RU2192076C2

RU2192076C2 - Antenna

Info

Publication number: RU2192076C2
Application number: RU2000127587/09A
Authority: RU
Inventors: Д.В. Москаленко
Original assignee: Москаленко Дмитрий Владимирович
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: antenna engineering; broadband radio communication systems including duplex ones. SUBSTANCE: antenna has radiator mounted through insulator on conducting shield. Internal conductor of feeder is connected through inductive load to radiator lead and external one, to conducting shield. Radiator is made in the form of conductor whose length is sufficient to pass one current minimum, Load of parallel-connected inductance coil and capacitor is inserted in series with radiator in the region of current minimum at higher operating frequency. EFFECT: enlarged operating frequency range or ability of multiple-frequency operation for independent setting of operating frequencies. 5 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах широкополосной радиосвязи, в том числе дуплексной. The claimed invention relates to antenna technology and can be used in broadband radio communication systems, including duplex.

Известна антенна, см. Овсянников В.В. Вибраторные антенны с реактивными нагрузками. - М. : Радио и связь, 1985, с. 46, для двухчастотной или широкополосной работы, состоящая из излучателя в виде проводника, установленного через изолятор на проводящем экране. В разрыв проводника включен заграждающий фильтр в виде LC-контура или четвертьволнового короткозамкнутого шунта. A known antenna, see Ovsyannikov V.V. Vibrating reactive antenna. - M.: Radio and communications, 1985, p. 46, for dual-frequency or broadband operation, consisting of a radiator in the form of a conductor mounted through an insulator on a conductive screen. A barrier filter is included in the gap of the conductor in the form of an LC circuit or a quarter-wave short-circuited shunt.

Недостатком антенны является сравнительно низкий коэффициент усиления, свойственный четвертьволновым излучателям, и широкая диаграмма направленности в вертикальной плоскости. The disadvantage of the antenna is the relatively low gain inherent in quarter-wave emitters, and a wide radiation pattern in the vertical plane.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является антенна, представляющая собой излучатель в виде проводника, установленного через изолятор на проводящем экране так, что внешний проводник питающего фидера соединен с проводящим экраном, а внутренний через индуктивную нагрузку - с проводником, длина которого обеспечивает в нем один минимум тока, см. Кочержевский Г. Н. Антенно-фидерные устройства. М.: Связь, 1972, с. 442. The closest analogue of the claimed invention is an antenna, which is a radiator in the form of a conductor installed through an insulator on a conductive screen so that the external conductor of the supply feeder is connected to the conductive screen, and the inner one through an inductive load with a conductor, the length of which provides one minimum current , see Kocherzhevsky G. N. Antenna-feeder devices. M .: Communication, 1972, p. 442.

Недостатком этой антенны является сравнительно узкая полоса рабочих частот при основном резонансе, а также то, что вторая частота, при которой антенна работает как четвертьволновый излучатель, находится в жесткой зависимости от частоты резонанса типа 5/8 λ составляя от нее примерно 30%. Целью заявляемого изобретения является расширение рабочей полосы частот или обеспечение многочастотной работы с возможностью независимой установки рабочих частот. The disadvantage of this antenna is the relatively narrow operating frequency band at the main resonance, as well as the fact that the second frequency, at which the antenna works as a quarter-wave emitter, is in strict dependence on the 5/8 λ type resonance frequency, amounting to approximately 30% of it. The aim of the invention is the expansion of the working frequency band or the provision of multi-frequency operation with the ability to independently set the operating frequencies.

Это достигается тем, что в антенне, состоящей из излучателя в виде проводника, установленного через изолятор на проводящем экране так, что внешний проводник питающего фидера соединен с проводящим экраном, а внутренний через индуктивную нагрузку - с проводником, длина которого обеспечивает в нем один минимум тока, в разрыв излучателя в области минимума тока верхней рабочей частоты включена нагрузка из параллельно соединенных емкости и индуктивности. This is achieved by the fact that in an antenna consisting of a radiator in the form of a conductor installed through an insulator on a conductive screen so that the external conductor of the supply feeder is connected to the conductive screen, and the internal conductor through an inductive load is connected to the conductor, the length of which provides one minimum current , a load from a parallel connected capacitance and inductance is included in the gap of the emitter in the region of the minimum current of the upper operating frequency.

