RU2504054C1 - Antenna for probing ionosphere - Google Patents
Antenna for probing ionosphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504054C1 RU2504054C1 RU2012123479/08A RU2012123479A RU2504054C1 RU 2504054 C1 RU2504054 C1 RU 2504054C1 RU 2012123479/08 A RU2012123479/08 A RU 2012123479/08A RU 2012123479 A RU2012123479 A RU 2012123479A RU 2504054 C1 RU2504054 C1 RU 2504054C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- rhombi
- rhombus
- ionosphere
- probing
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в области измерений геофизических полей Земли и системах связи.The invention relates to radio engineering and can find application in the field of measurements of geophysical fields of the Earth and communication systems.
Постоянный контроль электронной концентрации слоев ионосферы представляется важной задачей в космонавтике, сейсмологии, системах хранения и передачи сигналов точного времени, системах космической связи. Обычно зондирование ионосферы осуществляют в диапазоне 5…30 МГц, на высотах до 1000 км [см., например, «Космонавтика», энциклопедия, М.: Сов. Энциклопедия, 1985 г., Ионосфера, Ионозонд, стр.141-143]. Основные требования к антеннам для зондирования ионосферы - диапазонность, ориентирование диаграммы направленности в зенит, низкий уровень шумов (боковых лепестков).Constant monitoring of the electron concentration of the layers of the ionosphere is an important task in space, seismology, storage and transmission of accurate time signals, space communication systems. Usually sounding of the ionosphere is carried out in the range of 5 ... 30 MHz, at altitudes of up to 1000 km [see, for example, Cosmonautics, Encyclopedia, Moscow: Sov. Encyclopedia, 1985, Ionosphere, Ionosonde, pp. 141-143]. The main requirements for antennas for sensing the ionosphere are range, orientation of the radiation pattern at the zenith, low noise (side lobes).
Известна диапазонная антенна метровых волн под названием «Диполь Надененко» [см. А.Л.Драбкин, В.Л.Зузенко. Антенно-фидерные устройства. Учебник. Сов. Радио, 1964 г., стр.343-345] - аналог. Антенна аналога представляет собой симметричный вибратор из проводов, расположенных по образующим круглого цилиндра, диаметром 1…1,5 м, с числом проводов от 6 до 8, средние участки которого, примыкающие к фидеру, и его концы имеют коническую форму, что обеспечивает волновое сопротивление 250…400, позволяющее подключить антенну непосредственно к фидеру без согласующих трансформаторов, при диапазонности λmax/λmin≈2.There is a known meter wave antenna called “Dipole Nadenenko” [see A.L. Drabkin, V.L. Zuzenko. Antenna feeder devices. Textbook. Owls Radio, 1964, pp. 343-345] - analogue. The analogue antenna is a symmetric vibrator of wires located along the generators of a round cylinder, with a diameter of 1 ... 1.5 m, with the number of wires from 6 to 8, the middle sections of which are adjacent to the feeder and its ends have a conical shape, which provides wave resistance 250 ... 400, which allows you to connect the antenna directly to the feeder without matching transformers, with a range of λ max / λ min ≈ 2.
Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:
- малый коэффициент усиления;- low gain;
- недостаточная диапазонность;- insufficient range;
- большой уровень боковых лепестков.- a large level of side lobes.
Ближайшим аналогом является «Ромбическая антенна» [А.Л.Драбкин, В.Л.Зузенко. Антенно-фидерные устройства. Учебник. М.: Сов. Радио, 1961 г., стр.366-370]. Ромбическая антенна представляет собой систему из четырех горизонтальных проводов в форме ромба, подвешенных на опорных мачтах, длина каждого провода 50-150 м, высота подвеса 15…30 м, с одной стороны антенна соединяется с фидером приемопередатчика, с другой стороны антенна замыкается на сопротивление, равное волновому сопротивлению линии, образованной проводами антенны, порядка 600-800 Ом в зависимости от расстояния между проводами, с диаграммой направленности вдоль большой диагонали ромба.The closest analogue is the “Rhombic antenna” [A.L. Drabkin, V.L. Zuzenko. Antenna feeder devices. Textbook. M .: Sov. Radio, 1961, pp. 366-370]. The rhombic antenna is a system of four horizontal wires in the form of a rhombus suspended on the support masts, the length of each wire is 50-150 m, the height of the suspension is 15 ... 30 m, on the one hand the antenna is connected to the feeder of the transceiver, on the other hand, the antenna closes to resistance, equal to the wave impedance of the line formed by the antenna wires, of the order of 600-800 Ohms depending on the distance between the wires, with a radiation pattern along the large diagonal of the rhombus.
