RU226019U1

RU226019U1 - Directional antenna

Info

Publication number: RU226019U1
Application number: RU2023131935U
Authority: RU
Inventors: Артем Алексеевич Негурица; Игорь Валериевич Аквельянов; Артур Олегович Удовиченко; Владимир Юрьевич Белов
Original assignee: Акционерное общество "Рязанский Радиозавод"
Filing date: 2023-12-05
Publication date: 2024-05-17

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники и применяется для установления радиосвязи как в радионаправлениях, так и в радиосетях, а также в качестве ретранслятора в диапазоне 300-520 МГц при совместном использовании как со стационарными, так и с мобильными радиостанциями, работающими в вышеуказанном диапазоне частот. Технический результат, решаемый полезной моделью, заключается в расширении частотного диапазона, перекрывающего рабочий диапазон большинства радиостанций дециметрового диапазона. Данная антенна имеет большую дальность связи по сравнению со штатными антеннами радиостанций в диапазоне 300-520 МГц. Антенна обеспечивает возможность передачи сигналов как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией без дополнительных оснасток и приспособлений за счет универсальной системы крепления. Кроме этого, антенна имеет меньший вес по сравнению с антеннами, выпускаемыми промышленностью, а также отличается простотой изготовления, не требующей специальных навыков и оборудования. Технический результат достигается тем, что в направленной антенне, содержащей ряд симметричных вибраторов, выбранных по соотношениям образования оптимальной логопериодической антенной структуры для диапазона 300-520 МГц, и запитываемых от двухпроводной распределительной симметричной линии, вибраторы закреплены в отверстиях траверс крепёжными элементами, обеспечивающими электрический контакт, а для придания дополнительной механической прочности конструкции антенны применен металлический элемент в задней части антенны, выполняющий одновременно функцию крепления антенны к мачтам и трубам диаметром до 60 мм при помощи V-образных скоб элемента крепления, смена режима работы антенны из горизонтальной в вертикальную поляризацию и обратно производится путем простой перестановки V-образных скоб на элементе крепления, изменение режима поляризации осуществляется путем извлечения V-образных скоб из прямоугольного элемента крепления антенны и перестановкой их в соответствующие пары перпендикулярно расположенных отверстий с последующей фиксацией, согласующая линия проложена внутри траверсы и с одной стороны закреплена на антенне механически, а с другой стороны распаяна на токоприемники траверс, выполненные из гальванически совместимых материалов. The utility model relates to the field of radio engineering and is used to establish radio communications both in radio directions and in radio networks, and also as a repeater in the range of 300-520 MHz when used together with both stationary and mobile radio stations operating in the above frequency range. The technical result solved by the utility model is to expand the frequency range, covering the operating range of most UHF radio stations. This antenna has a greater communication range compared to standard antennas of radio stations in the range of 300-520 MHz. The antenna provides the ability to transmit signals with both horizontal and vertical polarization without additional equipment and accessories due to the universal mounting system. In addition, the antenna is lighter in weight compared to commercially produced antennas, and is also easy to manufacture, not requiring special skills and equipment. The technical result is achieved by the fact that in a directional antenna containing a number of symmetrical vibrators, selected according to the relations for the formation of the optimal log-periodic antenna structure for the range of 300-520 MHz, and powered from a two-wire symmetrical distribution line, the vibrators are fixed in the traverse holes with fasteners that provide electrical contact, and to give additional mechanical strength to the antenna structure, a metal element is used in the rear part of the antenna, which simultaneously performs the function of attaching the antenna to masts and pipes with a diameter of up to 60 mm using V-shaped brackets of the fastening element, changing the operating mode of the antenna from horizontal to vertical polarization and back is carried out by simply rearranging the V-shaped brackets on the mounting element, changing the polarization mode is carried out by removing the V-shaped brackets from the rectangular antenna mounting element and moving them into the corresponding pairs of perpendicularly located holes with subsequent fixation, the matching line is laid inside the traverse and on one side is fixed to antenna mechanically, and on the other hand, the traverse is wired to pantographs made of galvanically compatible materials.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники и применяется для установления радиосвязи как в радионаправлениях, так и в радиосетях, а также в качестве ретранслятора в диапазоне 300-520 МГц при совместном использовании как со стационарными, так и с мобильными радиостанциями, работающими в вышеуказанном диапазоне частот.The utility model relates to the field of radio engineering and is used to establish radio communications both in radio directions and in radio networks, and also as a repeater in the range of 300-520 MHz when used together with both stationary and mobile radio stations operating in the above frequency range.

