RU2407117C1

RU2407117C1 - Wide-band dipole antenna

Info

Publication number: RU2407117C1
Application number: RU2009146629/07A
Authority: RU
Inventors: Денис Юрьевич Риконен (RU); Денис Юрьевич Риконен; Игорь Николаевич Самуйлов (RU); Игорь Николаевич Самуйлов; Евгений Михайлович Хорольский (RU); Евгений Михайлович Хорольский; Вениамин Иванович Яшин (RU); Вениамин Иванович Яшин
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-12-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: wide-band dipole antenna (WDA) consists of two symmetrical arms (SA) (1, 1'), a screening element (SE) (2) and a feeder (3) connected to the arms (1) of the WDA. The arms (1) of the WDA are in form of isosceles triangles having height H_A and vertex angle α, connected to the feeder (3). The SE (2) is in form of two isosceles triangles placed symmetrically on both sides of the arms (1, 1'). The arms (1) of the WDA and SE (2) are plate-like and lie in the same plane. Each triangle, which forms the SE (2) has height H_E, the length of the base D_E and vertex angle β, is adjacent to points of connection of the arms (1, 1') to the feeder (3), where these vertices are electrically connected. Ratios of the structure for which the maximum working range of the WDA is achieved are given.

EFFECT: reduced overall dimensions, with preservation of electrical parametres.

3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к электродинамике, а именно к антенной технике, и, в частности, может быть использовано для работы в качестве приемной и/или передающей антенны совместно с коротковолновыми (KB) или ультракоротковолновыми (УКВ) диапазонными радиостанциями.The invention relates to electrodynamics, namely to antenna technology, and, in particular, can be used to operate as a receiving and / or transmitting antenna in conjunction with short-wave (KB) or ultra-short-wave (VHF) band radio stations.

Известные диапазонные УКВ антенны. Так, в книге: Гвоздев И.Н. и др. Характеристики антенн радиосистем связи. - Л.: ВАС, 1978, с.186-191, описаны диапазонные вибраторы: симметричный вибратор с компенсатором (Табл. 162, 163), объемный вибратор (Табл. 164), объемный шунтовый вибратор (Табл. 165), диапазонный плоскостной вибратор (Табл.168). Антенны обеспечивают широкополосную работу с приемлемым качеством согласования.Famous VHF band antennas. So, in the book: Gvozdev I.N. and other characteristics of the antennas of radio communication systems. - L .: YOU, 1978, p.186-191, range vibrators are described: a symmetric vibrator with a compensator (Table 162, 163), a volume vibrator (Table 164), a volume shunt vibrator (Table 165), a rangeal plane vibrator (Tab. 168). Antennas provide broadband operation with acceptable matching quality.

Недостатком известных антенн являются их большие массогабаритные характеристики.A disadvantage of the known antennas are their large weight and size characteristics.

Наиболее близкой по своей технической сущности к заявленной является известная УКВ антенна Линденблада, описанная в книге А.А.Пистолькорса "Антенны", - М.: Связьиздат, 1947, с.408-411, рис.VIII 2.2., 2.8.The closest in technical essence to the declared one is the well-known VHF Lindenblad antenna described in A.A. Pistolkors' book "Antennas", - M .: Svyazizdat, 1947, p. 408-411, fig. VIII 2.2., 2.8.

Антенна-прототип представляет собой симметричный вибратор (СВ), состоящий из двух плеч и экранирующего элемента (ЭЭ), установленного соосно с плечами вибратора и симметрично относительно точек питания плеч симметричного вибратора. Плечи СВ выполнены объемными в виде тел вращения. Подобным образом выполнен и ЭЭ, установленный с воздушным зазором относительно плеч СВ. Плечи СВ подключены к симметричному фидеру.The prototype antenna is a symmetric vibrator (CB), consisting of two arms and a shielding element (EE), mounted coaxially with the arms of the vibrator and symmetrically with respect to the power points of the arms of the symmetric vibrator. SV shoulders are made voluminous in the form of bodies of revolution. In a similar manner, an EE installed with an air gap relative to the arms of the NE is also made. The SV shoulders are connected to a symmetrical feeder.

Антенна-прототип обеспечивает диапазонную работу с перекрытием по частоте не менее 60% и высоким качеством согласования.The prototype antenna provides range operation with an overlap of at least 60% in frequency and high quality matching.

