RU2191451C2

RU2191451C2 - Annular antenna

Info

Publication number: RU2191451C2
Application number: RU2000131660/09A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Фидельман
Original assignee: 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: antennas for television and radio communications with objects in any azimuthal direction. SUBSTANCE: annular antenna designed for operation in very-high- and ultrahigh frequency bands in broad band primarily up to directivity pattern in azimuth plane has dipoles disposed on sides of square; in addition it is provided with collecting line of logoperiod vibrate antenna with dipole arranged at power supply point of each dipole to organize active areas. Logoperiod vibrate antenna are disposed in planes of side surfaces of conventional truncated tetrahedral pyramid (obelisk). EFFECT: enhanced power characteristics of antenna. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антеннам метрового и дециметрового диапазона частот, что может быть использовано в телевидении и для радиосвязи с объектами в любом азимутальном направлении. The invention relates to radio engineering, in particular to antennas of meter and decimeter frequency ranges, which can be used in television and for radio communication with objects in any azimuthal direction.

Известны кольцевые антенны, предназначенные для получения направленного действия в горизонтальной плоскости. Они имеют равноамплитудное синфазное распределение тока по контуру антенны и могут иметь круговую, квадратную /1/, треугольную либо иную /например, "клеверный лист"/ форму /2/. Ring antennas are known for providing directional action in the horizontal plane. They have an equal-amplitude common-mode current distribution along the antenna circuit and can have a circular, square / 1 /, triangular or other / for example, "clover leaf" / shape / 2 /.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа кольцевая антенна квадратной формы /3/, содержащая фидер питания, делитель мощности на четыре, диапазон работы которого равен диапазону работы антенны, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя, подключаемые дополнительными кабелями питания ко входам каждого из симметричных вибраторов в элементе кольцевого тока излучателя. Closest to the technical nature of the claimed device is a ring antenna of the square shape / 3 / selected as a prototype, containing a power feeder, a power divider by four, the operating range of which is equal to the antenna operating range, connected to the power feeder, common-mode outputs of the divider connected by additional cables power to the inputs of each of the symmetric vibrators in the element of the ring current of the emitter.

Кольцевая антенна квадратной формы предназначена для формирования равномерной диаграммы направленности /ДН/ в азимутальной плоскости как на резонансной частоте вибратора, так и на частоте в ее окрестности в узкой полосе. A square-shaped ring antenna is designed to form a uniform radiation pattern (DN) in the azimuthal plane both at the resonant frequency of the vibrator and at a frequency in its vicinity in a narrow band.

Недостатком известного устройства является очень быстрое нарастание неравномерности ДН в азимутальной плоскости /провалов в ДН, превышающих 3 дБ/, не позволяющее использовать такую кольцевую антенну в режиме более широкополосном, чем имеющийся. A disadvantage of the known device is the very rapid increase in the unevenness of the pattern in the azimuthal plane / dips in the pattern exceeding 3 dB /, which does not allow the use of such a ring antenna in a wider band mode than the existing one.

Известная антенна не обладает требуемой широкополосностью, в первую очередь, по ДН. Другие электрические характеристики /например, согласование с фидером/ можно было бы расширить по диапазону известными методами. К примерам потребности в большей широкополосности, чем у известного устройства, можно отнести необходимость одновременной работы нескольких радиопередатчиков на одну кольцевую антенну /например, в многоканальном, особенно ДВЦ, телевидении/, работа широкополосных помехозащищенных радиосистем также на одну антенну и так далее. The known antenna does not have the required broadband, first of all, according to DN. Other electrical characteristics (for example, matching with a feeder) could be extended over the range by known methods. Examples of the need for greater broadband than the known device include the need for the simultaneous operation of several radio transmitters on one ring antenna / for example, in multi-channel, especially DVC, television /, the work of broadband noise-protected radio systems also on one antenna, and so on.

