RU2306644C1

RU2306644C1 - Combined broadband zigzag antenna

Info

Publication number: RU2306644C1
Application number: RU2006102088/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Милкин (RU); Владимир Иванович Милкин; Сергей Александрович Демиденко (RU); Сергей Александрович Демиденко
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-09-20

Abstract

FIELD: antenna engineering.

SUBSTANCE: incomplete-zigzag dipole has two identical open triangular loops with additional conductors connected to sides of the latter and is bent along vertical symmetry axis toward antenna directivity forming aperture angle in horizontal plane and three-dimensional structure. Additional conductors are made in the form of semi-arms obtained by setting apart components of complete flat zigzag dipole assembled of two similar rhombic open loops and are mounted between sides of triangular loops to form at least one complete separated zigzag dipole of higher-frequency band connected through junction conductors and two-wire collecting line to power supply points of incomplete zigzag dipole.

EFFECT: enhanced gain and extended operating frequency band.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике, в частности к широкополосным комбинированным антеннам метрового и дециметрового диапазонов длин волн, и предназначено для использования в качестве индивидуальных и коллективных приемных телевизионных антенн, а также в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной антенны либо элементом сложных антенных систем.The invention relates to antenna technology, in particular to combined broadband antennas of the meter and decimeter wavelength ranges, and is intended for use as individual and collective receiving television antennas, as well as in radio engineering systems for various purposes as an independent antenna or as an element of complex antenna systems.

Известна сложная зигзагообразная антенна (пат. РФ 2138103, опубл. 20.09.1998), содержащая первый и второй незамкнутые витки, расположенные в одной плоскости один над другим, повернутые друг к другу незамкнутыми концами и соединенные между собой через клеммы двухпроводной линии питания с расположенными дополнительной парой подобных или равных размерам первой пары других витков с питанием одной пары или последовательно к каждой паре витков.Known complex zigzag antenna (US Pat. RF 2138103, publ. 09/20/1998), containing the first and second open coils located in the same plane one above the other, turned to each other with open ends and interconnected via terminals of a two-wire power line with additional a pair of similar or equal to the sizes of the first pair of other turns with the power of one pair or sequentially to each pair of turns.

Известна многодиапазонная петлевая зигзагообразная антенна (пат. РФ 2170478, опубл. 10.07.2000), включающая в себя петлевой зигзагообразный излучатель и дополнительно еще один или несколько геометрически меньших петлевых зигзагообразных излучателей на более коротковолновые высокочастотные диапазоны электрически соединенных между собой последовательно или параллельно через линии связи и фазировки, или через частотно-селектирующие фильтры, и расположенных на расстоянии друг от друга.Known multi-band loop zigzag antenna (US Pat. RF 2170478, publ. 10.07.2000), including a loop zigzag emitter and additionally one or more geometrically smaller loop zigzag emitters to shorter high-frequency ranges electrically connected to each other in series or parallel via communication lines and phasing, or through frequency-selective filters, and located at a distance from each other.

Недостатками указанных выше известных антенн является сложность совмещения в пространстве нескольких полотен этих антенн, работающих в разных диапазонах длин волн, для обеспечения требуемой широкополосности рабочей полосы частот и громоздкость конструкции, а также недостаточно высокий коэффициент усиления антенны.The disadvantages of the above known antennas is the difficulty of combining in space several canvases of these antennas operating in different wavelength ranges to provide the required broadband of the working frequency band and the bulkiness of the design, as well as the insufficiently high antenna gain.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является двойная комбинированная треугольная антенна (Онищенко И.П. Приемные телевизионные антенны. - М.: ДОСААФ, 1989, с.85-88), содержащая неполный зигзагообразный вибратор, состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок, расположенных в одной плоскости и соединенных между собой с образованием точек питания, дополнительно приваренные проводники к боковым сторонам треугольных рамок.Closest to the technical nature of the claimed invention is a dual combined triangular antenna (Onishchenko IP Receiving television antennas. - M .: DOSAAF, 1989, p. 85-88), containing an incomplete zigzag vibrator, consisting of two identical open triangular frames located in the same plane and interconnected to form supply points, additionally welded conductors to the sides of the triangular frames.

