RU2268520C1 - Antenna - Google Patents

Antenna Download PDF

Info

Publication number
RU2268520C1
RU2268520C1 RU2004119645/09A RU2004119645A RU2268520C1 RU 2268520 C1 RU2268520 C1 RU 2268520C1 RU 2004119645/09 A RU2004119645/09 A RU 2004119645/09A RU 2004119645 A RU2004119645 A RU 2004119645A RU 2268520 C1 RU2268520 C1 RU 2268520C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electric
vibrators
antenna
outputs
given
Prior art date
Application number
RU2004119645/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004119645A (en
Inventor
нский Сергей Владимирович Земл (RU)
Сергей Владимирович Землянский
Евгений Николаевич Мищенко (RU)
Евгений Николаевич Мищенко
Сергей Евгеньевич Мищенко (RU)
Сергей Евгеньевич Мищенко
Виталий Валентинович Шацкий (RU)
Виталий Валентинович Шацкий
Original Assignee
Сергей Владимирович Землянский
Евгений Николаевич Мищенко
Сергей Евгеньевич Мищенко
Виталий Валентинович Шацкий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Владимирович Землянский, Евгений Николаевич Мищенко, Сергей Евгеньевич Мищенко, Виталий Валентинович Шацкий filed Critical Сергей Владимирович Землянский
Priority to RU2004119645/09A priority Critical patent/RU2268520C1/en
Publication of RU2004119645A publication Critical patent/RU2004119645A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2268520C1 publication Critical patent/RU2268520C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: antennae engineering, possible use for engineering of radio-based systems with signals with circular polarization.
SUBSTANCE: antenna consists of three mutually perpendicular electric vibrators with electric shoulder dimensions lx, ly, lz, and combined centers and power splitter. Between outputs of power splitter and inputs of electric vibrators, phase shifters are connected. For given current distribution and direction θ,φ electric shoulder dimensions lx, ly, lz of electric vibrators and vibrators excitation phase ψxyz should be satisfactory for given system of inequalities.
EFFECT: generation of ellipticity coefficient in given direction, being close to one without decrease of antenna energy.
3 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть применено в составе радиотехнических систем, использующих сигналы с круговой поляризацией.The invention relates to antenna technology and can be used as part of radio systems using circularly polarized signals.

Известна турникетная антенна, содержащая два взаимно перпендикулярных электрических вибратора с совмещенными центрами и фазовращатель, обеспечивающий фазовый сдвиг при возбуждении вибраторов на угол 90 градусов [1, с.251, рис.10.8а]. Недостатком данной антенны является то, что при отклонении направления прихода полезного сигнала круговой поляризации от нормали к поверхности раскрыва антенны ухудшается согласование приемной антенны по поляризации.A turnstile antenna is known that contains two mutually perpendicular electric vibrators with combined centers and a phase shifter that provides a phase shift when the vibrators are excited by an angle of 90 degrees [1, p. 251, fig. 10.8a]. The disadvantage of this antenna is that when the direction of arrival of the useful circular polarization signal from the normal to the aperture surface of the antenna deviates, the polarization of the receiving antenna decreases.

Известно устройство, осуществляющее независимый прием компонент электромагнитной волны ортогональной парой вибраторов, образующих турникетную антенну, и формирующее единичный коэффициент эллиптичности при низких и средних углах места [2]. Недостатком данной антенны является то, что при отклонении направления прихода полезного сигнала круговой поляризации от нормали к поверхности раскрыва антенны ухудшаются энергетические характеристики приемной антенны.A device is known that provides independent reception of the components of an electromagnetic wave by an orthogonal pair of vibrators forming a turnstile antenna and forming a single ellipticity coefficient at low and medium elevation angles [2]. The disadvantage of this antenna is that when the direction of arrival of the useful signal of circular polarization from the normal to the aperture surface of the antenna deteriorates, the energy characteristics of the receiving antenna deteriorate.

Наиболее близкой по техническому исполнению к предложенной антенне является антенна, состоящая из трех взаимно ортогональных вибраторов с совмещенными центрами, входы электрических вибраторов которой подключены к выходам делителя мощности, а электрические размеры плеч вибраторов выбраны таким образом, чтобы в заданном направлении обеспечивалось формирование «нуля» векторной ДН антенны [3]. Недостатком данной антенны является то, что синфазное возбуждение вибраторов не позволяет применить ее в каналах связи с круговой поляризацией.The closest in technical design to the proposed antenna is an antenna consisting of three mutually orthogonal vibrators with combined centers, the inputs of the electric vibrators of which are connected to the outputs of the power divider, and the electrical dimensions of the shoulders of the vibrators are selected so that in a given direction the formation of “zero” vector Beam antenna [3]. The disadvantage of this antenna is that the common-mode excitation of the vibrators does not allow its use in communication channels with circular polarization.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи формирования единичного коэффициента эллиптичности полезного сигнала в заданном направлении при сохранении энергетических характеристик антенны.The invention is aimed at solving the problem of forming a single coefficient of ellipticity of the useful signal in a given direction while maintaining the energy characteristics of the antenna.