При анализе уровня техники не обнаружен аналог с признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, выявлена совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому техническому результату. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. In the analysis of the prior art, no analogue was found with features identical to all the essential features of the claimed invention, a combination of essential distinguishing features with respect to the perceived technical result was revealed. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Известно, см. Rothammel, К. Antennenbuch, 11. Uberarbaitete und erweiterte Auflage - Berlin: Militarverlag der DDR, 1989, с. 351, 159, 160, применение параллельно включенных индуктивности и емкости, образующих на определенных рабочих частотах заграждающие фильтры, для создания многочастотных антенн. It is known, see Rothammel, C. Antennenbuch, 11. Uberarbaitete und erweiterte Auflage - Berlin: Militarverlag der DDR, 1989, p. 351, 159, 160, the use of parallel-connected inductances and capacitances, forming barriers at certain operating frequencies, to create multi-frequency antennas.

Однако в заявляемой антенне индуктивность и емкость не используются для создания заграждающего фильтра ни на одной из рабочих частот. Следовательно, заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из уровня техники и заявляемое устройство соответствует критерию "изобретательский уровень" по действующему законодательству. However, in the inventive antenna, the inductance and capacitance are not used to create a blocking filter at any of the operating frequencies. Therefore, the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for the specialist and the claimed device meets the criterion of "inventive step" under applicable law.

На фиг. 1 приведена схема антенны; на фиг.2 - распределение тока вдоль вибратора; на фиг.3 - зависимости от частоты вещественной и мнимой составляющих входного сопротивления для заявляемой антенны при использовании ее в качестве широкополосной; на фиг. 4 - зависимость КСВ заявляемой антенны и антенны-прототипа от частоты. In FIG. 1 shows a diagram of the antenna; figure 2 - current distribution along the vibrator; figure 3 - depending on the frequency of the material and imaginary components of the input resistance for the claimed antenna when using it as a broadband; in FIG. 4 - dependence of the SWR of the claimed antenna and the antenna of the prototype on the frequency.

Предлагаемая антенна состоит из излучателя, установленного на проводящем экране 2 через изолятор 3. Между излучателем и центральным проводником фидера 4 включена индуктивная нагрузка 5. Внешний проводник фидера подключен к проводящему экрану. Нагрузка, состоящая из параллельно включенных емкости 6 и индуктивности 7, размещена на излучателе в области минимума тока верхней рабочей частоты. The proposed antenna consists of a radiator mounted on a conductive screen 2 through an insulator 3. Between the emitter and the center conductor of the feeder 4, an inductive load is connected 5. The external conductor of the feeder is connected to the conductive screen. The load, consisting of parallel connected capacitance 6 and inductance 7, is placed on the emitter in the region of the minimum current of the upper operating frequency.

На верхней рабочей частоте емкостная нагрузка, включенная в узле тока, практически не влияет на характер распределения тока вдоль вибратора (фиг. 2), поэтому антенна представляет собой излучатель типа 5/8 λ что определяет основной лепесток диаграммы направленности в плоскости Е, направленный параллельно плоскости проводящего экрана, и КНД в этом направлении, близкий к 8 dBi. Входное сопротивление антенны также соответствует антенне типа 5/8 λ. С уменьшением частоты емкостная нагрузка начинает влиять на входное сопротивление (фиг. 3) таким образом, что в диапазоне частот реактивная составляющая остается примерно равной 0, а активная - в интервале 40-90 Ом. Распределение тока в антенне при уменьшении частоты также показано на фиг.2. Диаграмма направленности при этом приближается по форме к диаграмме направленности несимметричного полуволнового вибратора. КНД в направлении максимального излучения (параллельно экрану) при уменьшении частоты плавно спадает до 6.5 dBi на нижней частоте диапазона. At the upper operating frequency, the capacitive load included in the current node practically does not affect the nature of the current distribution along the vibrator (Fig. 2), therefore the antenna is a 5/8 λ type emitter that determines the main lobe of the radiation pattern in plane E, parallel to the plane conductive screen, and the directivity gain in this direction, close to 8 dBi. The input impedance of the antenna also corresponds to a 5/8 λ type antenna. With decreasing frequency, the capacitive load begins to affect the input resistance (Fig. 3) so that in the frequency range the reactive component remains approximately equal to 0, and the active component in the range of 40-90 Ohms. The current distribution in the antenna with decreasing frequency is also shown in figure 2. The radiation pattern in this case approaches in shape to the radiation pattern of an asymmetric half-wave vibrator. The directivity gain in the direction of maximum radiation (parallel to the screen) with a decrease in frequency gradually decreases to 6.5 dBi at the lower frequency of the range.