Недостатками ближайшего аналога следует считать:The disadvantages of the closest analogue should be considered:
- наличие в диаграмме значительных боковых лепестков;- the presence in the diagram of significant side lobes;
- малый угол возвышения главного лепестка диаграммы направленности над поверхностью Земли;- a small elevation angle of the main lobe of the radiation pattern above the Earth's surface;
- низкий коэффициент усиления антенны, порядка 100-150.- low gain antenna, about 100-150.
Задача, решаемая заявленным техническим решением, заключается в реализации широкодиапазонной антенны, работающей во всем диапазоне частот зондирования ионосферы, с ориентацией диаграммы направленности в зенит, большим коэффициентом усиления, низким уровнем шумов и длительным сроком эксплуатации, путем использования композитных материалов.The problem solved by the claimed technical solution is to implement a wide-band antenna operating in the entire range of ionospheric sounding frequencies, with a zenith radiation pattern orientation, high gain, low noise, and long life using composite materials.
Технический результат достигается тем, что антенна для зондирования ионосферы выполнена в виде двух скрещенных в ортогональных плоскостях ромбов с длинами ребер 58 м одного и 26 м второго ромба, подвешенных на опорной мачте из композитного материала высотой 32 м, создающей геометрию главной диагонали ромбов, и двух пар вспомогательных мачт высотой 9 м для подвески вторых углов ромбов, растяжек расчаливания механического крепления мачт из полимерного материала и жил токонесущих проводов ромбов, расположенных по образующим цилиндра в качестве излучателей антенны, нагруженных на общее сопротивление, согласованное для режима бегущих волн в излучателях, подключенное к многолучевому заземлителю, выполненному по параллельной схеме, для режима зеркального противовеса.The technical result is achieved by the fact that the antenna for sensing the ionosphere is made in the form of two rhombuses crossed in orthogonal planes with edge lengths of 58 m of one and 26 m of the second rhombus, suspended on a support mast of composite material 32 m high, creating the geometry of the main diagonal of rhombuses, and two pairs of auxiliary masts with a height of 9 m for suspension of the second corners of rhombuses, brace extensions of the mechanical fastening of masts made of polymer material and conductors of current-carrying wires of rhombuses located along the cylinder generators as ve antenna emitters loaded with a common impedance, matched for the traveling wave mode in the emitters, connected to a multipath earthing switch made in parallel for the mirror counterbalance mode.
Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
фиг.1 - конструктивная схема антенны: а) вид сверху двух скрещенных ромбов, б) вид ромба с опорной мачтой в одной из ортогональных плоскостей;figure 1 - structural diagram of the antenna: a) a top view of two crossed rhombs, b) a view of a rhombus with a support mast in one of the orthogonal planes;
фиг.2 - расчетные диаграммы направленности: а) меньшего ромба, б) большого ромба, в) результирующая диаграмма направленности антенны;figure 2 - calculated radiation patterns: a) a smaller diamond, b) a large diamond, c) the resulting radiation pattern of the antenna;
фиг.3 - пути токов в многолучевом заземлителе-противовесе;figure 3 - current paths in a multipath grounding-counterbalance;
фиг.4 - составное колено мачт подвески ромбов из композитного материала;4 is a composite elbow of the mast of the suspension of rhombs made of composite material;
фиг.5 - винтовой свайный элемент многолучевого заземлителя.5 is a screw pile element of a multipath earthing.
