RU2159489C2

RU2159489C2 - Composite antenna

Info

Publication number: RU2159489C2
Application number: RU98119443A
Authority: RU
Inventors: Акихиро Сугуро; Хидето Оокита
Original assignee: Киосера Корпорейшн
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2000-11-20
Also published as: ZA973578B

Abstract

FIELD: antennas for satellite communication systems. SUBSTANCE: planar microstrip antenna and helical antenna are arranged, in essence, on common line. Main conductor of planar microstrip antenna is electrically connected to helical antenna and ensures reliable communication with respective satellite orbiting on celestial sphere. EFFECT: reduced space requirement. 4 cl, 15 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к антенне круговой поляризации, которая обладает направленностью в диапазоне от малых углов места до зенита и может быть использована для осуществления связи со спутниками на низких и промежуточных орбитах, а также к антенне, отличающейся компактностью, что позволяет монтировать ее в портативных телефонах для использования в спутниковых системах связи или в компактных портативных устройствах радиосвязи. The present invention relates to a circular polarization antenna, which has a directivity in the range from small elevation angles to the zenith and can be used to communicate with satellites in low and intermediate orbits, as well as to an antenna characterized by compactness, which allows it to be mounted in portable phones for use in satellite communications systems or in compact portable radio communication devices.

Концепция портативного телефона, использующего спутники на низких или промежуточных орбитах в качестве спутников системы связи, в последнее время предлагается различными компаниями. В качестве полосы частот, предназначенной для использования в таких системах связи, выделен частотный диапазон на частоте 1,6 ГГц для восходящей линии связи от наземных портативных телефонов к спутникам связи и частотный диапазон на частоте 2,4 ГГц для нисходящей линии связи от спутников связи к наземным портативным телефонам. Диапазон на частоте 1,6 ГГц также выделен в качестве полосы частот для использования при двунаправленной связи между наземными станциями и спутниками связи. Волны круговой поляризации обычно используются в таких системах связи для обеспечения требуемого качества связи. The concept of a portable telephone using satellites in low or intermediate orbits as communication system satellites has recently been proposed by various companies. As a frequency band intended for use in such communication systems, a frequency band at a frequency of 1.6 GHz for an uplink from land-line portable telephones to communication satellites and a frequency band at a frequency of 2.4 GHz for a downlink from communication satellites to landline portable phones. The 1.6 GHz band is also allocated as a frequency band for use in bidirectional communications between ground stations and communications satellites. Circular polarization waves are commonly used in such communication systems to provide the required communication quality.

Известна антенна, предложенная в качестве средства для улучшения качества канала связи (см. опубликованную заявку на патент Японии N 7-183719). Более конкретно, основой проводник проходит от плоской антенны в направлении, противоположном антенному элементу, для улучшения направленности антенны на малых углах места. Фиг. 10 иллюстрирует пример выполнения известной антенны. Для улучшения направленности антенны на малых углах места микрополосковая плоская антенна 1 состоит из диэлектрической подложки 1c, микрополоскового излучающего элемента 1b, размещенного на диэлектрической подложке 1c, заземляющего проводника 1d, прикрепленного к низу излучающего элемента 1b, и цилиндрического заземляющего проводника 1e, проходящего вниз от основного проводника 1d. A known antenna, proposed as a means to improve the quality of the communication channel (see published patent application of Japan N 7-183719). More specifically, the base conductor extends from the flat antenna in the opposite direction to the antenna element to improve the directivity of the antenna at small elevation angles. FIG. 10 illustrates an example embodiment of a known antenna. To improve the directivity of the antenna at low elevation angles, the microstrip flat antenna 1 consists of a dielectric substrate 1c, a microstrip radiating element 1b placed on the dielectric substrate 1c, a grounding conductor 1d attached to the bottom of the radiating element 1b, and a cylindrical grounding conductor 1e extending downward from the main conductor 1d.

В случае, когда обычная антенна принимает приходящую волну круговой поляризации от спутника или излучает волну круговой поляризации от наземной станции к спутнику, наблюдаемому под малым углом места, усиление антенны и коэффициент эллиптичности волны с круговой поляризацией становятся слишком большими, что, в свою очередь, влияет на качество канала связи вследствие изменений во взаимном расположении антенны портативной аппаратуры связи и антенны спутника. Таким образом, затруднительно поддерживать чувствительность приема антенны в каждом из направлений на небесной полусфере. In the case when a conventional antenna receives an incoming circular polarization wave from a satellite or emits a circular polarization wave from a ground station to a satellite observed at a small elevation angle, the antenna gain and the ellipticity of the circularly polarized wave become too large, which in turn affects on the quality of the communication channel due to changes in the relative position of the antenna of the portable communication equipment and the satellite antenna. Thus, it is difficult to maintain the antenna reception sensitivity in each of the directions in the celestial hemisphere.

Настоящее изобретение направлено на преодоление вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники, при этом достигаемым техническим результатом является улучшение направленности и коэффициента эллиптичности антенны, работающей в режиме излучения и приема волн с круговой поляризацией при малых углах места. The present invention is aimed at overcoming the aforementioned disadvantages of the prior art, while the technical result achieved is to improve the directivity and ellipticity of an antenna operating in the mode of emission and reception of waves with circular polarization at small elevation angles.

