The metal reflector 2 is shifted along the OY axis so that the distance d between the projection of the center C of the emitting element 1 on the ZOY plane and the edge of the metal reflector 2 is (0-0.18) λ ₀ . The metal reflector 2 can be made both from a continuous metal sheet, and in the form of a lattice of metal conductors parallel to the OZ axis. The antenna works as follows. Electromagnetic energy through a coaxial cable is supplied to the power point of the active emitting element 1 and is distributed between the left and right metal frames. The radiation patterns of the left and right metal frames are different, because the metal reflector 2 affects the left frame much less than the right frame. The resulting antenna pattern is formed by adding the electromagnetic fields of each frame, while the maximum radiation pattern in the plane of the vector H is directed along the X axis (with a possible deviation of up to ± 15 ^o ), and the level of side radiation to the left of it is much larger than to the right. To obtain the level of lateral radiation on the right, greater than on the left, it is necessary to change the position of the metal reflector 2 symmetrically with respect to point C.

Для получения повышенного коэффициента усиления возможно использование антенной решетки из таких антенн, размещенных в вертикальной плоскости одна под другой с периодом включения T = (0,6-1,1)λ₀.
Для доказательства работоспособности антенны авторами проведен эксперимент в диапазоне частот 150-170 МГц. В качестве активного излучающего элемента взяты две рамки с длиной плеча 0,25λ₀, расстояние h между излучателем и рефлектором составило 0,16λ₀, а расстояние d = 0,09λ₀. Размеры рефлектора составили a = 0,7λ₀, b = 0,85λ₀. В ходе эксперимента КСВН в диапазоне частот был не хуже 1,5, а диаграммы направленности в H и E плоскостях приведены на фиг.2 и 3 соответственно.To obtain an increased gain, it is possible to use an antenna array of such antennas placed in a vertical plane one below the other with a switching period T = (0.6-1.1) λ ₀ .
To prove the antenna’s operability, the authors conducted an experiment in the frequency range 150-170 MHz. Two frames with a shoulder length of 0.25λ ₀ were taken as the active radiating element, the distance h between the emitter and the reflector was 0.16λ ₀ , and the distance d = 0.09λ ₀ . The dimensions of the reflector were a = 0.7λ ₀ , b = 0.85λ ₀ . During the experiment, the VSWR in the frequency range was no worse than 1.5, and the radiation patterns in the H and E planes are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.

Полученные экспериментальные данные подтверждают факт достижения технического результата - получения несимметричной ДН антенны с уровнем бокового излучения с одной стороны от максимума ДН значительно большим, чем с другой стороны. The obtained experimental data confirm the fact of achieving a technical result - obtaining an asymmetric antenna beam with a level of lateral radiation on the one hand from the maximum of the antenna beam is much larger than on the other hand.

Claims

A zigzag antenna with a reflector containing an active radiating element in the form of two identical metal rhombic frames located symmetrically relative to the power point, and a flat metal reflector located in a plane parallel to the active radiating element at a distance h≤0.25λ ₀ from it, characterized in that the center of symmetry of the reflector is shifted along the longitudinal axis of the radiating element so that the projection of the center of the radiating element on the plane of the reflector is outside the reflector at a distance d = (0-0.18) λ ₀ from its edge, where λ ₀ is the average wavelength of the working frequency range.