Недостатками прототипа являются более узкая рабочая полоса частот и невысокий коэффициент усиления в высокочастотной области рабочего диапазона радиоволн.The disadvantages of the prototype are a narrower working frequency band and a low gain in the high-frequency region of the working range of radio waves.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в увеличении коэффициента усиления и расширении рабочей полосы частот.The technical result, to which the claimed invention is directed, consists in increasing the gain and expanding the working frequency band.

Для достижения указанного технического результата в широкополосной комбинированной зигзагообразной антенне, содержащей неполный зигзагообразный вибратор с вертикальной осью симметрии, состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок, соединенных друг с другом с образованием точек питания, дополнительные проводники, присоединенные к боковым сторонам треугольных рамок, причем треугольные рамки и дополнительные проводники расположены симметрично относительно точек питания, неполный зигзагообразный вибратор выполнен с перегибом вдоль его вертикальной оси симметрии в сторону направленности антенны с образованием трехмерной конструкции и угла раскрыва α, расположенного в горизонтальной плоскости и лежащего в пределах от 90 до 140°, а дополнительные проводники представляют собой полуплечи, полученные путем раздвигания полного плоского зигзагообразного вибратора, состоящего из двух одинаковых ромбических незамкнутых рамок, и расположенные симметрично относительно точек питания неполного зигзагообразного вибратора.To achieve the technical result, in a broadband combined zigzag antenna containing an incomplete zigzag vibrator with a vertical axis of symmetry, consisting of two identical open triangular frames connected to each other to form supply points, additional conductors attached to the sides of the triangular frames, and triangular frames and additional conductors are located symmetrically relative to the power points, an incomplete zigzag vibrator is made with ne by bending along its vertical axis of symmetry in the directional direction of the antenna with the formation of a three-dimensional structure and an aperture angle α located in the horizontal plane and lying in the range from 90 to 140 °, and the additional conductors are half shoulders obtained by pushing the full flat zigzag vibrator, consisting of two identical rhombic open frames, and located symmetrically relative to the power points of an incomplete zigzag vibrator.

Отличительными признаками предлагаемой широкополосной комбинированной зигзагообразной антенны от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, являются выполнение неполного зигзагообразного вибратора с перегибом вдоль его вертикальной оси симметрии в сторону направленности антенны с образованием трехмерной конструкции и угла раскрыва α, расположенного в горизонтальной плоскости и лежащего в пределах от 90 до 140°, а дополнительные проводники представляют собой полуплечи, полученные путем раздвигания полного плоского зигзагообразного вибратора, состоящего из двух одинаковых ромбических незамкнутых рамок, и расположенные симметрично относительно точек питания неполного зигзагообразного вибратора.The distinctive features of the proposed broadband combined zigzag antenna from the above known, closest to it, are the implementation of an incomplete zigzag vibrator with an inflection along its vertical axis of symmetry in the directional direction of the antenna with the formation of a three-dimensional structure and an aperture angle α located in the horizontal plane and lying within from 90 to 140 °, and additional conductors are half-arms, obtained by spreading a full flat zigzag a common vibrator consisting of two identical rhombic open frames, and located symmetrically relative to the power points of an incomplete zigzag vibrator.

Благодаря наличию этих признаков удалось добиться увеличения коэффициента усиления в предлагаемой антенне и увеличения ширины полосы рабочих частот.Due to the presence of these signs, it was possible to increase the gain in the proposed antenna and increase the bandwidth of the operating frequencies.

Предлагаемая широкополосная комбинированная зигзагообразная антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.The proposed broadband combined zigzag antenna is illustrated by the drawings shown in figures 1-3.

На фиг.1 показан общий вид антенны, на фиг.2 - вид спереди, слева и сверху, на фиг.3 - диаграмма направленности предлагаемой антенны в сравнении с прототипом.Figure 1 shows a General view of the antenna, figure 2 is a front view, left and top, figure 3 is a radiation pattern of the proposed antenna in comparison with the prototype.