В соответствии с настоящим изобретением вышеуказанный результат достигается в устройстве, охарактеризованном в пунктах формулы изобретения. Более конкретно, настоящее изобретение предусматривает составную антенну, содержащую микрополосковую плоскую антенну (МПА), которая работает в режиме круговой поляризации волн и выполнена из проводящей пластины, служащей в качестве общего основного проводника, диэлектрического слоя, размещенного на проводящей пластине, и микрополоскового излучательного элемента, размещенного параллельно проводящей пластине с диэлектрическим слоем между ними; линейный излучающий элемент, который спирально намотан по существу коаксиально относительно МПА и расположен ниже проводящей пластины; при этом верхние концы спирально намотанного линейного излучающего элемента электрически соединены с проводящей пластиной, образуя тем самым спиральную антенну. Спиральная антенна может быть соединена с проводящей пластиной посредством связи по постоянному току или емкостной связи. In accordance with the present invention, the above result is achieved in the device described in the claims. More specifically, the present invention provides a composite antenna comprising a microstrip flat antenna (MPA), which operates in a circular polarized wave mode and is made of a conductive plate serving as a common main conductor, a dielectric layer placed on the conductive plate, and a microstrip radiating element, placed parallel to the conductive plate with a dielectric layer between them; a linear radiating element that is helically wound substantially coaxially with respect to the MPA and is located below the conductive plate; the upper ends of the spirally wound linear radiating element are electrically connected to the conductive plate, thereby forming a spiral antenna. The helical antenna can be connected to the conductive plate via DC coupling or capacitive coupling.

Направленность диаграммы излучения при больших углах места сильно зависит от плоской части микрополоскового излучающего элемента МПА. В противоположность этому направленность диаграммы излучения при малых углах места сильно зависит от спиральной антенны и электрического поля, вырабатываемого между периферией микрополоскового излучающего элемента МПА и основным проводником. The direction of the radiation pattern at high elevation angles strongly depends on the flat part of the microstrip radiating element MPA. In contrast, the directivity of the radiation pattern at low elevation angles strongly depends on the helical antenna and the electric field generated between the periphery of the microstrip radiating element MPA and the main conductor.

Если основной проводник МПА проходит вниз, как это имеет место для основного проводника известной антенны, то антенна имеет высокую чувствительность по отношению к поляризованной волне в осевом направлении антенны (например, к вертикально поляризованной волне), но низкую чувствительность по отношению к горизонтально поляризованной волне. If the main conductor of the MPA goes down, as is the case for the main conductor of a known antenna, then the antenna has high sensitivity with respect to the polarized wave in the axial direction of the antenna (for example, with a vertically polarized wave), but low sensitivity with respect to the horizontally polarized wave.

В соответствии с настоящим изобретением чувствительность антенны по отношению к горизонтально поляризованной волне улучшается за счет электрической связи спиральной антенны с проводником МПА, как описано выше. Спиральная антенна вносит вклад в улучшение чувствительности антенны по отношению к горизонтально поляризованной волне ввиду горизонтальных составляющих, образованных высокочастотными токами, протекающими через спиральную антенну. Ширина линии, длина, число витков спирального элемента и шаг намотки спирального элемента могут быть выбраны в соответствии со спутниковой системой связи, как это необходимо. In accordance with the present invention, the sensitivity of the antenna with respect to the horizontally polarized wave is improved by electrically coupling the helical antenna with the MPA conductor, as described above. A spiral antenna contributes to improving the sensitivity of the antenna with respect to the horizontally polarized wave due to the horizontal components formed by high-frequency currents flowing through the spiral antenna. The line width, length, number of turns of the spiral element and the winding pitch of the spiral element can be selected in accordance with the satellite communication system, as necessary.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1A - иллюстрация составной антенны, выполненной согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, содержащей прямоугольную МПА и размещенную по существу коаксиально с ней четырехзаходную спиральную антенну.Brief Description of the Drawings
FIG. 1A is an illustration of a composite antenna, made according to one embodiment of the present invention, comprising a rectangular MPA and a four-way helical antenna arranged substantially coaxially with it.

Фиг. 1B - иллюстрация составной антенны, соответствующей одному из вариантов осуществления изобретения, содержащей прямоугольную МПА и размещенную по существу коаксиально с ней восьмизаходную спиральную антенну. FIG. 1B is an illustration of a composite antenna according to one embodiment of the invention comprising a rectangular MPA and an eight-way helical antenna arranged substantially coaxially with it.

Фиг. 2A - поперечное сечение МПА по линии A-A. FIG. 2A is a cross section of the MPA along the line A-A.

Фиг. 2B - вид сверху МПА. FIG. 2B is a top view of the MPA.

Фиг. 3A - иллюстрация составной антенны, выполненной согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, содержащей прямоугольную МПА и размещенную по существу коаксиально с ней четырехзаходную спиральную антенну. FIG. 3A is an illustration of a composite antenna made according to another embodiment of the present invention, comprising a rectangular MPA and a four-way helical antenna arranged substantially coaxially with it.

