RU2394318C2

RU2394318C2 - Broad-band dipole antenna

Info

Publication number: RU2394318C2
Application number: RU2008137816/09A
Authority: RU
Inventors: Рафаэль Накипович Каримов (RU); Рафаэль Накипович Каримов; Олег Александрович Бесков (RU); Олег Александрович Бесков
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-07-10
Also published as: RU2008137816A

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: broad-band dipole antenna is made on the insulating substrate; to the latter there applied is flat metal dipole consisting of the pair of symmetrically located triangular-shaped arms the central angle of which has been chosen depending on wave resistance of power feeder connected to feed points located in central angles of the dipole arms and two triangular-shaped conducting planes symmetrically located relative to the centre, each of which is located with gaps relative to lateral sides of both arms of dipole and shunt.

EFFECT: providing sufficient degree of matching in the range of frequencies with various feed lines.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в широкополосных приемопередающих устройствах.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to antennas, and can be used in broadband transceiver devices.

Известна широкополосная антенна, которая содержит вибратор, выполненный в виде пластины преимущественно квадратной формы, противовес в виде пластины прямоугольной формы, средство для подключения вибратора и противовеса к линии передачи, при этом противовес своей длинной стороной изогнут в плоскости, ортогональной к плоскости вибратора, а последний расположен между кромками малой стороны противовеса компланарной плоскости, включающей эти кромки (Патент RU №2111584 С1. Широкополосная антенна. - МПК₆: H01Q 9/02. - 1998.05.20). Недостатком известной широкополосной антенны является сложность конструкции и недостаточный коэффициент усиления.A broadband antenna is known, which comprises a vibrator made in the form of a plate of predominantly square shape, a counterweight in the form of a rectangular plate, means for connecting a vibrator and a counterweight to the transmission line, while the counterweight is curved with its long side in a plane orthogonal to the plane of the vibrator, and the latter located between the edges of the small side of the counterweight of the coplanar plane that includes these edges (Patent RU No. 2111584 C1. Broadband antenna. - IPC ₆ : H01Q 9/02. - 1998.05.20). A disadvantage of the known broadband antenna is the design complexity and insufficient gain.

Ближайшим аналогом является широкополосная вибраторная антенна, содержащая металлический вибратор, состоящий из пары симметрично расположенных плоских плеч треугольной формы, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам питания, расположенным в центральных углах плеч вибратора, и согласующий элемент в виде двух металлических шунтов, замыкающих попарно края плеч вибраторов. (Кочержевский Г.Н. и др. Антенно-фидерные устройства: Учебник для вузов / Г.Н.Кочержевский, Г.А.Ерохин, Н.Д.Козырев. - М.: Радио и связь, 1989. - 352 с.: ил. - с.147-148, рис.7.16а). Данная широкополосная вибраторная антенна принята за прототип.The closest analogue is a broadband vibrator antenna containing a metal vibrator consisting of a pair of symmetrically arranged flat triangular arms, the central angle θ of which is selected depending on the wave impedance of the supply feeder connected to the power points located at the central corners of the vibrator arms, and the matching element in in the form of two metal shunts, closing in pairs the edges of the shoulders of the vibrators. (Kocherzhevsky G.N. et al. Antenna-feeder devices: Textbook for universities / G.N. Kocherzhevsky, G.A. Erokhin, N.D. Kozyrev. - M.: Radio and communications, 1989. - 352 p. : ill. - p. 147-148, Fig. 7.16a). This broadband vibrator antenna is adopted as a prototype.

Недостатком известной широкополосной вибраторной антенны является большое входное сопротивление, а согласующие шунты не обеспечивают достаточной степени согласования в диапазоне частот с различными питающими линиями.A disadvantage of the known broadband vibrator antenna is the large input impedance, and matching shunts do not provide a sufficient degree of matching in the frequency range with different supply lines.

Основной задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение необходимой степени согласования в диапазоне частот с различными питающими линиями, в том числе при установке рефлектора в плоскости, параллельной плоскости антенны на расстоянии порядка четверти средней длины волны.The main task to which the claimed invention is directed is to provide the necessary degree of coordination in the frequency range with various supply lines, including when installing the reflector in a plane parallel to the antenna plane at a distance of about a quarter of the average wavelength.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является обеспечение степени согласования, характеризующейся коэффициентом стоячей волны по напряжению (КСВН) не выше 2 в диапазоне частот, составляющим 50-55% от средней частоты, с различными питающими линиями, имеющими стандартизованные входные сопротивления 37,5 Ом и более, в том числе при установке рефлектора в плоскости, параллельной плоскости антенны на расстоянии порядка четверти средней длины волны, обеспечивающим увеличение коэффициента усиления антенны (Ку) до величины порядка 7 дБ.The technical result achieved by the implementation of the proposed technical solution is to ensure the degree of coordination, characterized by a standing wave voltage coefficient (VSWR) of not higher than 2 in the frequency range of 50-55% of the average frequency, with various supply lines having standardized input resistances 37 , 5 Ohms or more, including when installing the reflector in a plane parallel to the antenna plane at a distance of the order of a quarter of the average wavelength, providing an increase in the gain eniya antenna (Ku) to a value of around 7 dB.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной широкополосной вибраторной антенне, содержащей плоский металлический вибратор, состоящий из пары симметрично расположенных плеч треугольной формы, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам питания, расположенным в центральных углах плеч вибратора, и согласующий элемент, выполненный в виде двух металлических шунтов, попарно замыкающих периферийные углы плеч вибратора, согласно предложенному техническому решению.The specified technical result is achieved in that in the known broadband vibrator antenna containing a flat metal vibrator consisting of a pair of symmetrically arranged triangular shoulders, the central angle θ of which is selected depending on the wave impedance of the supply feeder connected to the power points located in the central corners of the shoulders vibrator, and matching element, made in the form of two metal shunts, pairwise closing the peripheral angles of the shoulders of the vibrator, according to the proposed technology personal decision.