Сущность изобретения состоит в том, что в антенную систему, состоящую из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с электрическими размерами плеч lx, ly, lz и совмещенными центрами, и делителя мощности, имеющего один вход и три выхода, между выходами делителя мощности и входами электрических вибраторов включены фазовращатели, причем для заданных распределения тока и направления θ, φ электрические размеры плеч lx, ly, lz электрических вибраторов и фазы возбуждения вибраторов ψx, ψy, ψz должны удовлетворять системе неравенств, полученных на основе соотношений, приведенных в [4]:The essence of the invention lies in the fact that in an antenna system consisting of three mutually perpendicular electric vibrators with electric arm sizes l x , l y , l z and combined centers, and a power divider having one input and three outputs, between the outputs of the power divider and inputs electric vibrators incorporated phase shifters, wherein for a given current distribution and direction θ, φ electrically shoulder dimensions l x, l y, l z electric dipoles and excitation vibrators phase ψ x, ψ y, ψ z must satisfy the inequality system Obtained based on the relationship given in [4]:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

гдеWhere

Figure 00000005
Figure 00000006
Figure 00000005
Figure 00000006

Fθ(θ,φ)=(Fx(θ,φ)cosφ+Fy(θ,φ)sinφ)·cosθ-Fz(θ,φ)sinθ;F θ (θ, φ) = (F x (θ, φ) cosφ + F y (θ, φ) sinφ) cosθ-F z (θ, φ) sinθ;

Fφ(θ,φ)=Fy(θ,φ)cosφ-Fx(θ,φ)sinφ;F φ (θ, φ) = F y (θ, φ) cosφ-F x (θ, φ) sinφ;

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Jx(x), Jу(у), Jz(z) - распределения поверхностных токов вдоль электрических вибраторов;J x (x), J y (y), J z (z) - distribution of surface currents along electric vibrators;

Ke0 - минимально допустимая величина коэффициента эллиптичности.K e0 is the minimum allowable ellipticity coefficient.

На фиг.1 изображена предложенная антенна. Фиг.2 иллюстрирует подключение питания к антенне. На фиг.3 изображено сечение зависимости коэффициента эллиптичности в пределах верхней полусферы видимых углов предложенной антенны для первого заданного в таблице направления.Figure 1 shows the proposed antenna. Figure 2 illustrates the power connection to the antenna. Figure 3 shows a cross section of the dependence of the coefficient of ellipticity within the upper hemisphere of the visible angles of the proposed antenna for the first direction specified in the table.

В таблице приведены электрические размеры плеч электрических вибраторов и значения фаз возбуждения вибраторов, позволяющие сформировать коэффициент эллиптичности Ke>Ke0 для ряда заданных направлений (θ, φ).The table shows the electrical dimensions of the shoulders of electric vibrators and the values of the phases of excitation of the vibrators, allowing to form the ellipticity coefficient K e > K e0 for a number of given directions (θ, φ).

Антенна состоит из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с совмещенными центрами, электрические размеры которых соответственно равны lx, ly, и lz (фиг.1). Входы электрических вибраторов 1, 2 и 3 подключены через фазовращатели 4, 5 и 6 к выходам делителя мощности 7, который имеет один вход (фиг.2). Для заданных распределения тока и направления θ, φ электрические размеры плеч lx, ly, lz электрических вибраторов и фазовые сдвиги ψx, ψy, ψz должны удовлетворять системе неравенств (1)-(3) и могут выбираться в ходе решения задачи максимизации величины Ke при дополнительных ограничениях вида (2), (3) любым из известных методов.The antenna consists of three mutually perpendicular electric vibrators with aligned centers, the electrical dimensions of which are respectively equal to l x , l y , and l z (figure 1). The inputs of the electric vibrators 1, 2 and 3 are connected through phase shifters 4, 5 and 6 to the outputs of the power divider 7, which has one input (figure 2). For a given current distribution and direction θ, φ, the electrical dimensions of the arms l x , l y , l z of the electric vibrators and the phase shifts ψ x , ψ y , ψ z must satisfy the system of inequalities (1) - (3) and can be chosen in the course of solving the problem of maximizing the value of K e under additional restrictions of the form (2), (3) by any of the known methods.