Недостатком прототипа являются ее большие массогабаритные характеристики, ограничивающие ее применение в мобильных системах радиосвязи.The disadvantage of the prototype is its large overall dimensions, limiting its use in mobile radio communication systems.

Целью изобретения является разработка диапазонного СВ, обладающего меньшими массогабаритными показателями, при сохранении его электрических параметров (качества согласования, диапазона рабочих частот, коэффициента усиления).The aim of the invention is the development of a range of NE, with lower weight and dimensions, while maintaining its electrical parameters (quality matching, range of operating frequencies, gain).

Поставленная цель достигается тем, что в известном диапазонном СВ, состоящем из двух плеч, подключенных к фидеру, и ЭЭ, установленного симметрично относительно точек подключения плеч к фидеру, плечи СВ и ЭЭ выполнены пластинчатыми и установлены в одной плоскости. Каждое из плеч СВ выполнено в форме равнобедренного треугольника высотой Н_П и с углом α при вершине, подключенной к фидеру. ЭЭ выполнен в виде двух одинаковых равнобедренных треугольников, каждый из которых имеет высоту Н_Э, длину основания D_Э и угол β при вершине.This goal is achieved by the fact that in the known range of NE, consisting of two arms connected to the feeder, and EE, installed symmetrically relative to the points of connection of the shoulders to the feeder, the arms of the CB and EE are made lamellar and installed in the same plane. Each of the arms of the NE is made in the form of an isosceles triangle with a height of H _P and with an angle α at the vertex connected to the feeder. EE is made in the form of two identical isosceles triangles, each of which has a height N _E , the base length D _E and the angle β at the apex.

Вершины треугольников ЭЭ, примыкающие к точкам подключения плеч СВ к фидеру, электрически соединены. Примыкающие кромки плеч СВ и ЭЭ отстоят друг от друга на величину зазора Δ.The vertices of the EE triangles adjacent to the points of connecting the arms of the NE to the feeder are electrically connected. The adjacent shoulder edges of the NE and EE are spaced apart by a gap Δ.

Высоты Н_П и угол α треугольных плеч СВ выбраны из условия Н_П≥0,16λ_max, α=18-25°, где λ_max - максимальная длина волны рабочего диапазона волн. Основание D_Э и высота H_Э треугольной пластины ЭЭ составляют соответственно D_Э=(0,9÷1,2)Н_П, H_Э=(0,18÷0,25)D_Э, а Δ=(0,01÷0,02)Н_П, β=180°-α. Плечи СВ подключены или к симметричному фидеру, или к несимметричному фидеру через симметрирующее устройство (СУ).The heights Н _П and the angle α of the triangular arms of the NE are selected from the condition Н _П ≥0.16λ _max , α = 18-25 °, where λ _max is the maximum wavelength of the working wave range. The base D _E and the height H _{E of the} triangular plate EE are respectively D _E = (0.9 ÷ 1.2) N _P , H _E = (0.18 ÷ 0.25) D _E , and Δ = (0.01 ÷ 0.02) H _P , β = 180 ° -α. The SV shoulders are connected either to a symmetric feeder or to an asymmetric feeder through a balancing device (CS).

Благодаря указанной новой совокупности существенных признаков в заявленной антенне обеспечивается широкополосная взаимная компенсация реактивностей, обусловленных собственно плечами вибратора и экранирующим элементом. При этом вся конструкция выполнена пластинчатой, что существенно снижает ее массу, т.е. обеспечивается достижение указанного технического результата.Thanks to the specified new set of essential features in the claimed antenna provides broadband mutual compensation of reactivity due to the actual shoulders of the vibrator and the shielding element. Moreover, the entire structure is made lamellar, which significantly reduces its mass, i.e. the achievement of the specified technical result is ensured.

Заявленный СВ поясняется чертежами, на которых показано:The claimed CB is illustrated by drawings, which show:

на фиг.1 - общий вид антенны;figure 1 - General view of the antenna;

на фиг.2 - схемы подключения антенны к симметричному (фиг.2а) и несимметричному (фиг.2б) фидеру;figure 2 - connection diagram of the antenna to a symmetric (Fig.2A) and asymmetric (Fig.2B) feeder;

на фиг.3 - рисунки, поясняющие принцип работы антенны;figure 3 - drawings explaining the principle of operation of the antenna;

на фиг.4 - результаты сравнительных измерений качества согласования заявленной антенны и прототипа.figure 4 - the results of comparative measurements of the quality of matching of the claimed antenna and prototype.