Известна логопериодическая вибраторная антенна (см. патент на изобретение RU №2189676, МПК H01Q 11/10, опубликован 20.09.2002 г.), содержащая ряд симметричных вибраторов, запитываемых от двухпроводной распределительной симметричной линии, у которой каждый последующий симметричный вибратор в ряде запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору.A log-periodic vibrator antenna is known (see patent for invention RU No. 2189676, IPC H01Q 11/10, published on September 20, 2002), containing a number of symmetrical vibrators powered from a two-wire symmetrical distribution line, in which each subsequent symmetrical vibrator in the row is powered in antiphase the previous symmetrical vibrator.

Известна антенна (см. патент на изобретение RU №2361336, МПК H01Q 11/00, опубликован 10.07.2009 г.), содержащая двухпроводную линию питания из полых проводников, которые выполнены составными, включающими токопроводящую оболочку и охватываемый этой оболочкой продольный элемент, выполненный из материала, прочность которого выше прочности материала оболочки.An antenna is known (see invention patent RU No. 2361336, IPC H01Q 11/00, published July 10, 2009) containing a two-wire power line made of hollow conductors, which are made composite, including a conductive shell and a longitudinal element covered by this shell, made of material whose strength is higher than the strength of the shell material.

Известна логопериодическая вибраторная антенна (см. патент RU №2655724, МПК H01Q 11/00, опубликован 29.05.2018 г.), содержащая ряд симметричных вибраторов, двухпроводную распределительную линию, возбуждаемую коаксиальным фидером, при этом каждый последующий симметричный вибратор в ряду запитан противофазно предшествующему симметричному вибратору, а отношение длин плеч соседних вибраторов и отношение расстояний между симметричными вибраторами выбраны по соотношениям образования оптимальной логопериодической структуры.A log-periodic vibrator antenna is known (see patent RU No. 2655724, IPC H01Q 11/00, published May 29, 2018), containing a number of symmetrical vibrators, a two-wire distribution line excited by a coaxial feeder, with each subsequent symmetrical vibrator in the row powered in antiphase to the previous one symmetrical vibrator, and the ratio of the lengths of the arms of neighboring vibrators and the ratio of the distances between symmetrical vibrators are selected according to the relations for the formation of an optimal log-periodic structure.

Известна рефлекторная логопериодическая антенна с резонаторным шунтированием (см. патент на изобретение RU 2790392, МПК H01Q 11/10, опубликован 17.02.2023 г.), содержащую ряд симметричных активных вибраторов, запитываемых от двухпроводной распределительной симметричной линии в виде несущих труб с короткозамыкающей перемычкой, дополнительно к наименьшему вибратору устанавливают пассивный директор, размер которого совпадает с размером наименьшего вибратора, при этом сзади наибольшего вибратора устанавливают пассивный рефлектор, размер которого совпадает с наибольшим вибратором.A reflex log-periodic antenna with resonator shunting is known (see patent for invention RU 2790392, IPC H01Q 11/10, published 02/17/2023), containing a number of symmetrical active vibrators, powered from a two-wire symmetrical distribution line in the form of supporting pipes with a short-circuit jumper, in addition to the smallest vibrator, a passive director is installed, the size of which coincides with the size of the smallest vibrator, while behind the largest vibrator a passive reflector is installed, the size of which coincides with the largest vibrator.

Недостатком известных антенн является то, что крепления элементов антенн, а именно излучателей, не обеспечивают достаточной прочности изделия в целом. Крепления известных антенн к элементам мачт не являются универсальными для применения в работе с горизонтально и вертикально поляризованной волной и позволяют использовать антенны только в одной из плоскостей. Для крепления элементов некоторых известных антенн используется сварка, являющаяся сложным технологическим процессом, требующим специальных навыков. Коэффициент стоячей волны известных антенн нестабилен во всем применимом диапазоне частот. Неизвестна характеристика диаграммы направленности антенн, которая является одной из важных, в особенности при работе изделия на передачу.The disadvantage of the known antennas is that the fastening of the antenna elements, namely the emitters, does not provide sufficient strength to the product as a whole. The fastenings of known antennas to mast elements are not universal for use in working with horizontally and vertically polarized waves and allow the use of antennas only in one of the planes. To attach elements of some well-known antennas, welding is used, which is a complex technological process that requires special skills. The standing wave ratio of known antennas is unstable over the entire applicable frequency range. The characteristics of the antenna radiation pattern are unknown, which is one of the important ones, especially when the product is operating for transmission.