Изменяя длину вибратора и величины емкостной 6 и индуктивной 7 нагрузок, можно устанавливать наиболее оптимальное в каждом конкретном случае соотношение полосы пропускания и неравномерности КСВ. Варьирование емкостной нагрузки, в основном, приводит к изменению ширины диапазона частот. Наилучшего согласования в этом диапазоне добиваются изменением индуктивной нагрузки и длины вибратора. При увеличении емкости 6 антенна становится двухчастотной за счет возрастания КСВ между частотами резонансов. При этом изменение емкости 6 вызывает сдвиг частоты второго резонанса, а частота f_в остается практически неизменной. Величина индуктивности 7 выбрана таким образом, что ее реактивное сопротивление в рассмотренной области частот значительно (в 5-10 раз) превышает реактивное сопротивление емкости 6. Благодаря этому индуктивность в этой области не влияет на работу антенны, но работает как удлиняющая для четвертьволнового резонанса на третьей, самой нижней, рабочей частоте. В свою очередь, емкость 6 не влияет на работу антенны на этой частоте, т. к. ее реактивное сопротивление много больше сопротивления индуктивности. Таким образом, в определенных пределах все три рабочие частоты можно изменять независимо.By changing the length of the vibrator and the magnitude of the capacitive 6 and inductive 7 loads, it is possible to establish the most optimal in each case ratio of the bandwidth and uneven SWR. Varying the capacitive load mainly leads to a change in the width of the frequency range. The best coordination in this range is achieved by changing the inductive load and the length of the vibrator. With an increase in capacitance 6, the antenna becomes dual-frequency due to an increase in the SWR between the resonance frequencies. In this case, a change in capacitance 6 causes a frequency shift of the second resonance, and the frequency f _in remains almost unchanged. The magnitude of the inductance 7 is chosen so that its reactance in the frequency range considered is significantly (5-10 times) higher than the reactance of the capacitance 6. Due to this, the inductance in this region does not affect the operation of the antenna, but acts as an extension for the quarter-wave resonance at the third , lowest operating frequency. In turn, the capacitance 6 does not affect the operation of the antenna at this frequency, since its reactance is much greater than the inductance resistance. Thus, within certain limits, all three operating frequencies can be changed independently.

Моделирование заявляемой антенны и антенны-прототипа проводилось для "тонких" (диаметр проводника составляет 0.0025 длины волны верхней рабочей частоты f_в) излучателей.The simulation of the claimed antenna and the antenna of the prototype was carried out for "thin" (conductor diameter is 0.0025 wavelength of the upper operating frequency f _in ) emitters.

Зависимости КСВ от частоты при 50-омном согласовании для заявляемой антенны при использовании ее как широкополосной и антенны-прототипа представлены на фиг.4. Как следует из графиков, заявляемая антенна имеет полосу пропускания по уровню КСВ=2 в 5,15 раз больше, чем прототип. The dependence of the SWR on the frequency at 50 Ohm matching for the claimed antenna when using it as a broadband and antenna prototype are presented in figure 4. As follows from the graphs, the claimed antenna has a passband at the level of SWR = 2 in 5.15 times more than the prototype.

Вышеизложенное свидетельствует о возможности осуществления изобретения с помощью описанных в заявке признаков и достижения указанного заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость". The foregoing indicates the possibility of carrying out the invention using the features described in the application and achieving the technical result indicated by the applicant. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability".

Claims

An antenna consisting of a radiator in the form of a conductor mounted through an insulator on a conductive screen so that the external conductor of the supply feeder is connected to the conductive screen, and the internal one through an inductive load with a conductor, the length of which provides one minimum current, characterized in that in order to expand the working frequency band or to provide multi-frequency operation with the possibility of independently setting the working frequencies, a parallel load is included in the transmitter gap in the region of the minimum current of the upper working frequency but connected by capacitance and inductance.