Диапазонный симметричный вибратор (ДСВ), показанный на фиг.1, состоит из двух симметричных плеч 1, 1', экранирующего элемента 2 и фидера 3, подключенного к плечам СВ. Плечи СВ 1, 1' и ЭЭ 2 выполнены пластинчатыми и расположены в одной плоскости.The band symmetric vibrator (DSV), shown in figure 1, consists of two symmetrical shoulders 1, 1 ', the shielding element 2 and the feeder 3 connected to the shoulders CB. The shoulders CB 1, 1 'and EE 2 are made lamellar and are located in the same plane.

Каждое плечо 1 СВ выполнено в форме равнобедренного треугольника высотой Н_П и с углом α при вершине, подключенной к фидеру 3 (точки а и а'), ЭЭ 2 выполнен в виде двух одинаковых равнобедренных треугольников, установленных симметрично по обе стороны плеч 1, 1' СВ. Каждый из треугольников, образующих ЭЭ 2, имеет основание длиной D_Э, высоту Н_Э и угол β при вершине, примыкающей к точкам подключения плеч 1, 1' СВ к фидеру 3. Причем эти вершины треугольников ЭЭ 2 электрически соединены друг с другом (точка б). Примыкающие друг к другу кромки плеч 1, 1' СВ и ЭЭ 2 разнесены с зазором Δ. На фиг.2 показаны возможные варианты подключения плеч 1, 1' СВ к фидеру 3: к симметричному фидеру 3 (фиг.3а) или к несимметричному фидеру 3 через согласующее устройство (СУ) 4. Схемы согласующих устройств различного типа известны и описаны, например, в книге: Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. - М.: Связь, 1972, с.234-239, рис.11.4-11.7.Each shoulder 1 CB is made in the form of an isosceles triangle with a height H _P and with an angle α at the vertex connected to the feeder 3 (points a and a '), EE 2 is made in the form of two identical isosceles triangles installed symmetrically on both sides of the shoulders 1, 1 'SV. Each of the triangles forming EE 2 has a base of length D _E , height H _E and angle β at the vertex adjacent to the points of connection of the arms 1, 1 ′ of CB to the feeder 3. Moreover, these vertices of the triangles of EE 2 are electrically connected to each other (point b) The adjoining edges of the shoulders 1, 1 'CB and EE 2 are spaced with a gap Δ. Figure 2 shows the possible options for connecting the arms 1, 1 'CB to the feeder 3: to a symmetric feeder 3 (figa) or to an asymmetric feeder 3 through a matching device (CS) 4. Schemes of matching devices of various types are known and described, for example , in the book: Kocherzhevsky G.N. Antenna feeder devices. - M .: Communication, 1972, p. 234-239, Fig. 11.4-11.7.

Заявленный ДСВ работает следующим образом. При подключении питания к точкам а-а' плеч 1, 1' СВ по ним протекает высокочастотный (в.ч) ток (см. также фиг.3а), который индуцирует в примыкающих кромках ЭЭ 2 высокочастотный ток обратного направления, замыкающийся по контуру каждого из треугольников ЭЭ 2. Это эквивалентно выносу точек возбуждения ДСВ в сечения с-с' (фиг.1 и фиг.3а). Т.е ДСВ можно представить в виде СВ, возбуждаемого в двух точках (фиг.3б). В свою очередь, такой СВ может быть представлен в виде суперпозиции двух ассиметрично возбуждаемых вибраторов (фиг.3е). Путем подбора геометрии ДСВ и выноса точек его возбуждения можно обеспечить широкополосную компенсацию реактивности собственно СВ, имеющую емкостной характер, и реактивности, обусловленной протеканием высокочастотных токов по контуру ЭЭ 2, имеющую индуктивный характер.Declared DSV works as follows. When the power is connected to points a-a 'of the arms 1, 1' of the CB, a high-frequency (r.h) current flows through them (see also Fig. 3a), which induces a high-frequency reverse current in the adjacent edges of EE 2, which closes along the circuit of each from triangles EE 2. This is equivalent to the removal of the points of excitation DSV in the section c-s' (Fig.1 and figa). Ie DSV can be represented in the form of ST, excited at two points (figb). In turn, such a SW can be represented as a superposition of two asymmetrically excited vibrators (Fig. 3e). By selecting the DSV geometry and removing the points of its excitation, it is possible to provide broadband compensation for the reactivity of the CB itself, which has a capacitive character, and the reactivity due to the flow of high-frequency currents along the EE 2 circuit, which is inductive in nature.