Для устранения отмеченного недостатка кольцевая антенна, содержащая фидер питания, делитель мощности на четыре, диапазон частот работы которого равен диапазону работы антенны, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя, подключаемые дополнительными кабелями питания по входам каждого из симметричных вибраторов, расположенных по сторонам квадрата в элементе кольцевого тока излучателя, выполнена так, что в точках питания каждого из его симметричных вибраторов дополнительно к ним присоединяется собирательная линия с вибраторами /для образования активных зон/ логопериодической вибраторной антенны, расположенная в плоскости боковой поверхности условной четырехгранной усеченной пирамиды /обелиска/, причем нижнее квадратное основание этой пирамиды совпадает с известным квадратом, а верхнее квадратное основание пирамиды имеет сторону, незначительно превышающую длину самого короткого из вибраторов логопериодической вибраторной антенны, причем и сам прежний симметричный вибратор элемента кольцевого тока входит в состав логопериодической вибраторной антенны в качестве самого длинного вибратора. To eliminate the noted drawback, a ring antenna containing a power feeder, a power divider of four, the frequency range of which is equal to the range of the antenna connected to the power feeder, common-mode outputs of the divider connected by additional power cables at the inputs of each of the symmetrical vibrators located on the sides of the square in an element of the annular current of the emitter, made so that at the power points of each of its symmetrical vibrators, a collective line with a vibrator is additionally attached to them tori / for the formation of active zones / log-periodic vibrating antenna located in the plane of the lateral surface of the tetrahedral truncated pyramid / obelisk /, the lower square base of this pyramid coincides with the known square, and the upper square base of the pyramid has a side slightly exceeding the length of the shortest of vibrators log-periodic vibrating antenna, and the former symmetric vibrator of the ring current element itself is part of the log-periodic vibrating antenna As the longest vibrator.

Для частного узкополосного случая с требованиями улучшения по неравномерности ДН в азимутальной плоскости /например, высококачественный прием изображения и звука телесигнала в данном направлении/ каждая из ЛПА может находиться в одной плоскости с известной и быть направленной в сторону, противоположную квадрату. For a particular narrow-band case with requirements for improving the unevenness of the pattern in the azimuthal plane / for example, high-quality reception of the image and sound of the television signal in this direction / each of the devices can be in the same plane with the known one and be directed in the direction opposite to the square.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается появлением в излучателе антенны, помимо основного, известного квадратного элемента кольцевого тока, составленного из симметричных вибраторов, pасположенных по сторонам квадрата, еще также и дополнительных новых квадратных элементов, кольцевого тока, геометрически подобных основному, но с размерами, логарифмически уменьшающимися по мере удаления этих дополнительных элементов от известного элемента вверх /либо вниз/ по вертикали. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is distinguished by the appearance of an antenna in the emitter, in addition to the main, known square element of the ring current, composed of symmetrical vibrators located on the sides of the square, also additional new square elements, the ring current, geometrically similar to the main one, but with dimensions that decrease logarithmically as these additional elements move away from the known element up / or down / vertically.

Дополнительные элементы кольцевого тока теперь располагаются уже не в плоскости известного квадратного элемента /за исключением частного случая/, а в плоскостях, ему параллельных. Additional elements of the ring current are now no longer located in the plane of the known square element / with the exception of the special case /, but in planes parallel to it.

Расстояние между элементами кольцевого тока связаны взаимнооднозначным соответствием с расстояниями между вибраторами в ЛПА, а входящие в элементы кольцевого тока, сами симметричные вибраторы одновременно являются вибраторами ЛПА. The distance between the elements of the ring current is connected by a one-to-one correspondence with the distances between the vibrators in the LPA, and the elements of the ring current, the symmetrical vibrators themselves, are simultaneously the vibrators of the LPA.

