RU2346364C1

RU2346364C1 - Circular antenna

Info

Publication number: RU2346364C1
Application number: RU2007128762/09A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Антропов (RU); Дмитрий Алексеевич Антропов; Олег Юрьевич Перфилов (RU); Олег Юрьевич Перфилов; Валерий Евгеньевич Фидельман (RU); Валерий Евгеньевич Фидельман
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-02-10

Abstract

FIELD: physics; radio.

SUBSTANCE: circular antenna is designed for use in antenna-feeder systems to provide for robust radio communication with distant stations in any azimuthal direction. Dipole antennas of log-periodic dipole arrays located in planes of conditional multi-sided truncated pyramide with even number of sides (8 or more), according to radio facilities electromagnetic compatibility conditions, are used as driven elements added to circular antenna system of director-type (Yagi-Uda) antennas. Passive elements: reflector element and directors are located in horizontal plane, which passes through driven element; reflector element remains inside the conditional pyramide, while directors are outside. Number of directors in director-type (Yagi-Uda) antennas is determined by required horizontal-plane directivity in specified azimuth direction.

EFFECT: enhanced electromagnetic compatibility of various radio facilities within the antenna frequency range due to adaptive direction pattern formation, as well as significantly reduced effect of interference sources on relevant data acquisition.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к антеннам метрового и дециметрового диапазонов частот и используется для обеспечения радио- и радиорелейных линий связи стационарных и подвижных (наземных и воздушных) объектов, в условиях воздействия стационарных источников непреднамеренных радиопомех.The invention relates to antennas meter and decimeter frequency ranges and is used to provide radio and radio relay communication lines of stationary and mobile (ground and air) objects, under the influence of stationary sources of unintentional radio interference.

Известны кольцевые антенны, предназначенные для формирования равномерной диаграммы направленности в азимутальной плоскости, провалы в диаграммах направленности которых не превышают 3 дБ [1, 2, 3]. Указанные аналоги отличаются работой в узком диапазоне частот, то есть на резонансной частоте и вблизи ее окрестностей.Known ring antennas designed to form a uniform radiation pattern in the azimuthal plane, the dips in the radiation patterns of which do not exceed 3 dB [1, 2, 3]. These analogs differ in their operation in a narrow frequency range, that is, at the resonant frequency and in the vicinity of its surroundings.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранная в качестве прототипа сверхширокополосная по частоте и диаграмме направленности кольцевая антенна [4], содержащая фидер питания, делитель мощности на число логопериодических вибраторных антенн, диапазон частот которого равен диапазону частот работы антенны, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя, подключаемые дополнительными кабелями питания к входам каждого из симметричных вибраторов, расположенных по сторонам кольцевого многоугольника, к которым в точках их питания присоединяется собирательная линия с симметричными вибраторами логопериодической вибраторной антенны, расположенная в плоскости боковой поверхности условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней, причем нижнее многоугольное основание этой пирамиды совпадает с кольцевым многоугольником, а верхнее основание пирамиды, имеющее форму кольцевого многоугольника, имеет сторону, незначительно превышающую длину самого короткого из симметричных вибраторов логопериодической вибраторной антенны.The closest in technical essence to the claimed device is a ring antenna [4], selected as a prototype, in ultra-wide frequency and directional patterns, containing a power feeder, a power divider by the number of log-periodic vibrator antennas, the frequency range of which is equal to the antenna frequency range connected to the power feeder , common-mode outputs of the divider, connected by additional power cables to the inputs of each of the symmetrical vibrators located on the sides of the ring polygon flax, to which at the points of their supply a collective line with symmetrical vibrators of a log-periodic vibrator antenna is attached, located in the plane of the side surface of the conditional polyhedral truncated pyramid with an even number of faces, the lower polygonal base of this pyramid coinciding with the ring polygon, and the upper base of the pyramid having the shape annular polygon, has a side slightly exceeding the length of the shortest of the symmetrical vibrators log-periodic vibration torus antenna.

