RU2430451C1

RU2430451C1 - Omniaerial

Info

Publication number: RU2430451C1
Application number: RU2010111115/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Велегура (RU); Владимир Алексеевич Велегура; Вячеслав Юрьевич Титов (RU); Вячеслав Юрьевич Титов
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-09-27

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: proposed omniaerial represents rectangular frame with perimeter of 1.5λ with short-circuited loops arranged at frame apices. Said frame is arranged on 0.8λ-dia conducting disk by means of two short-circuited loops with length making 0.18λ and 0.25λ. Frame top angles comprise wire triangular structures connecting frame horizontal and vertical sides. Antenna is fed via coaxial connector assembly with its center connected to one of said short-circuited loops at point located 0.1λ from frame vertical side.

EFFECT: higher gain, omnidirectional beam pattern.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах связи, навигации и контроля радиоизлучения источников, распределенных в верхнем полупространстве, а также в качестве облучателя параболических зеркал, повышающее коэффициент использования их поверхности, а соответственно, и коэффициент усиления антенн, построенных на их основе.The present invention relates to antenna technology and can be used in communication systems, navigation and radio emission control of sources distributed in the upper half-space, as well as an irradiator for parabolic mirrors, which increases the utilization of their surface and, accordingly, the gain of antennas built on them basis.

Потребность в антеннах, обладающих близкой к изотропной характеристикой направленности, возникает при обеспечении приема сигналов от источников, положение которых в верхнем полупространстве заранее не определено. Это относится к системам связи, работа которых осуществляется через космические объекты, расположенные на низких орбитах, а также к системам навигации ГЛОНАСС (GPS). Использование всенаправленных приемных антенн в системах ГЛОНАСС позволяет увеличить число спутников, находящихся одновременно в зоне радиовидимости навигационного приемника, повысив тем самым точность пространственного позиционирования объекта, на котором установлен приемник.The need for antennas with a near-isotropic directivity characteristic arises when receiving signals from sources whose position in the upper half-space is not predefined. This applies to communication systems that operate through space objects located in low orbits, as well as to GLONASS (GPS) navigation systems. The use of omnidirectional receiving antennas in GLONASS systems allows increasing the number of satellites located simultaneously in the radio-visibility zone of the navigation receiver, thereby increasing the accuracy of the spatial positioning of the object on which the receiver is mounted.

Простейшие излучатели, в виде симметричного вибратора или рамки, не способны сформировать всенаправленную в верхнем полупространстве характеристику направленности.The simplest emitters, in the form of a symmetric vibrator or frame, are not able to form an omnidirectional directivity characteristic in the upper half-space.

Известна антенна, называемая турникетной и обладающая характеристикой направленности, близкой к изотропной в верхнем полупространстве. Данная антенна выполнена из ортогональных симметричных вибраторов, питаемых в квадратуре (З.Беньковский, Э.Липитский. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн - М.: Радио и связь, 1983. с.411).A known antenna, called turnstile and having a directivity characteristic close to isotropic in the upper half-space. This antenna is made of orthogonal symmetrical vibrators fed in quadrature (Z. Benkovsky, E. Lipitsky. Amateur antennas of short and ultrashort waves - M .: Radio and communication, 1983. p. 411).

Недостатком турникетных антенн является недостаточно равномерная характеристика направленности в горизонтальной плоскости и слабое излучение под малыми углами к горизонту.The disadvantage of turnstile antennas is the insufficiently uniform directivity in the horizontal plane and weak radiation at small angles to the horizon.

Более равномерной характеристикой направленности в горизонтальной плоскости обладают кольцевые рамки, периметр которых меньше длины волны (А.З.Фрадин. Антенно-фидерные устройства - М.: Связь, 1977. с.126). Однако малые рамки имеют низкий к.п.д. Увеличение размера кольцевой рамки хотя и приводит к повышению к.п.д., но при этом нарушается равномерность характеристики направленности в горизонтальной плоскости из-за появления противофазных токов по ее периметру.A more uniform directional characteristic in the horizontal plane is possessed by annular frames whose perimeter is shorter than the wavelength (A.Z. Fradin. Antenna-feeder devices - M .: Communication, 1977. p.126). However, small frames have a low efficiency An increase in the size of the annular frame, although it leads to an increase in the efficiency, but this disrupts the uniformity of the directivity pattern in the horizontal plane due to the appearance of out-of-phase currents along its perimeter.

Устранить противофазные токи можно путем включения в провод рамки реактивных сопротивлений или короткозамкнутых четвертьволновых шлейфов.Anti-phase currents can be eliminated by incorporating reactive resistances or short-circuited quarter-wave loops into the wire.

В качестве прототипа рассмотрим всенаправленную антенну в виде «мальтийского креста» (К.Ротхамель. Антенны - М.: Энергия, 1979. с.281). Антенна представляет собой прямоугольную рамку с периметром, близким к 2λ, в каждый из четырех углов которой включены короткозамкнутые четвертьволновые шлейфы.As a prototype, consider an omnidirectional antenna in the form of a "Maltese cross" (K. Rothamel. Antennas - M .: Energy, 1979. p. 281). The antenna is a rectangular frame with a perimeter close to 2λ, in each of the four corners of which are short-circuited quarter-wave loops.