Широкополосная комбинированная зигзагообразная антенна содержит неполный зигзагообразный вибратор, состоящий из двух одинаковых незамкнутых треугольных рамок 1 и 2 (фиг.1), соединенных друг с другом с образованием точек питания 3 (фиг.2). Этот вибратор выполнен с перегибом вдоль его вертикальной оси симметрии 4 в сторону направленности антенны с образованием трехмерной конструкции и образованием угла раскрыва в горизонтальной плоскости, причем α лежит в пределах от 90 до 140°. Между боковыми сторонами 5 треугольных рамок 1, 2 встроены (приварены) дополнительные проводники, которые представляют собой полуплечи 6, 7, образованные путем раздвигания полного плоского зигзагообразного вибратора, состоящего из двух одинаковых незамкнутых ромбических рамок. Причем линейные размеры образованных боковых сторон 8 полуплеч 6, 7 меньше линейных размеров боковых сторон 5 треугольных рамок 1, 2. При этом точки питания 9 (фиг.2) образованного полного раздвинутого зигзагообразного вибратора подключены соединительными проводниками 10 к собирательной двухпроводной линии 11 (фиг.2), которая исходит из точек питания 3 неполного зигзагообразного вибратора.The broadband combined zigzag antenna contains an incomplete zigzag vibrator consisting of two identical open triangular frames 1 and 2 (Fig. 1) connected to each other to form supply points 3 (Fig. 2). This vibrator is made with an inflection along its vertical axis of symmetry 4 in the directional direction of the antenna with the formation of a three-dimensional structure and the formation of an aperture angle in the horizontal plane, with α lying in the range from 90 to 140 °. Between the lateral sides 5 of the triangular frames 1, 2, additional conductors are embedded (welded), which are half-arms 6, 7, formed by pushing the full flat zigzag vibrator, consisting of two identical open rhombic frames. Moreover, the linear dimensions of the formed lateral sides 8 of the half-arms 6, 7 are smaller than the linear dimensions of the lateral sides 5 of the triangular frames 1, 2. In this case, the supply points 9 (FIG. 2) of the formed full extended zigzag vibrator are connected by connecting conductors 10 to the collective two-wire line 11 (FIG. 2), which comes from the power points 3 of an incomplete zigzag vibrator.

Широкополосная комбинированная зигзагообразная антенна работает следующим образом. При приеме сигналов низкочастотного диапазона рабочей полосы частот боковые стороны 5 треугольных рамок 1, 2 являются разнесенными относительно друг друга и сфазированными и образуют синфазную пространственную решетку, которая формирует двухстороннюю диаграмму направленности, подобную плоской синфазной решетке. Дополнительные проводники, выполненные в виде полуплеч 6, 7 полного раздвинутого зигзагообразного вибратора и встроенные между боковыми сторонами 5 треугольных рамок 1, 2, также являются разнесенными относительно друг друга и сфазированными, и образуют плоскую синфазную решетку с боковыми сторонами 8 полуплеч 6, 7. Кроме того, выполнение линейных размеров боковых сторон 8 полуплеч 6, 7 меньше линейных размеров боковых сторон 5 треугольных рамок 1, 2 обеспечивает их работу в более высокочастотном диапазоне рабочей полосы частот. Полная раздвинутая зигзагообразная антенна при работе в высокочастотном диапазоне рабочей полосы частот обеспечивает больший коэффициент усиления относительно неполного зигзагообразного вибратора, работающего в низкочастотном диапазоне рабочей полосы частот. Кроме этого, улучшение направленных свойств и повышение коэффициента усиления антенны в высокочастотном диапазоне рабочей полосы частот обеспечивают элементы пространственного низкочастотного неполного зигзагообразного вибратора, состоящего из двух треугольных рамок, расположенных позади полуплеч 6, 7 полного высокочастотного зигзагообразного раздвинутого вибратора и работающих как рефлектор. В свою очередь, встроенные между боковыми сторонами 5 треугольных рамок 1, 2 полуплечи 6, 7 высокочастотного зигзагообразного вибратора кроме увеличения емкости, обеспечивающей расширение полосы рабочих частот за счет расширения низкочастотного диапазона, увеличивают конструктивную прочность антенны и ее эксплутационные характеристики, делают реализацию комбинированной антенны более компактной.Broadband combined zigzag antenna works as follows. When receiving signals of the low-frequency range of the working frequency band, the sides 5 of the triangular frames 1, 2 are spaced apart and phased and form a common-mode spatial array, which forms a two-sided radiation pattern similar to a flat common-mode array. Additional conductors made in the form of half-arms 6, 7 of a fully extended zigzag vibrator and built-in between the sides 5 of the triangular frames 1, 2 are also spaced apart and phased, and form a flat in-phase grating with the sides 8 of the half-arms 6, 7. In addition to Moreover, the linear dimensions of the lateral sides 8 of the half-arms 6, 7 are smaller than the linear dimensions of the lateral sides 5 of the triangular frames 1, 2, ensure their operation in a higher frequency range of the working frequency band. A fully extended zigzag antenna when operating in the high-frequency range of the working frequency band provides a higher gain relative to an incomplete zigzag vibrator operating in the low-frequency range of the working frequency band. In addition, improving the directional properties and increasing the antenna gain in the high-frequency range of the working frequency band provide elements of the spatial low-frequency incomplete zigzag vibrator, consisting of two triangular frames located behind half-arms 6, 7 of the full high-frequency zigzag extended vibrator and working as a reflector. In turn, 5 triangular frames 1, 2 half-arms 6, 7 of the high-frequency zigzag vibrator built in between the side sides of the high-frequency zigzag vibrator, in addition to increasing the capacitance, which ensures the expansion of the operating frequency band by expanding the low-frequency range, increase the antenna structural strength and its operational characteristics, making the implementation of the combined antenna compact.