Антенна (фиг.1 а, б) содержит опорную мачту 1, создающую геометрию главной диагонали подвески ромбов 2, 3, токонесущих проводов-излучателей антенны 4, 5, 6, 7, расположенных по образующим цилиндров с центральными жилами 8, 9, 10, 11 из композитного материала, несущими механическую нагрузку натяга токонесущих проводов, две пары вспомогательных мачт 12, 13, 14, 15 для подвески вторых углов ромбов, растяжек механического крепления мачт 16, сопротивления нагрузки излучателей 17, закрепленного на опорной мачте 1, газоразрядника молниезащиты антенны 18, включенного параллельно сопротивлению нагрузки, заземлителя 19, выполненного по многолучевой схеме на винтовых свайных трубах, заглубленных в грунт 20 и фидера питания излучателей 21.The antenna (Fig. 1 a, b) contains a support mast 1, which creates the geometry of the main diagonal of the suspension of
Динамика взаимодействия элементов антенны состоит в следующем. Для зондирования ионосферы во всем диапазоне необходимо обеспечить соотношение λmax/λmin порядка шести. Выбрано конструктивное решение антенного излучателя в виде двух скрещенных в ортогональных плоскостях ромбов, подвешенных на высокой опорной мачте из долговечного композитного материала, создающей геометрию главной диагонали обоих ромбов. Этим обеспечивается ориентация результирующей диаграммы направленности антенны вдоль главной оси, т.е. в зенит. Диапазонность антенны достигается разными размерами ромбов. Для излучения на длинных волнах диапазона использован ромб с длиной ребра излучателя 58 м, при общей длине 116 м, что обеспечивает режим бегущих волн. Для другого края диапазона, с более короткими волнами (порядка 10 м), режим бегущих волн реализован при меньших размерах ребра ромба, равного 32 м и 26 м. Диаграммы направленности излучателей (каждого ромба) могут быть рассчитаны по формуле [см. ближайший аналог, стр.368]:The dynamics of the interaction of the antenna elements is as follows. For sounding the ionosphere in the entire range, it is necessary to provide a ratio of λ max / λ min of the order of six. A constructive solution was chosen for the antenna emitter in the form of two rhombuses crossed in orthogonal planes, suspended on a high support mast made of durable composite material, creating the geometry of the main diagonal of both rhombuses. This ensures the orientation of the resulting antenna pattern along the main axis, i.e. at the zenith. The range of the antenna is achieved by different sizes of diamonds. For radiation at long wavelengths, a rhombus with a radiator rib length of 58 m, with a total length of 116 m, was used, which ensures the traveling wave mode. For the other edge of the range, with shorter waves (of the order of 10 m), the traveling wave mode is implemented with smaller sizes of the rhombus edges equal to 32 m and 26 m. The radiation patterns of the emitters (each rhombus) can be calculated by the formula [see nearest analogue, p. 368]:
где 1 - длина стороны ромба, φ0 - угол между ребром ромба и основной диагональю, φ - текущий угол диаграммы направленности, отсчитываемый от оси. Учитывая, что диаграмма направленности ромбической антенны имеет осевую симметрию, результирующую расчетную диаграмму направленности находят как произведение диаграмм направленности ортогональных ромбов [см. аналог, стр.122]:where 1 is the length of the side of the rhombus, φ 0 is the angle between the edge of the rhombus and the main diagonal, φ is the current angle of the radiation pattern, counted from the axis. Given that the radiation pattern of a rhombic antenna has axial symmetry, the resulting calculated radiation pattern is found as the product of the radiation patterns of orthogonal rhombuses [see analogue, p.122]:
Fpeз.=F1(φ,θ)×F2(φ,θ)F rez. = F 1 (φ, θ) × F 2 (φ, θ)