Связь между элементами излучателя, а фактически между их симметричными вибраторами и делителем мощности на четыре, теперь осуществляется уже не напрямую, как в известном устройстве, а через собирательные линии ЛПА, входы которых кабелями питания подключаются в заявляемом устройстве к входам делителя на четыре. The connection between the elements of the emitter, and in fact between their symmetrical vibrators and the power divider by four, is now carried out not directly, as in the known device, but through the collective lines of the LPA, the inputs of which are connected by power cables in the inventive device to the inputs of the divider by four.

Взаимосвязь между симметричными вибраторами в заявляемом устройстве эквивалентна взаимосвязи вибраторов в антеннах ЛПА. Это означает, что возбуждение элементов кольцевого тока осуществляется последовательно путем образования физически активных зон ЛПА /4/. The relationship between the symmetric vibrators in the inventive device is equivalent to the relationship of the vibrators in the antennas of the LPA. This means that the excitation of the elements of the ring current is carried out sequentially by the formation of physically active zones LPA / 4 /.

Таким образом, заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями с остальными элементами устройства, что соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed device is distinguished by the presence of new blocks and their relationships with other elements of the device, which meets the criteria of the invention of "novelty."

При введении их в указанной связи с остальными элементами устройства - кольцевой антенны - излучатель антенны проявляет новые свойства, которые приводят к значительному расширению диапазонных свойств и, в первую очередь, по диаграммам направленности антенны в азимутальной плоскости, чего нельзя было достичь от известного устройства, диапазонные свойства которого по ДН жестко ограничены рамками диапазонных свойств симметричного вибратора. Все это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". When introduced in this connection with the other elements of the device - a circular antenna - the antenna emitter exhibits new properties that lead to a significant expansion of the range properties and, first of all, according to the radiation patterns of the antenna in the azimuthal plane, which could not be achieved from the known device the properties of which are strictly limited by the framework of the range properties of a symmetric vibrator. All this allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображен общий вид кольцевой антенны. На фиг.2, 3 - соответственно ДН и коэффициент бегущей волны /КБВ/ заявляемого устройства в широком диапазоне частот. In FIG. 1 shows a general view of a ring antenna. In figure 2, 3 - respectively, the NAM and the coefficient of the traveling wave / KBV / of the inventive device in a wide frequency range.

Кольцевая антенна /фиг.1/ содержит фидер питания 1, делитель мощности на четыре 2, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя на четыре, подключаемые дополнительными кабелями питания 3 ко входам каждого из симметричных вибраторов 4, которые в заявляемой антенне служат также входами собирательных линий ЛПА, а сами симметричные вибраторы 4 с наибольшими по длине вибраторами ЛПА 5 вместе с остальными вводимыми вибраторами 6 образуют активные зоны возбуждения вибраторов и, соответственно, элементов кольцевого тока 7 в излучателе 8. The ring antenna / Fig. 1/ contains a power feeder 1, a power divider into four 2 connected to a power feeder, common-mode outputs of the divider into four connected by additional power cables 3 to the inputs of each of the symmetrical vibrators 4, which in the inventive antenna also serve as collective inputs lines of the LPA, and the symmetric vibrators 4 themselves with the longest vibrators of the LPA 5, together with the rest of the introduced vibrators 6 form the active excitation zones of the vibrators and, accordingly, the elements of the ring current 7 in the emitter 8.

При этом ЛПА 5 располагаются в боковых поверхностях условной усеченной пирамиды 9 для того, чтобы расстояние между концами смежных симметричных вибраторов в элементе кольцевого тока оставалось одинаковым в длинах волн. In this case, LPA 5 are located in the lateral surfaces of the conditionally truncated pyramid 9 so that the distance between the ends of adjacent symmetrical vibrators in the ring current element remains the same in wavelengths.

Антенна работает следующим образом. При подведении высокочастотной энергии от передатчика с помощью фидера питания 1 и делителя на четыре 2 подводимая мощность делится равномерно и синфазно между его выходами. The antenna works as follows. When applying high-frequency energy from the transmitter using a power feeder 1 and a divider by four 2, the input power is divided evenly and in phase between its outputs.