Технический результат, решаемый полезной моделью, заключается в расширении частотного диапазона, перекрывающего рабочий диапазон большинства радиостанций дециметрового диапазона. Данная антенна имеет большую дальность связи по сравнению со штатными антеннами радиостанций в диапазоне 300-520 МГц. Антенна обеспечивает возможность передачи сигналов как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией без дополнительных оснасток и приспособлений за счет универсальной системы крепления. Кроме этого, антенна имеет меньший вес по сравнению с антеннами, выпускаемыми промышленностью, а также отличается простотой изготовления, не требующей специальных навыков и оборудования.The technical result solved by the utility model is to expand the frequency range, covering the operating range of most UHF radio stations. This antenna has a greater communication range compared to standard antennas of radio stations in the range of 300-520 MHz. The antenna provides the ability to transmit signals with both horizontal and vertical polarization without additional equipment and accessories due to the universal mounting system. In addition, the antenna is lighter in weight compared to commercially produced antennas, and is also easy to manufacture, not requiring special skills and equipment.

Технический результат достигается тем, что в направленной антенне, содержащей ряд симметричных вибраторов, выбранных по соотношениям образования оптимальной логопериодической антенной структуры для диапазона 300-520 МГц, и запитываемых от двухпроводной распределительной симметричной линии, вибраторы закреплены в отверстиях траверс крепежными элементами, обеспечивающими электрический контакт, а для придания дополнительной механической прочности конструкции антенны применен металлический элемент в задней части антенны, выполняющий одновременно функцию крепления антенны к мачтам и трубам диаметром до 60 мм. при помощи V-образных скоб элемента крепления, смена режима работы антенны из горизонтальной в вертикальную поляризацию и обратно производится путем простой перестановки V-образных скоб на элементе крепления, изменение режима поляризации осуществляется путем извлечения V-образных скоб из прямоугольного элемента крепления антенны и перестановкой их в соответствующие пары перпендикулярно расположенных отверстий с последующей фиксацией, согласующая линия проложена внутри траверсы и с одной стороны закреплена на антенне механически, а с другой стороны распаяна на токоприемники траверс, выполненные из гальванически совместимых материалов.The technical result is achieved by the fact that in a directional antenna containing a number of symmetrical vibrators, selected according to the relations for the formation of the optimal log-periodic antenna structure for the range of 300-520 MHz, and powered from a two-wire symmetrical distribution line, the vibrators are fixed in the traverse holes with fasteners that provide electrical contact, and to give additional mechanical strength to the antenna structure, a metal element is used in the rear part of the antenna, which simultaneously performs the function of attaching the antenna to masts and pipes with a diameter of up to 60 mm. using V-shaped brackets of the fastening element, changing the operating mode of the antenna from horizontal to vertical polarization and vice versa is done by simply rearranging the V-shaped brackets on the fastening element, changing the polarization mode is carried out by removing the V-shaped brackets from the rectangular antenna fastening element and rearranging them into the corresponding pairs of perpendicularly located holes with subsequent fixation, the matching line is laid inside the traverse and, on the one hand, is mechanically fixed to the antenna, and on the other hand, it is soldered to traverse pantographs made of galvanically compatible materials.

Антенна состоит из двух траверс с волновой перемычкой, образующих собирательную линию, и двадцати двух вибраторов, имеющих влагозащищенную конструкцию.The antenna consists of two traverses with a wave jumper, forming a collecting line, and twenty-two vibrators with a waterproof design.

Внешний вид антенны представлен на фиг. 1, график коэффициента стоячей волны на фиг. 2.The appearance of the antenna is shown in Fig. 1, standing wave ratio graph in FIG. 2.

Исходным материалом для изготовления траверс служит труба квадратного сечения с размерами сторон 20х20 мм, а для изготовления вибраторов - алюминиевый пруток диаметром 10 мм.The starting material for the manufacture of traverses is a square pipe with side dimensions of 20x20 mm, and for the manufacture of vibrators - an aluminum rod with a diameter of 10 mm.