Фиг. 3B - иллюстрация составной антенны, соответствующей другому варианту осуществления изобретения, содержащей излучающий элемент для управления направленностью антенны. FIG. 3B is an illustration of a composite antenna according to another embodiment of the invention, comprising a radiating element for controlling the directivity of the antenna.

Фиг. 4A и 4B - примеры измерений усиления составной антенны, соответствующей настоящему изобретению, для линейно поляризованной волны, причем направление зенита составной антенны установлено на 90^o; при этом фиг. 4A представляет диаграмму направленности излучения, полученную для случая, когда длинная сторона микрополоскового излучающего элемента параллельна направлению электрического поля линейно поляризованной антенны (например, передающей антенны), и фиг. 4B представляет диаграмму направленности излучения, полученную для случая, когда длинная сторона микрополоскового излучающего элемента параллельна направлению магнитного поля линейно поляризованной антенны (например, передающей антенны).FIG. 4A and 4B are examples of gain measurements of a composite antenna of the present invention for a linearly polarized wave, wherein the zenith direction of the composite antenna is set to 90 ^° ; wherein FIG. 4A is a radiation pattern obtained for the case where the long side of the microstrip radiating element is parallel to the direction of the electric field of a linearly polarized antenna (e.g., a transmitting antenna), and FIG. 4B is a radiation pattern obtained for the case where the long side of the microstrip radiating element is parallel to the direction of the magnetic field of a linearly polarized antenna (e.g., a transmitting antenna).

Фиг. 5A и 5B - примеры измерений усиления составной антенны, соответствующей настоящему изобретению, для линейно поляризованной волны, измеренной тем же путем, что и в случае, иллюстрируемом на фиг. 4A и 4B, но ось составной антенны дополнительно повернута на 90^o относительно состояния, соответствующего фиг. 4A и 4B; при этом фиг. 5A представляет диаграмму направленности излучения, полученную для случая, когда короткая сторона микрополоскового излучающего элемента параллельна направлению электрического поля линейно поляризованной антенны, и фиг. 5B представляет диаграмму направленности излучения, полученную для случая, когда короткая сторона микрополоскового излучающего элемента параллельна направлению магнитного поля линейно поляризованной антенны.FIG. 5A and 5B are examples of gain measurements of a composite antenna of the present invention for a linearly polarized wave measured in the same way as in the case illustrated in FIG. 4A and 4B, but the axis of the composite antenna is further rotated 90 ^° with respect to the state corresponding to FIG. 4A and 4B; wherein FIG. 5A is a radiation pattern obtained for the case where the short side of the microstrip radiating element is parallel to the direction of the electric field of the linearly polarized antenna, and FIG. 5B is a radiation pattern obtained for the case where the short side of the microstrip radiating element is parallel to the direction of the magnetic field of the linearly polarized antenna.

Фиг. 6 - общий вид портативного устройства радиосвязи, содержащего закрепленную на нем составную антенну, соответствующую изобретению. FIG. 6 is a perspective view of a portable radio communication device comprising a composite antenna mounted thereon in accordance with the invention.

Фиг. 7 - схематичное представление процедуры связи, осуществляемой между спутником и портативным устройством радиосвязи, содержащим закрепленную на нем составную антенну, соответствующую изобретению. FIG. 7 is a schematic representation of a communication procedure carried out between a satellite and a portable radio communication device comprising a composite antenna mounted thereon, in accordance with the invention.

Фиг. 8 - общий вид другого примера осуществления составной антенны, соответствующей изобретению, закрепленной на портативном устройстве радиосвязи. FIG. 8 is a perspective view of another embodiment of a composite antenna of the invention, mounted on a portable radio communication device.

Фиг. 9 - блок-схема антенной цепи портативного устройства радиосвязи, представленного на фиг. 8. FIG. 9 is a block diagram of an antenna circuit of a portable radio communication device shown in FIG. 8.

Фиг. 10 - общий вид известной антенны, в которой основной проводник круговой МПА проходит в направлении вниз. FIG. 10 is a general view of a known antenna in which the main conductor of a circular MPA extends in a downward direction.