На фиг.3 представлена диаграмма направленности предлагаемой антенны, имеющей угол раскрыва в горизонтальной плоскости α, равный 120°, в сравнении с прототипом. Из приведенных данных (фиг.3) следует, что удалось добиться увеличения коэффициента усиления в предлагаемой антенне по сравнению с антенной-прототипом на 2 дБ, а также значительного снижения коэффициента стоячей волны (КСВ) в высокочастотной области, а именно: КСВ уменьшился примерно в 2,2 раза, что способствует лучшему согласованию с 75-омным фидером. Кроме того, это согласование в прототипе достигается только в метровом диапазоне. Также увеличилась ширина полосы рабочих частот, коэффициент широкополосности составляет от 1,5 до 2,0.Figure 3 presents the radiation pattern of the proposed antenna having an aperture angle in the horizontal plane α equal to 120 °, in comparison with the prototype. From the above data (figure 3), it was possible to achieve an increase in the gain in the proposed antenna compared to the prototype antenna by 2 dB, as well as a significant decrease in the standing wave coefficient (SWR) in the high-frequency region, namely, the SWR decreased by approximately 2.2 times, which contributes to better alignment with a 75-ohm feeder. In addition, this coordination in the prototype is achieved only in the meter range. The bandwidth of the working frequencies has also increased, the broadband coefficient is from 1.5 to 2.0.

Таким образом, использование предлагаемой антенны позволяет достичь технического результата - увеличение коэффициента усиления и расширение рабочей полосы частот.Thus, the use of the proposed antenna allows to achieve a technical result - an increase in gain and expansion of the working frequency band.

Claims

A broadband combined zigzag antenna containing an incomplete zigzag vibrator with a vertical axis of symmetry, consisting of two identical open triangular frames connected to each other with the formation of power points, additional conductors attached to the sides of the triangular frames, and the triangular frames and additional conductors are located symmetrically relative to power points, characterized in that the incomplete zigzag vibrator is made with an inflection along its vertical the axis of symmetry in the directional direction of the antenna with the formation of three-dimensional structures and an aperture angle α located in the horizontal plane and lying in the range from 90 to 140 °, and the additional conductors are half arms, obtained by pushing a full flat zigzag vibrator consisting of two identical rhombic open frames, and located symmetrically relative to the power points of an incomplete zigzag vibrator.