Изготовление антенны представляет собой процесс механической сборки траверс и вибраторов, изготовленных по расчетным чертежам, с применением диэлектрических элементов, задающих расстояние 10 мм. Между внутренними поверхностями траверс, которые образуют собирающую линию. Все этапы сборки не представляют собой сложных технологических процессов и выполняются доступным инструментом. Механические соединения всех элементов антенны выполнены при помощи винтов, саморезов, заклепок, либо другим доступным способом, обеспечивающим необходимый электрический контакт элементов антенны и механическую прочность изделия.Antenna manufacturing is a process of mechanical assembly of traverses and vibrators, manufactured according to design drawings, using dielectric elements that set a distance of 10 mm. There are traverses between the inner surfaces, which form a collecting line. All stages of assembly do not represent complex technological processes and are performed with accessible tools. Mechanical connections of all antenna elements are made using screws, self-tapping screws, rivets, or any other available method that ensures the necessary electrical contact of the antenna elements and the mechanical strength of the product.

Для придания дополнительной механической прочности конструкции антенны применен стальной элемент в задней части антенны, выполняющий одновременно функцию крепления антенны. Антенна может крепиться к мачтам и трубам диаметром до 60 мм при помощи V-образных скоб элемента крепления. Смена режима работы антенны из горизонтальной в вертикальную поляризацию и обратно производится путем простой перестановки V-образных скоб на элементе крепления. Крепление антенны представляет собой прямоугольный элемент из стали 2 мм, механически соединенный с задней частью обеих траверс антенны (позади волновой перемычки). Крепление имеет несколько пар отверстий, расположенных асимметрично относительно траверс и строго перпендикулярно друг другу. В каждую пару отверстий установлены V-образные стальные скобы, предназначенные для крепления антенны к мачтам, трубам, либо иным конструкциям и профилям с диаметром до 60 мм. Механическая фиксация производится путем затягивания винтов-барашков на V-образных скобах. Изменение режима поляризации осуществляется путем извлечения V-образных скоб из прямоугольного элемента крепления антенны и перестановка их в соответствующие пары перпендикулярно расположенных отверстий с последующей фиксацией винтами-барашками. Асимметричное расположение установочных пар отверстий исключает возможность механических подтверждений разъемов и фидеров об элементы конструкции, на которые устанавливается антенна, как при вертикальной, так и при горизонтальной поляризации.To give additional mechanical strength to the antenna structure, a steel element is used in the rear part of the antenna, which simultaneously performs the function of attaching the antenna. The antenna can be attached to masts and pipes with a diameter of up to 60 mm using V-shaped brackets of the fastening element. Changing the antenna operating mode from horizontal to vertical polarization and vice versa is done by simply rearranging the V-shaped brackets on the mounting element. The antenna mount is a rectangular element made of 2 mm steel, mechanically connected to the rear of both antenna crossbars (behind the wave bridge). The fastening has several pairs of holes located asymmetrically relative to the traverses and strictly perpendicular to each other. V-shaped steel brackets are installed in each pair of holes, designed for attaching the antenna to masts, pipes, or other structures and profiles with a diameter of up to 60 mm. Mechanical fixation is achieved by tightening the wing screws on the V-shaped brackets. Changing the polarization mode is carried out by removing the V-shaped brackets from the rectangular antenna mounting element and moving them into the corresponding pairs of perpendicularly located holes, followed by fixing them with thumbscrews. The asymmetrical arrangement of the mounting pairs of holes eliminates the possibility of mechanical confirmation of connectors and feeders on the structural elements on which the antenna is installed, both with vertical and horizontal polarization.

Для подключения антенны к приемопередатчику используется встроенная согласующая линия. Она представляет собой согласованную пару: отрезок радиочастотного кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом и разъем приборно-кабельного типа стандарта TNC. Согласующая линия проложена внутри траверсы квадратного сечения и с одной стороны закреплена на антенне механически, а с другой стороны распаяна на токоприемники траверс, выполненные из гальванически совместимых материалов.A built-in matching line is used to connect the antenna to the transceiver. It is a matched pair: a piece of radio frequency cable with a characteristic impedance of 50 Ohms and a TNC standard device-cable connector. The matching line is laid inside a square-section traverse and, on one side, is mechanically fixed to the antenna, and on the other hand, it is soldered to traverse pantographs made of galvanically compatible materials.