Расчетные диаграммы направленности ромбов F1(φ,θ), F2(φ,θ) и результирующая диаграмма направленности иллюстрируются фиг.3 (а, б, в). Между коэффициентом направленного действия антенны и углами раствора диаграммы направленности на уровне половинной мощности существует зависимость [см. аналог, стр.124]:The calculated radiation patterns of the rhombuses F 1 (φ, θ), F 2 (φ, θ) and the resulting radiation pattern are illustrated in Fig. 3 (a, b, c). There is a relationship between the directional coefficient of the antenna and the solution angles of the radiation pattern at half power [see analogue, p. 124]:
Из графиков фиг.2 ширина диаграмм направленности излучателя большого ромба составляет F1(φ)=20°, меньшего ромба F2(φ)=36°, результирующей диаграммы направленности Ррез(φ)=12°. Расчетный коэффициент направленного действия заявленного устройства составляет D≈2300, что на порядок превосходит его значение в ближайшем аналоге. Существенное влияние на КНД антенн метровых волн оказывает проводимость почвы в месте расположения антенны. Уровень боковых лепестков и радиояркостная температура антенны убывают пропорционально (1-R2), где R - коэффициент отражения электромагнитных волн от поверхности земли. Для идеально отражающей поверхности R→1. Последнее достигается использованием лучевой схемы заземлителя, выходящей за пределы проекций излучателей антенны на землю. Лучевая схема заземлителя и пути токов в заземлителе иллюстрируются рисунком фиг.3. Все элементы антенны выполены на существующей технической базе. Долговечность эксплуатации антенны обеспечивается применением композитных материалов в элементах конструкции, растяжек и подвески ромбов. Копозитный полимерный материал опорных мачт - серийная продукция научно-производственного предприятия АпАТэк[см., Интернет, сайт http://www.apatch.ru, конструктивные профили, металлокомпозитные накладки]. Составное колено из композитного материала иллюстрируется фиг.4. Многолучевой заземлитель выполнен на винтовых свайных элементах СВС-57/1650 [см. Интернет, сайт http://www.fundex.su/tehnologiya-vintovyh-sv] Винтовой свайный элемент представляет собой металлическую трубу с приваренной с одной стороны лопастью специальной конфигурации (фиг.5). С противоположной стороны трубы приваривается оголовок для подключения заземляющего провода антенны. Винтовые сваи могут оперативно вкручиваться в грунт и выкручиваться из него.From the graphs of figure 2, the width of the radiation patterns of the emitter of the large rhombus is F 1 (φ) = 20 °, the smaller rhombus F 2 (φ) = 36 °, the resulting radiation pattern P res (φ) = 12 °. The estimated directional coefficient of the claimed device is D≈2300, which is an order of magnitude greater than its value in the closest analogue. Conductivity of the soil at the antenna location has a significant effect on the directivity of antennas of meter waves. The level of the side lobes and the radio brightness temperature of the antenna decrease proportionally (1-R 2 ), where R is the reflection coefficient of electromagnetic waves from the earth's surface. For a perfectly reflective surface, R → 1. The latter is achieved by using a beam grounding circuit that extends beyond the projection of the antenna emitters to the ground. The beam circuit of the ground electrode and the current paths in the ground electrode are illustrated in the figure of FIG. 3. All elements of the antenna are made on the existing technical basis. The durability of the antenna is ensured by the use of composite materials in structural elements, stretch marks and diamond pendants. The copositive polymer material of the supporting masts is the serial production of the ApATek scientific-production enterprise [see, Internet, http://www.apatch.ru, structural profiles, metal composite plates]. A composite elbow made of composite material is illustrated in FIG. The multi-beam ground electrode system is made on screw pile elements SVS-57/1650 [see Internet, website http://www.fundex.su/tehnologiya-vintovyh-sv] A screw pile element is a metal pipe with a specially configured blade welded on one side (Fig. 5). On the opposite side of the pipe, a head is welded to connect the antenna ground wire. Screw piles can be quickly screwed into the soil and twisted out of it.