Недостатком данной антенны, как и ранее рассмотренных антенн, является формирование всенаправленного излучения только в плоскости рамки и отсутствие его в направлениях, перпендикулярных этой плоскости. Кроме того, в силу симметрии рамки для питания данной антенны необходимо применение симметрирующего устройства, что в целом усложняет конструкцию и настройку антенны.The disadvantage of this antenna, as previously considered antennas, is the formation of omnidirectional radiation only in the plane of the frame and its absence in directions perpendicular to this plane. In addition, due to the symmetry of the frame for powering this antenna, it is necessary to use a balancing device, which generally complicates the design and tuning of the antenna.

Технической задачей, на решение которой направленно изобретение, является создание конструкции антенны с несимметричным питанием, формирующим всенаправленную в верхнем полупространстве характеристику направленности.The technical problem to which the invention is directed is the creation of an antenna design with asymmetrical power supply, which forms an omnidirectional directivity characteristic in the upper half-space.

Поставленная задача решается с помощью предложенной конструкции антенны. Всенаправленная антенна состоит из прямоугольной рамки с периметром, близким к 1,5λ, в каждый из четырех углов которой включены короткозамкнутые шлейфы. Рамка закреплена вертикально на проводящем диске, диаметром 0,8λ с помощью двух короткозамкнутых шлейфов длиной 0,18λ и 0,25λ, соответственно. В верхних углах рамки включены проволочные треугольные структуры, расположенные в плоскости рамки и соединяющие в перекрестном порядке ее горизонтальную и вертикальные стороны. Смежные элементы треугольных структур расположены под углом 20° к указанным сторонам рамки.The problem is solved using the proposed antenna design. An omnidirectional antenna consists of a rectangular frame with a perimeter close to 1.5λ, in each of the four corners of which are short-circuited loops. The frame is mounted vertically on a conductive disk with a diameter of 0.8λ using two short-circuited loops 0.18λ and 0.25λ in length, respectively. In the upper corners of the frame included triangular wire structures located in the plane of the frame and connecting in a cross order its horizontal and vertical sides. Adjacent elements of triangular structures are located at an angle of 20 ° to the indicated sides of the frame.

Питание антенны осуществляется через несимметричный коаксиальный разъем, установленный на проводящем диске. Центральный элемент разъема подключен к короткозамкнутому шлейфу большей длины в точке, отстоящей на расстоянии 0,1λ от вертикальной стороны рамки.The antenna is powered through an unbalanced coaxial connector mounted on a conductive disk. The central element of the connector is connected to a short-circuited loop of a longer length at a point separated by a distance of 0.1λ from the vertical side of the frame.

Предложенная конструкция антенны иллюстрируется чертежами.The proposed antenna design is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена конструкция всенаправленной антенны, где 1 - вертикальная рамка; 2 - короткозамкнутые шлейфы; 3 - проволочные треугольные структуры; 4 - коаксиальный разъем; 5 - проводящий диск.Figure 1 shows the design of an omnidirectional antenna, where 1 is a vertical frame; 2 - short-circuited loops; 3 - wire triangular structures; 4 - coaxial connector; 5 - conductive disk.

На фиг.2 представлена диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости.Figure 2 presents the radiation pattern of the antenna in the vertical plane.

Формирование близкой к изотропной в верхнем полупространстве характеристики направленности достигается равномерным распределением тока вдоль провода рамки. Такое распределение тока, подчиняющееся гармоническому закону, обеспечивается выбором периметра рамки и включением в ее провод дополнительных шлейфов и проволочных треугольных структур.The formation of a directivity pattern close to isotropic in the upper half-space is achieved by uniform distribution of current along the wire of the frame. Such a current distribution, obeying harmonic law, is ensured by the choice of the perimeter of the frame and the inclusion of additional cables and triangular wire structures in its wire.

Благодаря указанным структурам устраняются противофазные токи на проводе антенны и обеспечивается формирование излучения в направлениях, перпендикулярных плоскости рамки.Thanks to these structures, the antiphase currents on the antenna wire are eliminated and radiation is generated in directions perpendicular to the plane of the frame.

Согласование антенны с питающим фидером достигается выбором точки подключения центрального провода разъема к одному из короткозамкнутых шлейфов, удерживающих рамку в вертикальном положении.The matching of the antenna with the power feeder is achieved by selecting the connection point of the central wire of the connector to one of the short-circuited loops holding the frame in a vertical position.

Конструктивно элементы антенны могут быть выполнены из алюминиевых (медных) трубок или проводников, изогнутых в соответствии с профилем рамки и треугольных структур.Structurally, the antenna elements can be made of aluminum (copper) tubes or conductors, bent in accordance with the profile of the frame and triangular structures.

Исследование характеристик предлагаемой антенны было проведено с помощью программы компьютерного моделирования антенн MMANA.The study of the characteristics of the proposed antenna was carried out using a computer simulation program antennas MMANA.

На фиг.2 показана диаграмма направленности предлагаемой конструкции антенны в вертикальной плоскости.Figure 2 shows the radiation pattern of the proposed antenna design in a vertical plane.

Claims

An omnidirectional antenna, consisting of a rectangular frame with a perimeter of 1.5λ, in each of the corners of which are short-circuited loops, characterized in that the frame is mounted vertically on a conductive disk with a diameter of 0.8λ, using two short-circuited loops with a length of 0.18λ, and 0, 25λ, respectively, while the other two loops are replaced by triangular wire structures located in the plane of the frame and connecting in horizontal order its horizontal and vertical sides, and the antenna is supplied asymmetrically through to oaxial connector installed in a conductive disk and connected to a short-circuited loop of a larger length at a point separated from the vertical frame element at a distance of 0.1λ.