Детальное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
В качестве примера осуществления представлена составная антенна, содержащая микрополосковую плоскую антенну (МПА), включающую проводящую пластину, служащую в качестве общего основного проводника, диэлектрический слой, предусмотренный на проводящей пластине, микрополосковый излучающий элемент, размещенный параллельно проводящей пластине, с диэлектрическим слоем между ними, штырь подачи питания для подачи питания на микрополосковый излучающий элемент, который имеет точку подачи питания в непосредственной близости от сквозного отверстия, выполненного в проводящей пластине, и проходит вверх от точки подачи питания; линейный излучающий элемент, который спирально намотан по существу коаксиально относительно микрополосковой плоской антенны и расположен ниже проводящей пластины; при этом верхние концы спирально намотанного линейного излучающего элемента соединены с проводящей пластиной посредством связи по постоянному току или емкостной связи, образуя тем самым спиральную антенну, которая использует точку подачи питания совместно с микрополосковой плоской антенной.Detailed Description of a Preferred Embodiment
As an example of implementation, a composite antenna is presented comprising a microstrip flat antenna (MPA) including a conductive plate serving as a common main conductor, a dielectric layer provided on the conductive plate, a microstrip radiating element arranged parallel to the conductive plate, with a dielectric layer between them, power supply pin for supplying power to the microstrip radiating element, which has a power supply point in the immediate vicinity of the through hole ment formed in the conductive plate, and extends upward from the feed points; a linear radiating element that is helically wound substantially coaxially with respect to the microstrip flat antenna and located below the conductive plate; wherein the upper ends of the spirally wound linear radiating element are connected to the conductive plate by direct current coupling or capacitive coupling, thereby forming a spiral antenna that uses a power supply point in conjunction with a microstrip flat antenna.

Фиг. 1A и 1B иллюстрируют примеры антенны, выполненной по форме прямоугольного стержня, соответствующей одному из вариантов осуществления изобретения. На фиг. 1A представлен пример антенны, использующей связанную с ней четырехзаходную спиральную антенну, а на фиг. 1B представлен пример антенны, использующей связанную с ней восьмизаходную спиральную антенну. На чертежах одинаковые элементы обозначены одними и теми же ссылочными позициями. Ссылочная позиция 1 обозначает микрополосковую плоскую антенну (далее - МПА), ссылочная позиция 2 обозначает спиральную антенну, 3 - точку подачи питания, совместно используемую МПА 1 и спиральной антенной 2, 4 - основной проводник МПА 1 и плоский основной проводник (проводящая пластина) для подачи питания на спиральную антенну 2, 12 - составную антенну, образованную МПА 1 и спиральной антенной 2. FIG. 1A and 1B illustrate examples of an antenna configured as a rectangular rod in accordance with one embodiment of the invention. In FIG. 1A is an example of an antenna using its associated four-way helical antenna, and FIG. 1B shows an example of an antenna using an associated eight-way helical antenna. In the drawings, like elements are denoted by the same reference numerals. Reference numeral 1 denotes a microstrip flat antenna (hereinafter - MPA), reference numeral 2 denotes a spiral antenna, 3 - a power supply point shared by MPA 1 and spiral antenna 2, 4 - the main conductor of MPA 1 and the flat main conductor (conductive plate) for power supply to the spiral antenna 2, 12 is a composite antenna formed by the MPA 1 and spiral antenna 2.

Более конкретно, ссылочная позиция 1a обозначает штырь подачи питания МПА 1, 1b обозначает микрополосковый излучающий элемент МПА 1, и 1c обозначает диэлектрическую подложку МПА 1. Ссылочная позиция 2a обозначает диэлектрическую стойку для крепления спиральной антенны, 2b обозначает линейный излучающий элемент спиральной антенны, 2c обозначает изолирующий материал, препятствующий контакту излучающих элементов между собой в местах пересечений, образованных на нижнем конце спиральной антенны, и 2d обозначает пересечение излучающих элементов, образованных на нижнем конце спиральной антенны. More specifically, reference numeral 1a denotes an MPA power supply pin 1, 1b denotes a microstrip radiating element MPA 1, and 1c denotes a dielectric substrate of MPA 1. Reference 2a denotes a dielectric rack for attaching a helical antenna, 2b denotes a linear radiating element of a spiral antenna, 2c denotes insulating material that prevents the radiating elements from contacting each other at intersections formed at the lower end of the spiral antenna, and 2d indicates the intersection of the radiating elements, o Browsed at the lower end of the spiral antenna.

МПА 1 представляет собой плоскую антенну с одноточечным возбуждением в обратном направлении. На фиг. 2A представлен вид в поперечном сечении прямоугольной МПА 1 с одноточечным возбуждением в обратном направлении. На фиг. 2B представлен вид сверху МПА 1. Сквозное отверстие 4a образовано в проводящей пластине 4, представляющей собой основной проводник, и мощность подается к микрополосковому излучающему элементу 1b с его задней стороны посредством штыря подачи питания 1a. Помимо прямоугольных МПА, известны также круговые, треугольные и пятиугольные МПА. В случае антенны, соответствующей рассматриваемому варианту осуществления, имеющей прямоугольный микрополосковый излучающий элемент 1b, необходимая частота, действующая в форме волны круговой поляризации, может быть получена за счет изменения длин продольной и поперечной сторон прямоугольной МПА и диэлектрической постоянной и толщины диэлектрической подложки 1c. Частота антенны изменяется от единиц до десятков мегагерц в соответствии с шириной и размером спиральной антенны 2. Поэтому необходимо принимать во внимание эти изменения. MPA 1 is a flat antenna with single-point excitation in the opposite direction. In FIG. 2A is a cross-sectional view of a rectangular MPA 1 with single-point excitation in the opposite direction. In FIG. 2B is a plan view of the MPA 1. A through hole 4a is formed in the conductive plate 4, which is the main conductor, and power is supplied to the microstrip radiating element 1b from its rear side via the power supply pin 1a. In addition to rectangular MPAs, circular, triangular and pentagonal MPAs are also known. In the case of an antenna according to the present embodiment having a rectangular microstrip radiating element 1b, the necessary frequency acting in the form of a circularly polarized wave can be obtained by changing the lengths of the longitudinal and transverse sides of the rectangular MPA and the dielectric constant and the thickness of the dielectric substrate 1c. The frequency of the antenna varies from units to tens of megahertz in accordance with the width and size of the spiral antenna 2. Therefore, these changes must be taken into account.