Оптимальные размеры элементов конструкции ДСВ, их форма и соотношение их размеров были установлены путем экспериментальной отработки опытных образцов. При этом было установлено, что наибольший рабочий диапазон по согласованию (коэффициент бегущей волны-КБВ) достигается при следующих размерах:The optimal dimensions of the DSV structural elements, their shape and the ratio of their sizes were established by experimental testing of prototypes. At the same time, it was found that the largest working range by agreement (traveling wave coefficient-KBV) is achieved with the following sizes:

Н_П≥0,16λ_max; α=18-25°; D_Э=(0,9÷1,2)Н_П;H _P ≥0.16 λ _max ; α = 18-25 °; D _E = (0.9 ÷ 1.2) N _P ;

H_Э=(0,18÷0,25)D_Э; β=180-α; Δ=(0,01÷0,02)Н_П.H _E = (0.18 ÷ 0.25) D _E ; β = 180-α; Δ = (0,01 ÷ 0,02) N _P.

Опытный образец, выполненный из медной фольги толщиной 0,1 мм, имел следующие размеры: λ_max=1,125 м; Н_П=180 мм; α=20°; β=160°;The prototype made of copper foil with a thickness of 0.1 mm, had the following dimensions: λ _max = 1,125 m; H _P = 180 mm; α = 20 °; β = 160 °;

H_Э=35 мм; D_Э=173 мм; Δ=2 мм.H _E = 35 mm; D _e = 173 mm; Δ = 2 mm.

Волновое сопротивление фидера ρ_Ф=50 Ом.Feeder wave resistance ρ _Ф = 50 Ohm.

Измеренные значения КБВ в диапазоне 200-400 МГц (т.е. от

) показаны на фиг.4. Там же приведены значения КБВ для прототипа.Measured KBV in the range 200-400 MHz (i.e., from

) are shown in FIG. 4. The IPM values for the prototype are also given there.

Полученные результаты показывают, что диапазон рабочих частот заявленной антенны при КБВ≥0,4 практически совпадает с диапазоном прототипа. Это указывает на возможность достижения технического результата при использовании заявленной антенны.The results show that the operating frequency range of the claimed antenna with KBM≥0.4 almost coincides with the range of the prototype. This indicates the possibility of achieving a technical result when using the claimed antenna.

Claims

1. Range symmetric vibrator, consisting of two arms connected to the feeder, and a shielding element installed symmetrically relative to the points of connection of the shoulders to the feeder, characterized in that the shoulders of the symmetric vibrator and the shielding element are plate and installed in the same plane, each arm of the symmetric vibrator made in the form of an isosceles triangle with a height of H _P and with an angle α at the vertex connected to the feeder, the screening element is made in the form of two identical isosceles triangles s with heights N _E , base lengths D _E and angles β at the vertices adjacent to the points of connection of the arms of the symmetric vibrator to the feeder and electrically connected to each other, and the adjacent edges of the arms of the symmetric vibrator and the shielding element are spaced apart by a gap Δ.

2. range dipole according to claim 1, characterized in that the height H and the angle α _n triangular dipole arms are chosen from the condition _NP ≥0,16λ _max, α = 18 ÷ 25 °, D _E length of the base and the height H _E each of the triangles of the shielding element are D _E = (0.9 ÷ 1.2) H _P , H _E = (0.18 ÷ 0.25) D _E , and the gap Δ = (0.01 ÷ 0.02) N _P.

3. The band symmetric vibrator according to claim 1, characterized in that the shoulders of the symmetric vibrator are connected to a symmetric feeder or, through a balancing device, to an asymmetric feeder.