Работа устройства организована следующим образом.The operation of the device is organized as follows.

Декартова система координат выбрана таким образом, чтобы электрический вибратор 1 был ориентирован вдоль оси ОХ, электрический вибратор 2 - вдоль оси OY, а электрический вибратор 3 - вдоль оси OZ (фиг.1). На вход делителя мощности 7 поступает модулированный высокочастотный сигнал с генератора. На выходах делителя мощности 7 образуются три идентичных по амплитуде и фазе сигнала. Каждый из сигналов сдвигается по фазе с помощью фазовращателей 4-6 на величину ψx, ψy, ψz соответственно. Сформированные сигналы возбуждают электрические вибраторы 1, 2 и 3. В заданном направлении θ, φ величина Ke>Ke0 может быть сформирована, если выполняются неравенства (1)-(3). Значения компонент векторной ДН Fθ(θ, φ) и Fφ(θ, φ) определяются суперпозицией векторных потенциалов Fx(θ, φ), Fy(θ, φ) и Fz(θ, φ). При этом выбор электрических размеров плеч вибраторов обуславливает амплитудные значения векторных потенциалов, а фазовых сдвигов, вносимых фазовращателями, - фазовые значения векторных потенциалов. Это означает, что вектор из данных шести параметров будет полностью определять величину коэффициента эллиптичности. При этом условия (2), (3) вытекают из физического смысла искомых параметров, а условие (1) является критерием выбора приемлемого решения.The Cartesian coordinate system is selected so that the electric vibrator 1 is oriented along the OX axis, the electric vibrator 2 is along the OY axis, and the electric vibrator 3 is along the OZ axis (Fig. 1). The input of the power divider 7 receives a modulated high-frequency signal from the generator. At the outputs of the power divider 7 are formed three identical in amplitude and phase of the signal. Each of the signals is phase shifted using phase shifters 4-6 by the amount ψ x , ψ y , ψ z, respectively. The generated signals excite electric vibrators 1, 2 and 3. In a given direction θ, φ, the quantity K e > K e0 can be formed if inequalities (1) - (3) are satisfied. The values of the components of the vector pattern F θ (θ, φ) and F φ (θ, φ) are determined by the superposition of the vector potentials F x (θ, φ), F y (θ, φ) and F z (θ, φ). In this case, the choice of the electrical dimensions of the arms of the vibrators determines the amplitude values of the vector potentials, and the phase shifts introduced by the phase shifters determine the phase values of the vector potentials. This means that the vector from these six parameters will completely determine the magnitude of the ellipticity coefficient. Moreover, conditions (2), (3) follow from the physical meaning of the desired parameters, and condition (1) is the criterion for choosing an acceptable solution.

В таблице приведены значения электрических размеров плеч lx, ly, lz электрических вибраторов 1, 2 и 3 и фазовые сдвиги ψx, ψy, ψz, позволяющие сформировать Ke>Ke0 для случая синусоидального распределения токов в заданных направлениях в верхней полуплоскости. В нижней полуплоскости векторная ДН антенны с Kee0 может быть сформирована при тех же lx, ly, lz, но θ и φ увеличатся на π.The table shows the values of the electrical dimensions of the shoulders l x , l y , l z of the electric vibrators 1, 2 and 3 and the phase shifts ψ x , ψ y , ψ z , allowing the formation of K e > K e0 for the case of a sinusoidal distribution of currents in given directions in upper half-plane. In the lower half-plane, the vector antenna bottom with K e > K e0 can be formed for the same l x , l y , l z , but θ and φ will increase by π.

ТаблицаTable № п/пNo. p / p Направления нуля ДН, ГрадусыZero Direction Nam, Degrees Электрические размеры излучателей, XElectrical dimensions of emitters, X Фазовые сдвиги, ГрадусыPhase Shifts, Degrees θθ φφ lx l x ly l y lz l z ψx ψ x ψy ψ y ψz ψ z 1one 3535 3535 0,8250.825 0,3130.313 0,3450.345 -4,133-4,133 69,09069,090 -77,662-77,662 22 4545 3535 0,7190.719 00 0,3280.328 15,54315,543 65,51765,517 -118,066-118,066 33 2525 3535 1,1041,104 0,3620.362 0,3370.337 -3,854-3.854 73,20873,208 -77,589-77,589 4four 3535 15fifteen 1,1411,141 0,3250.325 0,3270.327 0,7520.752 70,45270,452 -96,081-96.081 55 3535 115115 0,6830.683 0,1820.182 0,2650.265 -0,763-0.763 82,64182,641 -99,670-99,670

На фиг.3 изображено сечение зависимости коэффициента эллиптичности в пределах верхней полусферы видимых углов предложенной антенны для первого заданного в таблице направления.Figure 3 shows a cross section of the dependence of the coefficient of ellipticity within the upper hemisphere of the visible angles of the proposed antenna for the first direction specified in the table.