Как показано на фиг. 1A и 1B, если внешняя форма (т.е. профиль поперечного сечения и его размеры) спиральной антенны приведены по существу в соответствие с внешней формой МПА 1, то обеспечивается равномерная направленность по существу в каждом направлении от малых углов места до зенита. В противоположность этому, если внешние очертания спиральной антенны 2 превышают МПА 1, то направленность антенны в направлениях, соответствующих малым углам места, снижается, в то время как направленность в направлении зенита возрастает. И наоборот, если внешние очертания спиральной антенны 2 меньше, чем у МПА 1, то не обеспечивается достаточная направленность антенны в направлениях, соответствующих малым углам места. As shown in FIG. 1A and 1B, if the external shape (i.e., the cross-sectional profile and its dimensions) of the helical antenna is substantially aligned with the external shape of the MPA 1, uniform direction in substantially every direction from small elevation angles to zenith is ensured. In contrast, if the outer shape of the spiral antenna 2 exceeds MPA 1, then the directivity of the antenna in the directions corresponding to small elevation angles decreases, while the directivity in the zenith direction increases. And vice versa, if the external shape of the spiral antenna 2 is less than that of MPA 1, then the antenna will not be sufficiently directed in the directions corresponding to small elevation angles.

В принципе известно, что принимаемая мощность уменьшается примерно на 3 дБ, если линейно поляризованная антенна принимает волну круговой поляризации. По этой причине возникают потери величиной 3 дБ, если вертикально поляризованная антенна принимает электромагнитную волну, излученную антенной круговой поляризации спутника связи, наблюдаемого под малым углом места. Как видно из таблицы 1, составная антенна, соответствующая изобретению, обеспечивает устойчивую связь, поскольку усиление антенны в отношении горизонтально поляризованного компонента частично улучшается. In principle, it is known that the received power decreases by about 3 dB if the linearly polarized antenna receives a circular polarization wave. For this reason, 3 dB losses occur if a vertically polarized antenna receives an electromagnetic wave emitted by a circular polarization antenna of a communication satellite observed at a small elevation angle. As can be seen from table 1, the composite antenna corresponding to the invention provides stable communication, since the antenna gain with respect to the horizontally polarized component is partially improved.

Хотя составная антенна выполнена по форме прямоугольного стержня с использованием прямоугольной МПА 1 в вышеописанном варианте осуществления, она может быть выполнена по форме стержня кругового сечения с использованием круговой МПА 1, как показано на фиг. 3A, или может быть выполнена с использованием стойки треугольного сечения. Составная антенна, соответствующая настоящему изобретению, не ограничена конкретными формами выполнения. Форма составной антенны может быть выбрана в соответствии с конструкцией или особенностями применения портативного устройства радиосвязи, на котором смонтирована составная антенна, соответствующая изобретению. Как показано на фиг. 3B, дополнительный линейный излучающий элемент 5 может быть намотан вокруг диэлектрической стойки 2a для подстройки направленности составной антенны, в дополнение к линейным излучающим элементам 2b, намотанным вокруг диэлектрической стойки 2a для формирования четырехзаходной спиральной антенны. В этом случае линейные излучающие элементы 5 и линейные излучающие элементы 2b, образующие четырехзаходную спиральную антенну, располагаются поочередно. Линейные излучающие элементы 5 на одном конце связаны с основным проводником 4, как линейные излучающие элементы 2b, но разомкнуты на другом конце. Although the composite antenna is made in the shape of a rectangular rod using a rectangular MPA 1 in the above embodiment, it can be made in the shape of a rod of circular cross section using a circular MPA 1, as shown in FIG. 3A, or may be performed using a triangular strut. The composite antenna of the present invention is not limited to specific embodiments. The shape of the composite antenna may be selected in accordance with the design or application features of the portable radio communication device on which the composite antenna of the invention is mounted. As shown in FIG. 3B, an additional linear radiating element 5 can be wound around the dielectric post 2a to adjust the directivity of the composite antenna, in addition to the linear radiating elements 2b wound around the dielectric post 2a to form a four-way helical antenna. In this case, the linear radiating elements 5 and the linear radiating elements 2b forming a four-way helical antenna are arranged alternately. The linear radiating elements 5 at one end are connected to the main conductor 4, as the linear radiating elements 2b, but are open at the other end.

