RU2387060C1

RU2387060C1 - Log-periodic antenna

Info

Publication number: RU2387060C1
Application number: RU2009100184/09A
Authority: RU
Inventors: Герман Васильевич Коробейников (RU); Герман Васильевич Коробейников; Данил Данилович Кохнюк (RU); Данил Данилович Кохнюк; Роман Сергеевич Мелехин (RU); Роман Сергеевич Мелехин
Original assignee: ОАО "Центральное конструкторское бюро автоматики"
Priority date: 2009-01-11
Filing date: 2009-01-11
Publication date: 2010-04-20

Abstract

FIELD: radio engineering. ^ SUBSTANCE: antenna includes flat log-periodic construction which is fixed on support dielectric housing, matching balance-to-unbalance transformer and metal reflector. Between log-periodic structure and metal reflector of the antenna base there arranged is absorbing device made in the form of a set of radar absorbent discs of decreasing diametre, which are separated one from the other with thin metal gaskets, located concentrically between metal reflector and log-periodic structure at various distance from it. ^ EFFECT: obtaining small amplification factor, which allows using antenna for measurement of amplification coefficient of near-omnidirectional antennae. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться при конструировании сверхширокополосных антенн, работающих в непрерывном диапазоне ультравысоких (УВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) частот.The invention relates to antenna technology and can be used in the design of ultra-wideband antennas operating in the continuous range of ultra-high (UHF) and ultra-high (microwave) frequencies.

При проведении антенных измерений в диапазонах УВЧ и СВЧ в качестве эталонов с известным коэффициентом усиления в основном используются рупорные антенны П6-48, П6-49, П6-59, П6-38, П6-39, П6-40/1÷П6-40/7, П6-23А. Все они имеют большой коэффициент усиления и не могут быть использованы для измерения коэффициента усиления слабонаправленных антенн, например вибраторных, рамочных и спиральных, имеющих коэффициент усиления в десятки и сотни раз меньше, чем у упомянутых рупорных антенн. Кроме того, диапазон рабочих частот рупорных антенн недостаточно широк. Максимальный коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот, равный 17,44, имеет антенна П6-59 (Рекламный проспект ФГУП «СКБ РИАП», г. Нижний Новгород, стр.26).When conducting antenna measurements in the UHF and microwave ranges, horn antennas P6-48, P6-49, P6-59, P6-38, P6-39, P6-40 / 1 ÷ P6-40 are mainly used as standards with a known gain / 7, P6-23A. All of them have a large gain and cannot be used to measure the gain of weakly directional antennas, such as vibratory, frame and spiral, having a gain of tens and hundreds of times less than the mentioned horn antennas. In addition, the operating frequency range of the horn antennas is not wide enough. The maximum coefficient of overlap of the working frequency range, equal to 17.44, has the antenna P6-59 (Advertising prospectus of FSUE “SKB RIAP”, Nizhny Novgorod, p. 26).

В качестве антенны, пригодной для измерения коэффициента усиления слабонаправленных антенн, можно рассмотреть широкополосную логопериодическую антенну (Сверхширокополосные антенны, под редакцией Л.С.Бененсона, издательство «Мир», Москва, 1964 г., стр.239).As an antenna suitable for measuring the gain of weakly directional antennas, one can consider a broadband log-periodic antenna (Ultra-wideband antennas, edited by L. Benenson, Mir Publishing House, Moscow, 1964, p. 239).

Антенна выполнена в виде плоской логопериодической структуры, установленной над отражающим экраном. Структура возбуждается в центре согласующим симметрирующим трансформатором. К недостаткам антенны, препятствующим использованию ее для измерения коэффициента усиления слабонаправленных антенн, можно отнести большой коэффициент усиления, примерно 6,3, и малый коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот, равный 4,5. Как указывают авторы статьи, коэффициент перекрытия рабочего диапазона ограничивается влиянием металлического отражателя и может быть увеличен при изменении вида отражающей поверхности: ступенчатая или плоская с диэлектрическим заполнением между ней и излучателем. При этом коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот может достигать 10÷15.The antenna is made in the form of a flat log-periodic structure mounted above a reflective screen. The structure is excited in the center by a matching balancing transformer. The disadvantages of the antenna that prevent its use for measuring the gain of weakly directional antennas include a large gain, about 6.3, and a small coefficient of overlap of the working frequency range, equal to 4.5. As the authors of the article indicate, the overlap coefficient of the working range is limited by the influence of the metal reflector and can be increased by changing the type of the reflecting surface: stepped or flat with a dielectric filling between it and the emitter. In this case, the overlap coefficient of the working frequency range can reach 10 ÷ 15.

Для увеличения коэффициента перекрытия рабочего диапазона частот и одновременного снижения коэффициента усиления указанной антенны может быть использовано поглощающее устройство, помещенное между излучателем и отражающим экраном.To increase the overlap coefficient of the working frequency range and at the same time reduce the gain of the specified antenna, an absorption device placed between the emitter and the reflective screen can be used.

Примером такого поглощающего устройства может служить цилиндрическое устройство для поглощения излучения, расположенное в отражающей полости и имеющее определенную в радиальном направлении характеристику поглощения излучения (патент США №4085406). Однако практическая реализация такого поглощающего устройства представляется довольно сложной.An example of such an absorbing device is a cylindrical device for absorbing radiation located in a reflective cavity and having a radially defined radiation absorption characteristic (US Pat. No. 4,085,406). However, the practical implementation of such an absorbing device seems rather complicated.