Недостатком известного устройства является следующее: сверхширокополосная по частоте и диаграммам направленности, обеспечивающая всенаправленность в азимутальной плоскости, кольцевая антенна может принимать с различных азимутальных направлений как радиоизлучения полезных радиостанций, так и радиосредств, создающих помехи этому радиоприему, и стационарно расположенных по известным азимутам.A disadvantage of the known device is the following: an ultra-wideband frequency and directional pattern that ensures omnidirectionality in the azimuthal plane, the ring antenna can receive from various azimuthal directions both radio emissions from useful radio stations and radio means that interfere with this radio reception and are stationary located at known azimuths.

Решение задачи повышения отношения «сигнал-помеха» в полезных радиолиниях, то есть, повышение энергетических потенциалов радиолиний, требует искажения круговой диаграммы направленности в сторону получения отдельных максимумов в ней в направлении полезных радиолиний.The solution to the problem of increasing the signal-to-noise ratio in useful radio lines, that is, increasing the energy potentials of radio lines, requires distortion of the circular radiation pattern in the direction of obtaining individual maxima in it in the direction of useful radio lines.

Для устранения отмеченного недостатка в известной кольцевой антенне симметричные вибраторы логопериодических вибраторных антенн, расположенных в плоскостях условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней (от 8 и более), по условиям электромагнитной совместимости радиосредств используются в качестве активных вибраторов, дополнительно вводимых в кольцевую систему антенн типа волновой канал («Уда-Яги»), причем пассивные вибраторы - рефлектор и директоры находятся в горизонтальной плоскости, проходящей через активный вибратор, при этом рефлектор остается внутри условной пирамиды, а директоры вне этой условной пирамиды.To eliminate the noted drawback in the known ring antenna, symmetrical vibrators of log-periodic vibrator antennas located in the planes of a conditional multifaceted truncated pyramid with an even number of faces (from 8 or more), according to the conditions of electromagnetic compatibility of radio means, are used as active vibrators, additionally introduced into the ring system of antennas of the type wave channel ("Uda-Yagi"), and passive vibrators - reflector and directors are in the horizontal plane passing through the asset the first vibrator, the reflector remains inside conditional pyramid, and directors is this conditional pyramid.

Кроме того, количество директоров в антеннах типа волновой канал («Уда-Яги») определяется требуемой направленностью диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в азимутальном направлении на полезную радиостанцию и снижением энергетического потенциала радиолинии, мешающей приему на основной радиочастоте, либо на ее гармониках.In addition, the number of directors in wave-channel type antennas (“Uda-Yagi”) is determined by the required directivity of the radiation pattern in the horizontal plane in the azimuthal direction to the useful radio station and the decrease in the energy potential of the radio line, which interferes with reception at the main radio frequency or at its harmonics.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: антенн типа волновой канал («Уда-Яги»), состоящих из директоров, расположенных вне условной усеченной пирамиды, и рефлекторов, находящихся внутри условной усеченной пирамиды, в которых активными вибраторами служат вибраторы логопериодических вибраторных антенн (ЛПВА), входящих в кольцевую антенну, при числе граней от 8 и более.Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is characterized by the presence of new units: wave channel antennas ("Uda-Yagi"), consisting of directors located outside the conditional truncated pyramid, and reflectors inside the conditional truncated pyramid, in which the active vibrators are vibrators of log-periodic vibrating antennas (LHLA) included in the ring antenna, with the number of faces from 8 or more.

При этом количество элементов антенн типа волновой канал определяется исходя из требуемой энергетики радиолинии на корреспондента.The number of antenna elements of the wave channel type is determined based on the required energy of the radio link to the correspondent.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что антенны типа волновой канал, как и логопериодические антенны, известны.Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty." Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that antennas of the wave channel type, as well as log-periodic antennas, are known.