Хотя в вышеописанном варианте осуществления линейные излучающие элементы 2b спиральной антенны 2 и линейные излучающие элементы 5 непосредственно связаны с краем основного проводника 4 путем связи по постоянному току, однако они могут быть связаны с краем основного проводника 4 без непосредственного контакта, за счет емкостной связи. Although in the above embodiment, the linear radiating elements 2b of the spiral antenna 2 and the linear radiating elements 5 are directly connected to the edge of the main conductor 4 by direct current coupling, however, they can be connected to the edge of the main conductor 4 without direct contact, due to capacitive coupling.

В таблице 1 представлены результаты измерений для составной антенны, соответствующей одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, по сравнению с обычной антенной, имеющей основной проводник и МПА, проходящую в направлении вниз. В этом примере составная антенна, соответствующая настоящему изобретению, и обычная антенна использовали идентичные прямоугольные МПА. Прямоугольный стержень, выполненный из толстой бумаги с обеспечением внешнего размера, по существу совпадающего с соответствующим размером МПА, использовался в качестве диэлектрического материала для крепления МПА. В составной антенне, соответствующей варианту осуществления изобретения, четыре спиральных излучающих элемента, как показано на фиг. 1A, были сформированы из полоски медной фольги по форме спиральной антенны. Кроме того, что касается обычной антенны, основной проводник, выполненный соответственно стержню прямоугольного сечения, в котором основной проводник МПА проходит в направлении вниз, был сформирован из полоски медной фольги. Направления восток, запад, север и юг, представленные в таблице 1, соответствуют направлениям восток, запад, север и юг, представленным на фиг. 2B, где показан вид сверху прямоугольной МПА 1. Table 1 presents the measurement results for a composite antenna corresponding to one of the embodiments of the present invention, compared with a conventional antenna having a main conductor and MPA extending downward. In this example, the composite antenna of the present invention and the conventional antenna used identical rectangular MPAs. A rectangular rod made of thick paper with an external size substantially matching the corresponding size of the MPA was used as the dielectric material for attaching the MPA. In a composite antenna according to an embodiment of the invention, four helical radiating elements, as shown in FIG. 1A were formed from a strip of copper foil in the shape of a spiral antenna. In addition, with regard to a conventional antenna, the main conductor, made respectively of a rod of rectangular cross section, in which the main conductor MPA passes in the downward direction, was formed from a strip of copper foil. The east, west, north, and south directions shown in Table 1 correspond to the east, west, north, and south directions shown in FIG. 2B, which shows a top view of a rectangular MPA 1.

На фиг. 4A и 4B представлены примеры измерений усиления составной антенны, соответствующей изобретению, для линейно поляризованной волны и направлении зенита составной антенны 90^o. На фиг. 4A представлена диаграмма направленности излучения, полученная для случая, когда длинная сторона микрополоскового излучающего элемента (или длинная сторона излучающего элемента 1b на фиг. 2B) установлена параллельно направлению электрического поля линейно поляризованной антенны (например, передающей антенны). На фиг. 4b представлена диаграмма направленности излучения, полученная для случая, когда длинная сторона микрополоскового излучающего элемента установлена параллельно направлению магнитного поля линейно поляризованной антенны. На фиг. 5A и 5B представлены примеры усиления составной антенны, соответствующей изобретению, для линейно поляризованной волны, измеренной тем же путем, что и в случае, иллюстрируемом на фиг. 4A и 4B, причем ось составной антенны дополнительно повернута на 90^o относительно состояния, соответствующего фиг. 4A и 4B. Фиг. 5A представляет диаграмму направленности излучения, полученную для случая, когда короткая сторона микрополоскового излучающего элемента параллельна направлению электрического поля линейно поляризованной антенны. Фиг. 5B представляет диаграмму направленности излучения, полученную для случая, когда короткая сторона микрополоскового излучающего элемента параллельна направлению магнитного поля линейно поляризованной антенны. Каждая из измеряемых антенн имеет частотный диапазон на частоте соответственно 1,647 ГГц, 1,650 ГГц, 1,653 ГГц, 1,656 ГГц и 1,659 ГГц.In FIG. 4A and 4B show examples of measurements of the gain of the composite antenna of the invention for a linearly polarized wave and the zenith direction of the composite antenna of 90 ^° . In FIG. 4A is a radiation pattern obtained for the case where the long side of the microstrip radiating element (or the long side of the radiating element 1b in FIG. 2B) is mounted parallel to the direction of the electric field of a linearly polarized antenna (for example, a transmitting antenna). In FIG. 4b shows a radiation pattern obtained for the case where the long side of the microstrip radiating element is parallel to the direction of the magnetic field of the linearly polarized antenna. In FIG. 5A and 5B are examples of amplification of the composite antenna of the invention for a linearly polarized wave measured in the same way as in the case illustrated in FIG. 4A and 4B, the axis of the composite antenna being further rotated 90 ^° with respect to the state corresponding to FIG. 4A and 4B. FIG. 5A is a radiation pattern obtained for the case where the short side of the microstrip radiating element is parallel to the direction of the electric field of a linearly polarized antenna. FIG. 5B is a radiation pattern obtained for the case where the short side of the microstrip radiating element is parallel to the direction of the magnetic field of the linearly polarized antenna. Each of the measured antennas has a frequency range at a frequency of 1,647 GHz, 1,650 GHz, 1,653 GHz, 1,656 GHz, and 1,659 GHz, respectively.