Эффективность антенны характеризуется существенной диапазонностью, высоким коэффициентом направленного действия, малым уровнем боковых лепестков за счет режима зеркального противовеса многолучевого заземлителя.The effectiveness of the antenna is characterized by a significant range, a high coefficient of directional action, a low level of side lobes due to the mirror counterbalance of the multipath earthing switch.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123479/08A RU2504054C1 (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Antenna for probing ionosphere |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012123479/08A RU2504054C1 (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Antenna for probing ionosphere |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012123479A RU2012123479A (en) | 2013-12-20 |
RU2504054C1 true RU2504054C1 (en) | 2014-01-10 |
Family
ID=49784367
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012123479/08A RU2504054C1 (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Antenna for probing ionosphere |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2504054C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1658105A1 (en) * | 1989-04-18 | 1991-06-23 | Харьковский Институт Радиоэлектроники Им.Акад.М.К.Янгеля | Radioacoustics atmospheric probing |
WO2002008785A1 (en) * | 2000-07-26 | 2002-01-31 | Alenia Marconi Systems Limited | Near-vertical incidence hf radar |
RU2196345C2 (en) * | 2000-05-17 | 2003-01-10 | Акционерное общество открытого типа "Лантан" | Way for radio acoustic atmosphere sounding |
US20100063733A1 (en) * | 2008-09-09 | 2010-03-11 | Thomas Patrick Yunck | Cellular Interferometer for Continuous Earth Remote Observation (CICERO) |
US20100225529A1 (en) * | 2009-03-05 | 2010-09-09 | Southwest Research Institute | Unswitched, ultra low power, long range radar system |
RU2399062C1 (en) * | 2009-07-15 | 2010-09-10 | Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Ionospheric probe-direction finder |
RU2413363C1 (en) * | 2009-08-03 | 2011-02-27 | Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Method of controlling propagation of short radio waves in ionospheric waveguide |
-
2012
- 2012-06-07 RU RU2012123479/08A patent/RU2504054C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1658105A1 (en) * | 1989-04-18 | 1991-06-23 | Харьковский Институт Радиоэлектроники Им.Акад.М.К.Янгеля | Radioacoustics atmospheric probing |
RU2196345C2 (en) * | 2000-05-17 | 2003-01-10 | Акционерное общество открытого типа "Лантан" | Way for radio acoustic atmosphere sounding |
WO2002008785A1 (en) * | 2000-07-26 | 2002-01-31 | Alenia Marconi Systems Limited | Near-vertical incidence hf radar |
US20100063733A1 (en) * | 2008-09-09 | 2010-03-11 | Thomas Patrick Yunck | Cellular Interferometer for Continuous Earth Remote Observation (CICERO) |
US20100225529A1 (en) * | 2009-03-05 | 2010-09-09 | Southwest Research Institute | Unswitched, ultra low power, long range radar system |
RU2399062C1 (en) * | 2009-07-15 | 2010-09-10 | Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Ionospheric probe-direction finder |
RU2413363C1 (en) * | 2009-08-03 | 2011-02-27 | Федеральное государственное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Method of controlling propagation of short radio waves in ionospheric waveguide |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
9. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012123479A (en) | 2013-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7471258B2 (en) | Coaxial cable having high radiation efficiency | |
US11121471B2 (en) | Dual directional log-periodic antenna and an antenna arrangement | |
US10224619B2 (en) | Antenna device of radar system | |
Singh et al. | A modified coaxial probe-fed Sierpinski fractal wideband and high gain antenna | |
RU2619849C1 (en) | Rotary logoperiodic antenna-feeder device | |
RU2504054C1 (en) | Antenna for probing ionosphere | |
RU128789U1 (en) | LOGOPERIODIC ANTENNA | |
CN108028454B (en) | Surface wave antenna, antenna array and use of an antenna or antenna array | |
JP6421057B2 (en) | Broadband omnidirectional antenna | |
US10355369B1 (en) | Elemental crested dipole antenna | |
US20200411999A1 (en) | Tower based antenna including multiple sets of elongate antenna elements and related methods | |
CN105977629A (en) | Ultra-wideband dispersion type loading linear antenna | |
Hasserjian et al. | Low-frequency subsurface antennas | |
Thakur et al. | Microstrip patch antenna array for Rainfall RADAR | |
Khalid et al. | Directional and wideband antenna for ground penetrating radar (GPR) applications | |
RU2343603C2 (en) | Method of exciting and tuning cophased antenna array of rhomb shaped elements and antenna-feeder device to this end | |
RU2655724C2 (en) | Log-periodic dipole array | |
RU2649676C1 (en) | Short wave band omnidirectional antenna | |
CN106450709B (en) | Four-unit interconnected symmetrical oscillator circular antenna array for electric small-distance direction finding | |
RU2356140C1 (en) | Log-periodic vibrator antenna | |
RU2556421C2 (en) | Combined shipborne quasi-collinear antenna for automatic identification system | |
Al-Tarifi et al. | Dual-band resonant cavity antenna with a single dielectric superstrate | |
RU2528091C1 (en) | Biconical antenna | |
JP4521567B2 (en) | Dipole antenna and antenna device using the same | |
US9231300B1 (en) | Grounded mast clamp current probe electrostatic shield counterpoise |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150608 |