Однако их применение в указанной связи с остальными элементами кольцевой антенны для решения задачи обеспечения электромагнитной совместимости различных работающих радиосредств путем повышения помехоустойчивости работающих корреспондентов на средствах радио- и радиорелейной связи повышением потенциала нужных радиолиний за счет сознательного искажения диаграмм направленности под нужными азимутами позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».However, their use in this connection with the other elements of the ring antenna to solve the problem of ensuring the electromagnetic compatibility of various working radio means by increasing the noise immunity of working correspondents on radio and radio relay means by increasing the potential of the desired radio lines due to conscious distortion of the radiation patterns under the necessary azimuths allows us to conclude that technical solutions to the criterion of "significant differences".

На фиг.1 изображен общий вид кольцевой антенны, а на фиг.2 приведена диаграмма направленности заявляемого устройства в азимутальной плоскости.Figure 1 shows a General view of a ring antenna, and figure 2 shows the radiation pattern of the claimed device in the azimuthal plane.

Кольцевая антенна (фиг.1) содержит фидер питания 1, делитель мощности на восемь 2, выполняемый из двух делителей на четыре и одного делителя на два, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя на восемь, подключаемые дополнительными кабелями питания 3 к входам каждого из симметричных вибраторов 4, которые в заявляемой антенне служат также входами собирательных линий ЛПВА, а сами симметричные вибраторы 4 с наименьшими по длине вибраторами ЛПВА 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 of eight 2, made of two dividers of four and one divider of two, connected to the power feeder, common-mode outputs of the divider of eight, connected by additional power cables 3 to the inputs of each of symmetric vibrators 4, which in the inventive antenna also serve as inputs of the LPVA collective lines, and the symmetric vibrators 4 with the smallest length of the LPVA vibrators 5, together with the rest of the introduced vibrators 6, form active zones of vibration excitation orov and, accordingly, elements of the ring current 7 in the emitter 8.

При этом вибраторы ЛПВА 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, the LPVA vibrators 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.

Вибратор ЛПВА 10 используется одновременно в качестве активного вибратора антенны типа волновой канал («Уда-Яги»), включающей в себя также директор 12 и рефлектор 13.The LPVA vibrator 10 is used simultaneously as an active vibrator of the wave-channel type antenna (“Uda-Yagi”), which also includes director 12 and reflector 13.

Антенна работает следующим образом.The antenna works as follows.

При подведении высокочастотной энергии от передатчика с помощью фидера питания 1 и составного делителя мощности на восемь 2 подводимая мощность делится равномерно и синфазно между его выходами.When applying high-frequency energy from the transmitter using a power feeder 1 and a composite power divider by eight 2, the input power is divided evenly and in phase between its outputs.

Дополнительными кабелями питания 3 поделенная на восемь мощность подводится к входам восьми образованных ЛПВА и возбуждает их. По мере изменения частоты от нижних частот к верхним частотам рабочего диапазона синфазно в каждой ЛПВА 5 происходит последовательное возбуждение активных зон.Additional power cables 3 divided by eight power is supplied to the inputs of eight formed LPVA and excites them. As the frequency changes from lower frequencies to higher frequencies of the operating range, in series in each LPVA 5, successive excitation of active zones occurs.

Возбуждение вибраторов приводит к последовательному возбуждению элементов кольцевого тока по законам ЛПВА, в результате чего антенны кольцевого тока становятся уже не узконаправленными, а широкополосными по диаграммам направленности и по входному сопротивлению (по КБВ).Excitation of vibrators leads to sequential excitation of the elements of the ring current according to the laws of LPVA, as a result of which the antennas of the ring current are no longer narrowly oriented, but broadband in the directional diagrams and in the input impedance (in the KBV).