Данный конструктив обеспечивает изделию высокую мобильность и допускает вариативность подключения к приемопередатчикам исходя из требуемых условий организации связи за счет применения съемных фидеров требуемой длины, путем простого соединения: разъем антенны - разъем приемопередатчика.This design provides the product with high mobility and allows for variability in connection to transceivers based on the required communication conditions through the use of removable feeders of the required length, through a simple connection: antenna connector - transceiver connector.

Данная антенна имеет большую дальность связи по сравнению со штатными антеннами радиостанций диапазона 320-520 МГц и хорошую повторяемость характеристик. Увеличенная дальность связи достигнута за счет подбора материалов, используемых при изготовлении с учетом электрохимической совместимости (медь+никелированная сталь), а также за счет подбора пары: коаксиальный разъем+кабель подключения питания антенны. По совокупности этих составляющих был обеспечен низкий коэффициент стоячей волны и высокий коэффициент усиления. Полученные показатели качественно выше, чем аналогичные характеристики большинства представленных на рынке антенн соответствующего диапазона, что при равных условиях организации связи (мощность передатчика, чувствительность приемника, ландшафтный рельеф местности) приведет к меньшим потерям и затуханиям полезного сигнала передатчика, что в свою очередь, повлечет за собой увеличение дальности распространения радиоволн с сохранением уровня напряженности поля, достаточного для обеспечения уверенного приема сигнала. Антенна отличается небольшим весом по сравнению с антеннами, выпускаемыми отечественной промышленностью за счет ее изготовления из алюминиевых материалов, а также простотой изготовления. В сравнении с импортными аналогами китайского производства данная антенна имеет большую механическую прочность, надежность и долговечность. Антенна обеспечивает широкий частотный диапазон, перекрывающий рабочий диапазон большинства радиостанций дециметрового диапазона при меньших потерях коэффициента стоячей волны, большую равномерность частотной характеристики и хорошую повторяемость характеристик.This antenna has a greater communication range compared to standard antennas for radio stations in the 320-520 MHz range and good repeatability of characteristics. An increased communication range was achieved through the selection of materials used in manufacturing taking into account electrochemical compatibility (copper + nickel-plated steel), as well as through the selection of a pair: coaxial connector + antenna power connection cable. The combination of these components ensured a low standing wave coefficient and a high gain. The obtained indicators are qualitatively higher than the similar characteristics of most antennas of the corresponding range on the market, which, under equal conditions for organizing communication (transmitter power, receiver sensitivity, landscape terrain) will lead to less loss and attenuation of the useful signal of the transmitter, which in turn will entail This is an increase in the propagation range of radio waves while maintaining a field strength level sufficient to ensure reliable signal reception. The antenna is distinguished by its low weight compared to antennas produced by the domestic industry due to its manufacture from aluminum materials, as well as ease of manufacture. Compared to imported Chinese-made analogues, this antenna has greater mechanical strength, reliability and durability. The antenna provides a wide frequency range that covers the operating range of most UHF radio stations with lower standing wave ratio losses, greater uniformity of the frequency response and good repeatability of characteristics.

Конструкция антенны выполнена из доступных гальванически совместимых материалов и разработана с учетом возможности ее повторения (изготовления) без применения специального оборудования и сложных технологических процессов. При этом конструктив антенны обеспечивает необходимую повторяемость расчетных параметров и характеристик.The antenna design is made from available galvanically compatible materials and is designed taking into account the possibility of its repetition (manufacturing) without the use of special equipment and complex technological processes. At the same time, the antenna design ensures the necessary repeatability of the calculated parameters and characteristics.

Claims

A directional antenna containing a number of symmetrical vibrators, selected according to the relations for the formation of the optimal log-periodic antenna structure for the range of 300-520 MHz, powered from a two-wire distribution symmetrical line, characterized in that the vibrators are fixed in the traverse holes with fasteners providing electrical contact to provide additional mechanical To ensure the strength of the antenna structure, a metal element is used in the rear part of the antenna, which simultaneously performs the function of fastening the antenna to masts and pipes with a diameter of up to 60 mm using V-shaped brackets of the fastening element, and the V-shaped brackets of the fastening element are made with the possibility of rearrangement on the fastening element, namely removing V-shaped brackets from the rectangular antenna mounting element and rearranging them into the corresponding pairs of perpendicularly located mounting holes with subsequent fixation, which makes it possible to change the operating mode of the antenna from horizontal to vertical polarization and back, the matching line is laid inside the square cross-section and on one side it is mechanically fixed to the antenna, and on the other side it is soldered onto traverse pantographs made of galvanically compatible materials.