Целью изобретения является получение сверхширокополосной логопериодической антенны с малым коэффициентом усиления, например 0,3÷3,5, пригодной для измерения коэффициента усиления слабонаправленных антенн.The aim of the invention is to obtain an ultra-wide log-periodic antenna with a low gain, for example 0.3 ÷ 3.5, suitable for measuring the gain of weakly directional antennas.

Указанная цель достигается за счет того, что в конструкции сверхширокополосной логопериодической антенны используется поглощающее устройство, выполненное в виде набора плоских радиопоглощающих дисков уменьшающегося диаметра, отделенных один от другого тонкими металлическими прокладками и расположенных концентрически между металлическим рефлектором и логопериодической структурой на различном расстоянии от нее.This goal is achieved due to the fact that the design of an ultra-wideband log-periodic antenna uses an absorbing device made in the form of a set of flat radar absorbing disks of decreasing diameter, separated from each other by thin metal spacers and located concentrically between the metal reflector and the log-periodic structure at different distances from it.

На чертеже изображена конструкция антенны, где 1 - диэлектрический корпус, 2 - логопериодическая структура, 3 - металлические прокладки, 4 - радиопоглощающие диски, 5 - металлический рефлектор, 6 - согласующий симметрирующий трансформатор.The drawing shows the antenna design, where 1 is a dielectric casing, 2 is a log-periodic structure, 3 is metal gaskets, 4 is radio-absorbing discs, 5 is a metal reflector, 6 is a matching balancing transformer.

Для проверки радиотехнических характеристик был изготовлен и экспериментально проверен макет указанной антенны со следующими размерами относительно λ_ниж - длины волны, соответствующей нижней частоте рабочего диапазона: диаметр антенны - 0,6λ_ниж, высота - 0,24λ_ниж.To verify the radio technical characteristics, a model of the specified antenna was made and experimentally tested with the following dimensions with respect to λ _bottom — the wavelength corresponding to the lower frequency of the operating range: antenna diameter - 0.6λ _bottom , height - 0.24λ _bottom .

Антенна представляет собой плоскую логопериодическую самодополнительную структуру с зубцевидными выступами, изогнутыми по дугам окружностей.The antenna is a flat log-periodic self-complementary structure with serrated protrusions curved along arcs of circles.

Структура закреплена на опорном диэлектрическом корпусе и возбуждается в центре согласующим симметрирующим трансформатором. Между логопериодической структурой и металлическим рефлектором основания антенны помещено поглощающее устройство, выполненное в виде набора радиопоглощающих дисков уменьшающегося диаметра, отделенными один от другого тонкими металлическими прокладками, расположенными концентрически между металлическим рефлектором и логопериодической структурой на различном расстоянии от нее.The structure is mounted on a supporting dielectric casing and is excited in the center by a matching balancing transformer. An absorbing device is placed between the log-periodic structure and the metal reflector of the base of the antenna, made in the form of a set of radio-absorbing disks of decreasing diameter, separated from each other by thin metal spacers located concentrically between the metal reflector and the log-periodic structure at different distances from it.

Каждый из радиопоглощающих дисков эффективно поглощает волны, излученные логопериодической структурой в направлении основания антенны в своем участке рабочего диапазона частот. С ростом частоты излучающая область передвигается по логопериодической структуре ближе к ее центру. Каждому положению излучающей области соответствует определенное расстояние между логопериодической структурой и радиопоглощающими дисками, которое при приближении к центру антенны уменьшается, оставаясь при этом меньше четверти длины волны, излучаемой соответствующим участком логопериодической структуры. Это обеспечивает удовлетворительные однонаправленные диаграммы направленности антенны в каждом отдельном участке рабочего диапазона частот и делает антенну максимально сверхширокополосной. Границы рабочего диапазона определяются только размерами минимального и максимального зубцов логопериодической структуры.Each of the radar absorbing discs effectively absorbs waves emitted by a log-periodic structure in the direction of the base of the antenna in its area of the operating frequency range. With increasing frequency, the radiating region moves along a log-periodic structure closer to its center. Each position of the emitting region corresponds to a certain distance between the log-periodic structure and the radar absorbing disks, which decreases when approaching the center of the antenna, while remaining less than a quarter of the wavelength emitted by the corresponding section of the log-periodic structure. This provides satisfactory unidirectional antenna patterns in each individual section of the operating frequency range and makes the antenna as ultra-wideband as possible. The boundaries of the working range are determined only by the sizes of the minimum and maximum teeth of the log-periodic structure.

Кроме того, вследствие поглощения волн, излучаемых логопериодической структурой в направлении основания антенны, коэффициент усиления антенны становится примерно в два раза меньше, чем у широкополосных антенн, не имеющих поглощающих устройств, примерно 0,3÷3,5.In addition, due to the absorption of waves emitted by a log-periodic structure in the direction of the base of the antenna, the antenna gain becomes approximately two times lower than for broadband antennas without absorbing devices, approximately 0.3 ÷ 3.5.

Таким образом, предложенная антенна является сверхширокополосной с малым коэффициентом усиления, пригодна для измерения коэффициента усиления слабонаправленных антенн.Thus, the proposed antenna is ultra-wideband with a low gain, suitable for measuring the gain of low-directional antennas.

Claims

An ultra-wide band log-periodic antenna containing a flat log-periodic structure, a dielectric housing, a matching balancing transformer, an absorption device, a metal reflector, characterized in that the absorption device is made in the form of a set of radio-absorbing disks of decreasing diameter, separated from each other by thin metal spacers and located concentrically between the reflector and log-periodic structure at different distances from it.