На фиг. 6 представлен общий вид портативного устройства радиосвязи, имеющего закрепленную на нем составную антенну, соответствующую изобретению. На фиг. 7 приведено схематичное представление процедуры связи, осуществляемой между портативным устройством радиосвязи и спутником. Составная антенна 12, соответствующая настоящему изобретению, показанная на фиг. 6, закреплена на портативном устройстве радиосвязи 11 так, чтобы обеспечивалась портативность устройства. На этом чертеже ссылочная позиция 11a обозначает динамик, 11b - дисплей, 11 - операционную часть, 11d - микрофон. Дисплей 11b размещен над динамиком 11а, так что можно предотвратить потери усиления антенны в направлении под малым углом места, обусловленные влиянием головы пользователя. Для закрепления составной антенны 12 на портативном устройстве радиосвязи 11 предусмотрен диэлектрический держатель между портативным устройством радиосвязи 11 и составной антенной 12, чтобы обеспечить крепление составной антенны 12 и прохождение линии передачи, например коаксиального кабеля 5, при этом составная антенна 12 поддерживается в выдвинутом положении, чтобы обеспечить ее разнесение относительно тела пользователя. Кроме того, составная антенна, соответствующая настоящему изобретению, обеспечивает улучшенное усиление и коэффициент эллиптичности для волны круговой поляризации при малых углах места, что позволяет поддерживать высокую чувствительность связи в любом направлении небесной полусферы. Например, как показано на фиг. 7, при осуществлении связи со спутником 21 на орбите 20 портативное устройство радиосвязи 11 на земле осуществляет плавное переключение связи с направления на зенит на направление под малым углом места. In FIG. 6 is a perspective view of a portable radio communication device having a composite antenna mounted thereon in accordance with the invention. In FIG. 7 is a schematic representation of a communication procedure carried out between a portable radio communication device and a satellite. The composite antenna 12 of the present invention shown in FIG. 6 is fixed to the portable radio communication device 11 so that portability of the device is ensured. In this drawing, reference numeral 11a denotes a speaker, 11b a display, 11 an operational part, 11d a microphone. The display 11b is located above the speaker 11a, so that loss of antenna gain in the low-angle direction due to the influence of the user's head can be prevented. To fix the composite antenna 12 to the portable radio communication device 11, a dielectric holder is provided between the portable radio communication device 11 and the composite antenna 12 to secure the composite antenna 12 and the transmission line, for example, coaxial cable 5, while the composite antenna 12 is supported in the extended position so that ensure its diversity relative to the user's body. In addition, the composite antenna of the present invention provides improved gain and an ellipticity coefficient for a circularly polarized wave at small elevation angles, which allows maintaining high communication sensitivity in any direction of the celestial hemisphere. For example, as shown in FIG. 7, when communicating with satellite 21 in orbit 20, the portable radio communication device 11 on the ground smoothly switches communication from the direction to the zenith to the direction at a small elevation angle.