согласующий элемент дополнен двумя симметрично расположенными относительно центра проводящими плоскостями треугольной формы, каждая из которых расположена с зазорами относительно боковых сторон обоих плеч вибратора и шунта;the matching element is supplemented by two triangular-shaped conducting planes symmetrically located relative to the center, each of which is located with gaps relative to the sides of both shoulders of the vibrator and the shunt;

металлический вибратор и согласующий элемент нанесены на диэлектрическую подложку.a metal vibrator and matching element are applied to a dielectric substrate.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной широкополосной вибраторной антенне, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».The analysis of the prior art cited by the applicant made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed broadband vibrator antenna. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».The search results for known solutions in the art in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the features of the claimed technical solution have shown that they do not follow explicitly from the prior art. From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed technical solution on the achievement of the specified technical result is not known. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "inventive step".

На представленном чертеже показана предлагаемая широкополосная вибраторная антенна.The drawing shows the proposed broadband vibrator antenna.

Широкополосная вибраторная антенна содержит диэлектрическую подложку 1, на которую нанесен металлический вибратор, состоящий из пары симметрично расположенных плеч 2 треугольной формы, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам 3 питания, расположенным в центральных углах плеч 2 вибратора, и согласующий элемент, выполненный в виде двух металлических шунтов 4 с поперечным размером а, попарно замыкающих периферийные углы плеч 2 вибратора, и двух симметрично расположенных относительно центра проводящих плоскостей 5 треугольной формы, каждая из которых расположена с зазором b относительно боковых сторон обеих плеч 2 вибратора и с зазором с относительно шунта 4. Поперечный размер а шунтов 4 и ширина зазоров b и с определяются компьютерным моделированием.The broadband vibrator antenna contains a dielectric substrate 1 on which a metal vibrator is applied, consisting of a pair of symmetrically arranged shoulders 2 of a triangular shape, the central angle θ of which is selected depending on the wave impedance of the supply feeder connected to the power points 3 located at the central corners of the shoulders 2 of the vibrator , and a matching element made in the form of two metal shunts 4 with a transverse dimension a, pairwise closing the peripheral angles of the shoulders 2 of the vibrator, and two symmetrically arranged data relative to the center of the conducting planes 5 of a triangular shape, each of which is located with a gap b relative to the sides of both arms 2 of the vibrator and with a gap c relative to the shunt 4. The transverse dimension a of the shunts 4 and the width of the gaps b and c are determined by computer simulation.

Широкополосная вибраторная антенна работает следующим образом.Broadband vibrator antenna operates as follows.

Под воздействием напряжения, приложенного к точкам 3 питания антенны, на плечах 2 вибратора возникают поверхностные токи, которые посредством шунтов 4 через зазор с и зазор b шунтируют токами симметрично расположенные проводящие плоскости 5 согласующего элемента. Таким образом, на поверхностях антенны возникает сложная картина токов, формирующих усиленное электромагнитное поле, которое обеспечивает необходимую степень согласования.Under the influence of the voltage applied to the antenna supply points 3, surface currents appear on the arms 2 of the vibrator, which, through the shunts 4, through the gap c and the gap b, symmetrically located conducting planes 5 of the matching element are shunted by currents. Thus, a complex picture of currents arises on the surfaces of the antenna, forming an amplified electromagnetic field, which provides the necessary degree of coordination.

Согласно предложенному изобретению создан макет широкополосной вибраторной антенны с полосой пропускания по уровню КСВН=2 порядка 50-55% от средней частоты и коэффициентом усиления К_у=7 дБ, шириной диаграммы направленности в плоскости Е, равной 70 градусам, и в плоскости H, равной 90 градусам.According to the proposed invention, a mock-up of a broadband vibrator antenna with a passband at the level of VSWR = 2 of the order of 50-55% of the average frequency and a gain of K _y = 7 dB, a radiation pattern width in the E plane of 70 degrees, and in the H plane equal to 90 degrees.

Claims

1. A broadband vibrator antenna containing a flat metal vibrator, consisting of a pair of symmetrically arranged triangular-shaped arms, the central angle of which is selected depending on the wave impedance of the supply feeder connected to the power points located in the central corners of the vibrator arms, and a matching element made in the form of two metal shunts, pairwise closing the peripheral angles of the arm of the vibrator, characterized in that the matching element is supplemented by two symmetrically located relative in the center with conducting planes of a triangular shape, each of which is located with gaps relative to the sides of both shoulders of the vibrator and the shunt.

2. The antenna according to claim 1, characterized in that the metal vibrator and matching element are applied to the dielectric substrate.