Таким образом, получаемый технический результат, достигаемый в результате введения в антенну, состоящую из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с электрическими размерами плеч lx, ly, lz и совмещенными центрами и делителя мощности, между выходами делителя мощности и входами электрических вибраторов фазовращателей, обеспечивающих сдвиг фаз сигналов одинаковой мощности, заключается в формировании в заданном направлении коэффициента эллиптичности, близкого к единице без снижения энергетики антенны.Thus, the obtained technical result achieved by introducing into the antenna, consisting of three mutually perpendicular electric vibrators with electric arm sizes l x , l y , l z and combined centers and a power divider, between the outputs of the power divider and the inputs of the electric vibrators of the phase shifters, providing phase shift signals of the same power, consists in the formation in a given direction of the ellipticity coefficient close to unity without reducing the antenna power.

Источники информацииInformation sources

1. Проблемы антенной техники / Под ред. Л.Д.Бахраха, Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1988. - с.277.1. Problems of antenna technology / Ed. L.D. Bahrakh, D.I. Voskresensky. - M .: Radio and communications, 1988 .-- p.277.

2. Авт. свид. 1376146 (СССР). Фазированная антенная решетка с круговой поляризацией поля / Э.П.Абракин, Л.Л.Базеян и А.И.Браженко // 1988, Бюл. изобр. №7.2. Auth. testimonial. 1376146 (USSR). Phased antenna array with circular polarization of the field / E.P. Abrakin, L.L. Bazeyan and A.I. Brazhenko // 1988, Bull. fig. Number 7.

3. Патент №2080713 (РФ). Антенна / Д.Д.Габриэльян, С.Е.Мищенко, В.В.Шацкий // 1997, Бюл. изобр. №15, 6 H 01 Q 21/24.3. Patent No. 2080713 (RF). Antenna / D.D. Gabrielyan, S.E. Mishchenko, V.V. Shatsky // 1997, Bull. fig. No. 15, 6 H 01 Q 21/24.

4. Гостюхин В.Л., Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ / Под ред. В.Л.Гостюхина. - М.: Радио и связь, 1983. - с.248.4. Gostyukhin V.L., Grineva K.I., Trusov V.N. Problems of designing active headlights using a computer / Ed. V.L. Gostyukhina. - M .: Radio and communications, 1983. - p. 248.

Claims (1)

Антенна, состоящая из трех взаимно перпендикулярных электрических вибраторов с электрическими размерами плеч lx, ly, lz и совмещенными центрами, делителя мощности, имеющего один вход и три выхода, отличающаяся тем, что между выходами делителя мощности и входами электрических вибраторов включены фазовращатели, причем для заданных распределения тока и направления θ, φ электрические размеры плеч lx, ly, lz, электрических вибраторов и фазы возбуждения вибраторов ψx, ψy, ψz, должны удовлетворять системе неравенств:An antenna consisting of three mutually perpendicular electric vibrators with electric arm sizes l x , l y , l z and combined centers, a power divider having one input and three outputs, characterized in that phase shifters are connected between the outputs of the power divider and the inputs of electric vibrators, and for a given current distribution and direction θ, φ, the electric dimensions of the arms l x , l y , l z , electric vibrators and the excitation phases of the vibrators ψ x , ψ y , ψ z , must satisfy the system of inequalities:
Figure 00000010
Figure 00000010
lx>0; ly>0; lz>0;l x >0; l y >0; l z >0; 0°≤ψx<360°; 0°≤ψy<360°; 0°≤ψz<360°,0 ° ≤ψ x <360 °; 0 ° ≤ψ y <360 °; 0 ° ≤ψ z <360 °, гдеWhere
Figure 00000011
Figure 00000012
Figure 00000011
Figure 00000012
Fθ(θ,φ)=(Fx(θ,φ)cosφ+Fy(θ,φ)sinφ)·cosθ-Fz(θ,φ)sinθ;F θ (θ, φ) = (F x (θ, φ) cosφ + F y (θ, φ) sinφ) cosθ-F z (θ, φ) sinθ; Fφ(θ,φ)=Fy(θ,φ)cosφ-Fx(θ,φ)sinφ;F φ (θ, φ) = F y (θ, φ) cosφ-F x (θ, φ) sinφ;
Figure 00000013
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000015
Jx(x), Jy(y), Jz(z) - распределения поверхностных токов вдоль электрических вибраторов;J x (x), J y (y), J z (z) - distribution of surface currents along electric vibrators; Ке0 - минимально допустимая величина коэффициента эллиптичности.To e0 - the minimum allowable value of the coefficient of ellipticity.
RU2004119645/09A 2004-06-28 2004-06-28 Antenna RU2268520C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004119645/09A RU2268520C1 (en) 2004-06-28 2004-06-28 Antenna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004119645/09A RU2268520C1 (en) 2004-06-28 2004-06-28 Antenna