На фиг. 8 показан другой пример выполнения составной антенны, соответствующей настоящему изобретению, закрепленной на портативном устройстве радиосвязи. На фиг. 9 представлена блок-схема антенной цепи портативного устройства радиосвязи, показанного на фиг. 8. Портативное устройство радиосвязи, показанное на фиг. 8, выполнено так, что обеспечивает поворот составной антенны 12 относительно оси поворота A. В режиме ожидания составная антенна 12 устанавливается так, что она подгоняется под форму корпуса портативного устройства радиосвязи 11 при ее сложении. Микрополосковая плоская антенна (МПА) 30 размещается так, что она занимает верхнюю поверхность корпуса портативного устройства радиосвязи 11, образуя при этом составную антенну 12 и антенну режима разнесения. МПА 30 имеет конфигурацию, соответствующую показанной на фиг. 2A и 2B. МПА 30 обеспечивает усиление волны круговой поляризации правого вращения (или левого вращения), которое является тем же самым, что и для составной антенны 12, главным образом в направлении зенита. Антенна режима разнесения состоит из составной антенны 12, показанной на фиг. 9, МПА 30, секции радиосвязи 31 и средства формирования сигнала (или средства селекции сигнала) 32 составной антенны 12 и МПА 30. Как показано на фиг. 8, составная антенна 12 закреплена в цилиндре 13 крепления антенны, так чтобы обеспечивалось выдвинутое положение антенны относительно корпуса портативного устройства радиосвязи 11 на длину связной секции 13a. Это позволяет исключить потери усиления антенны в направлении под малым углом места вследствие влияния головы пользователя при осуществлении связи. Для осуществления вызова составная антенна 12 удерживается в вертикальном положении, и связь устанавливается с использованием волны предварительно определенной круговой поляризации правого вращения (или левого вращения). В режиме ожидания портативного устройства радиосвязи 11 составная антенна 12 поворачивается так, чтобы находиться в непосредственном контакте с боковой поверхностью корпуса портативного устройства радиосвязи. Более конкретно, составная антенна 12 поворачивается вокруг поворотного соединителя 33, показанного на фиг. 9, относительно корпуса портативного устройства радиосвязи 11. Пунктирная линия 9 на фиг. 9 показывает состояние составной антенны 12 в ее сложенном положении после поворота. В этом сложенном положении составная антенна 12 ориентирована в направлении, противоположном направлению, соответствующем ее использованию, что обеспечивает реверсирование направления вращения волны круговой поляризации. Поэтому составная антенна 12 становится недействующей, и только МПА 12 остается в действующем состоянии в режиме ожидания портативного устройства радиосвязи 11. In FIG. 8 shows another exemplary embodiment of a composite antenna of the present invention mounted on a portable radio communication device. In FIG. 9 is a block diagram of the antenna circuit of the portable radio communication device shown in FIG. 8. The portable radio communication device shown in FIG. 8 is configured to rotate the composite antenna 12 relative to the axis of rotation A. In standby mode, the composite antenna 12 is mounted so that it fits the shape of the casing of the portable radio communication device 11 when it is folded. The microstrip flat antenna (MPA) 30 is positioned so that it occupies the upper surface of the housing of the portable radio communication device 11, thereby forming a composite antenna 12 and an diversity mode antenna. MPA 30 has a configuration corresponding to that shown in FIG. 2A and 2B. MPA 30 provides amplification of the wave of circular polarization of the right rotation (or left rotation), which is the same as for the composite antenna 12, mainly in the direction of the zenith. The diversity mode antenna consists of a composite antenna 12 shown in FIG. 9, MPA 30, radio communication sections 31, and signal conditioning means (or signal selection means) 32 of composite antenna 12 and MPA 30. As shown in FIG. 8, the composite antenna 12 is fixed in the cylinder 13 for mounting the antenna so that the extended position of the antenna relative to the housing of the portable radio communication device 11 is ensured over the length of the connected section 13a. This eliminates the loss of antenna gain in the direction at a small elevation angle due to the influence of the user's head during communication. To make a call, the composite antenna 12 is held upright, and communication is established using a wave of a predetermined circular polarization of right rotation (or left rotation). In standby mode of the portable radio communication device 11, the composite antenna 12 is rotated so as to be in direct contact with the side surface of the housing of the portable radio communication device. More specifically, the composite antenna 12 rotates around the rotary connector 33 shown in FIG. 9, relative to the housing of the portable radio communications device 11. The dashed line 9 in FIG. 9 shows the state of the composite antenna 12 in its folded position after rotation. In this folded position, the composite antenna 12 is oriented in a direction opposite to the direction corresponding to its use, which ensures reversal of the direction of rotation of the wave of circular polarization. Therefore, the composite antenna 12 becomes inoperative, and only the MPA 12 remains operational in the standby mode of the portable radio communication device 11.

Хотя составная антенна портативного устройства радиосвязи показана как складываемая, она может быть выполнена как вытаскиваемая из корпуса. Although the composite antenna of the portable radio communication device is shown as folding, it can be made as being pulled out of the housing.

Настоящее изобретение позволяет улучшить усиление антенны и коэффициент эллиптичности волны круговой поляризации при малых углах места, а также обеспечивает простоту реализации составной антенны при поддержании чувствительности связи в каждом направлении на небесной полусфере. Кроме того, точка подачи питания смещена в направлении вверх, вследствие чего обеспечивается стабильная работа составной антенны при исключении влияния на нее тела пользователя. The present invention allows to improve the antenna gain and the ellipticity coefficient of the circular polarization wave at small elevation angles, and also provides the ease of implementation of the composite antenna while maintaining the sensitivity of communication in each direction on the celestial hemisphere. In addition, the power supply point is shifted upward, which ensures stable operation of the composite antenna while eliminating the influence of the user's body on it.

Claims

1. A composite antenna containing a microstrip flat antenna that operates in a circular polarized wave mode and is made of a conductive plate serving as a common main conductor, a dielectric layer placed on the conductive plate, and a microstrip radiating element placed parallel to the conductive plate with the dielectric layer between them, characterized in that it further comprises a linear radiating element that is helically wound, essentially coaxially relative to the microstrip and the second planar antenna is located below the conductive plate, the upper ends of the helically coiled linear radiating element connected to the conductor plate by DC coupling or capacitive coupling thereby forming a helical antenna.

2. The composite antenna according to claim 1, characterized in that the common power supply point is provided in the immediate vicinity of the through hole formed in the conductive plate, wherein power is supplied to the microstrip flat antenna from the back side of the microstrip radiating element through the power supply pin, which goes up from the power point.

3. The composite antenna according to claim 1, characterized in that the spiral antenna is made of many linear radiating elements, while the linear radiating elements intersect each other at the intersection without contact at the lower end of the spiral antenna.

4. The composite antenna according to claim 1, characterized in that it contains additional radiating elements designed to control the directivity of the antenna, connected to linear radiating elements forming a spiral antenna without direct contact between them, by means of direct current coupling or capacitive coupling.