Дополнительными кабелями питания 3 поделенная на четыре мощность подводится ко входам четырех образованных ЛПА и возбуждает их. 3 additional power cables divided by four power is supplied to the inputs of four formed LPA and excites them.

По мере изменения частоты от нижних частот к верхним частотам рабочего диапазона синфазно в каждой ЛПА 5 происходит последовательное возбуждение активных зон /4/. As the frequency changes from the lower frequencies to the upper frequencies of the operating range in-phase in each LPA 5 there is a sequential excitation of the active zones / 4 /.

Возбуждение вибраторов приводит к последовательному возбуждению элементов кольцевого тока по законам ЛПА, в результате чего антенны кольцевого тока становятся уже не узкополосными, а широкополосными по ДН и по входному сопротивлению /по КБВ/. The excitation of the vibrators leads to the sequential excitation of the elements of the ring current according to the laws of the LPA, as a result of which the antennas of the ring current are no longer narrow-band, but wide-band along the beam and the input impedance / CBA /.

Экспериментальные исследования изготовленной антенны подтвердили заявленную широкополосность антенны, что позволяет расширить рамки технического использования кольцевых антенн в широкополосном телевидении и радиосвязи. Experimental studies of the manufactured antenna confirmed the claimed broadband antenna, which allows us to expand the scope of the technical use of ring antennas in broadband television and radio communications.

Источники информации
1. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенны. М.: Сов.радио, 1961, с.219, 313, рис. Х.15, Х.16.Sources of information
1. Drabkin A.L., Zuzenko V.L. Antennas M .: Sov.radio, 1961, p. 219, 313, fig. X.15, X.16.

2. Мейнке Х., Гудлах Ф.В. Радиотехнический справочник. Т.1, пер. с немец. М.: Госэнергоиздат, 1961, рис.9-109б, 9-109в. 2. Meinke H., Goodluch F.V. Radio technical reference. T.1, per. from German. M .: Gosenergoizdat, 1961, fig. 9-109b, 9-109v.

3. Мейнке Х., Гудлах Ф.В. Радиотехнический справочник. Т.1, пер. с немец. М.: Госэнергоиздат, 1961, рис.9-109а. 3. Meinke H., Goodluch F.V. Radio technical reference. T.1, per. from German. M .: Gosenergoizdat, 1961, Fig. 9-109a.

4. Сверхширокополосные антенны. Пер. с англ. под ред. А.С. Бененсона. М. : Мир, 1964, с.296-298. 4. Ultra-wideband antennas. Per. from English under the editorship of A.S. Benenson. M.: Mir, 1964, p. 296-298.

Claims

1. A circular antenna containing a power feeder, a power divider of four, the frequency range of which is equal to the frequency range of the antenna, connected to the power feeder, in-phase outputs of the divider connected by additional power cables to the inputs of each of the symmetrical vibrators located on the sides of the square, characterized in that to each of the symmetric vibrators located on the sides of the said square, at the points of their supply, a collective line with symmetric vibrators of log-periodic a fraternal antenna located in the plane of the lateral surface of the conditional tetrahedral truncated pyramid, the lower square base of this pyramid coinciding with the said square, and the upper square base of the pyramid having a side slightly greater than the length of the shortest of the symmetrical vibrators of the log-periodic vibrator antenna.

2. A ring antenna containing a power feeder, a power divider of four, the frequency range of which is equal to the frequency range of the antenna, connected to the power feeder, in-phase outputs of the divider connected by additional power cables to the inputs of each of the symmetrical vibrators located on the sides of the square, characterized in , that to each of the symmetric vibrators located on the sides of the said square, at the points of their supply, a collective line with symmetrical vibrators of a log-periodic vibrator is connected a radiator antenna located in the plane of the square and directed in the direction opposite to the square.