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004119645A RU2004119645A (en) 2006-01-10
RU2268520C1 true RU2268520C1 (en) 2006-01-20

Family

ID=35871785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004119645/09A RU2268520C1 (en) 2004-06-28 2004-06-28 Antenna

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2268520C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2514143C1 (en) * 2012-11-19 2014-04-27 Общество с ограниченной ответственностью Конструкторское бюро аппаратуры связи "Марс" Antenna system
CN105703084A (en) * 2014-11-25 2016-06-22 中国移动通信集团设计院有限公司 Indoor distribution antenna
RU2649097C1 (en) * 2016-11-28 2018-03-29 Игорь Валерьевич Демичев Triorthogonal antenna
CN108306116A (en) * 2013-03-01 2018-07-20 霍尼韦尔国际公司 Axial ratio bandwidth is extended for extremely low height above sea level
RU2684433C2 (en) * 2017-02-09 2019-04-09 Общество с ограниченной ответственностью "РЭМО-Технологии" Antenna adapter - circular polarization dipole

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2514143C1 (en) * 2012-11-19 2014-04-27 Общество с ограниченной ответственностью Конструкторское бюро аппаратуры связи "Марс" Antenna system
CN108306116A (en) * 2013-03-01 2018-07-20 霍尼韦尔国际公司 Axial ratio bandwidth is extended for extremely low height above sea level
CN105703084A (en) * 2014-11-25 2016-06-22 中国移动通信集团设计院有限公司 Indoor distribution antenna
CN105703084B (en) * 2014-11-25 2018-05-11 中国移动通信集团设计院有限公司 A kind of room divided antenna
RU2649097C1 (en) * 2016-11-28 2018-03-29 Игорь Валерьевич Демичев Triorthogonal antenna
RU2684433C2 (en) * 2017-02-09 2019-04-09 Общество с ограниченной ответственностью "РЭМО-Технологии" Antenna adapter - circular polarization dipole

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004119645A (en) 2006-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8537063B2 (en) Antenna for reception of satellite radio signals emitted circularly, in a direction of rotation of the polarization
US6531984B1 (en) Dual-polarized antenna
US6452565B1 (en) Steerable-beam multiple-feed dielectric resonator antenna
CN107895846B (en) Circular polarization patch antenna with broadband
US6690331B2 (en) Beamforming quad meanderline loaded antenna
RU2380799C1 (en) Compact circularly polarised antenna with spread frequency band
CN104885301B (en) antenna for satellite navigation receiver
EP1264365A1 (en) Multi-segmented dielectric resonator antenna
CN105990670B (en) Circularly polarized antenna and communication equipment
US10992058B2 (en) Capacitively coupled patch antenna
CN112787098A (en) Two-dimensional circularly polarized wide-angle scanning phased array antenna
CN107026321A (en) A kind of broad beam plane circular polarized antenna
US8988303B1 (en) Extended performance SATCOM-ORIAN antenna
CN113745849A (en) Single-frequency circularly polarized positioning antenna and wearable equipment
US4905011A (en) Concentric ring antenna
CN110556625A (en) Circularly polarized PIFA antenna with high stable phase center and GPS positioning system
RU2268520C1 (en) Antenna
CN111525275A (en) Variable polarization luneberg lens antenna
Kim et al. Reconfigurable beam-steering antenna using double loops
CN103078182A (en) Broadband cavity-backed microwave and millimeter-wave circular polarization antenna
CN111029758B (en) BD B1 frequency band satellite navigation terminal antenna and working method thereof
CN105305050A (en) Circular cut-arc microstrip antenna
Shafai et al. Circularly polarized antennas
JPH07122930A (en) Circular polarized wave planar antenna
JP4682705B2 (en) Antenna device