Вместе с тем, преимущества этой антенны в ряде случаев являются ее недостатками. Так, например, когда мешающий сигнал стороннего радиосредства (помехи) работает на той же частоте (либо на совпадающей гармонике), что и полезный, но с другого азимутального направления, и существенно понижает соотношение «сигнал - помеха» на приеме полезного сигнала.However, the advantages of this antenna in some cases are its disadvantages. So, for example, when an interfering signal of a third-party radio facility (interference) operates at the same frequency (or at the same harmonic) as a useful one, but from a different azimuthal direction, and significantly reduces the signal-to-noise ratio when receiving a useful signal.

Поэтому круговую диаграмму направленности исходя из задачи обеспечения электромагнитной совместимости следует исказить и получить максимум диаграммы направленности в азимутальном направлении на требуемого корреспондента.Therefore, the circular radiation pattern based on the task of ensuring electromagnetic compatibility should be distorted and get the maximum radiation pattern in the azimuthal direction to the desired correspondent.

Для этого нужный вибратор ЛПВА 10, работающий в заданной частотной активной зоне ЛПА, используется в качестве активного вибратора 10 антенны типа волновой канал 11, с директором 12 и рефлектором 13, направленной в сторону нужного корреспондента (φ=φ_А). За счет появляющегося максимума диаграммы направленности увеличивается энергетический потенциал полезной радиолинии, повышается соотношение «сигнал-помеха» на приеме.To do this, the desired LPVA vibrator 10, operating in the given frequency active zone of the LPA, is used as the active vibrator 10 of the antenna of the wave channel 11 type, with director 12 and reflector 13 directed towards the desired correspondent (φ = φ _A ). Due to the emerging maximum of the radiation pattern, the energy potential of the useful radio line increases, and the signal-to-noise ratio at the reception increases.

Экспериментальные исследования модели антенны подтвердили заявленную возможность обеспечения ЭМС различных радиосредств в диапазоне антенны.Experimental studies of the antenna model confirmed the claimed possibility of providing EMC of various radio facilities in the antenna range.

Источники информацииInformation sources

1. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенны. М.: Советское радио, 1961, с.219, 313, рис.Х.15, Х.16.1. Drabkin A.L., Zuzenko V.L. Antennas M .: Soviet Radio, 1961, p. 219, 313, Fig. X.15, X.16.

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

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

4. Патент РФ №2191451 «Кольцевая антенна». Описание изобретения к патенту РФ.4. RF patent No. 2191451 "Ring antenna". Description of the invention to the patent of the Russian Federation.

Claims

1. A ring antenna containing a power feeder, a power divider by the number of log-periodic vibrator antennas, the frequency range of which is equal to the frequency range of the antenna, connected to the power feeder, common-mode outputs of the divider connected by additional power cables to the inputs of each of the symmetrical vibrators of the log-periodic vibrator antenna located on the sides of the annular polygon, to which at the points of their supply, a collective line with symmetrical vibrators of log-periodic vibrats is connected a circular antenna located in the plane of the lateral surface of a conditional multifaceted truncated pyramid with an even number of faces, the lower polygonal base of this pyramid coinciding with the circular polygon, and the upper base of the pyramid having the shape of a circular polygon has a side exceeding the length of the shortest of the symmetrical vibrators of log-periodic vibratory vibrator antennas, characterized in that the symmetrical vibrators of the log-periodic vibrator antennas located in the planes are conditionally many an early truncated pyramid with an even number of faces (from 8 or more), according to the conditions of electromagnetic compatibility of radio facilities, they are used as active vibrators, additionally introduced into the ring system of an antenna of the wave-channel type (“Uda-Yagi”) with passive vibrators including a reflector and directors which are in the horizontal plane passing through the active vibrator, while the reflector remains inside the conditional pyramid, and the directors remain outside this pyramid.

2. The ring antenna according to claim 1, characterized in that the number of directors in the ring system of antennas of the wave channel type ("Uda-Yagi") is determined by the required directivity in the horizontal plane in a given azimuthal direction.