RU2572072C1

RU2572072C1 - Dipole antenna

Info

Publication number: RU2572072C1
Application number: RU2014142735/28A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Валерьевич Сорокин; Максим Владимирович Ковалёв; Сергей Анатольевич Шрамко; Алексей Валерьевич Иванов; Юлия Геннадиевна Драгунова
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2015-12-27

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: dipole antenna comprises a radiator placed over a screen and a coaxial connector placed under the screen and having a centre conductor. An antenna housing is additionally mounted along the longitudinal axis of the antenna, wherein a matching device is installed between the radiator and the coaxial connector, said matching device having a centre conductor and an insulator between the antenna housing and the centre conductor. The radiator and the centre conductors of the matching device and coaxial connector are integrated; the radiator and part of the antenna housing situated over the screen are moulded from radioparent heat-protective material, and the antenna housing is configured to be fixed in the screen; part of the antenna housing situated under the screen is in the form an external contact of the coaxial connector.

EFFECT: simple design, high manufacturability, reduced overall dimensions, improved performance and high reliability.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области антенн летательных аппаратов. Может быть использовано в дециметровом диапазоне длин волн в качестве передающей или приемной антенны летательного аппарата (ЛА) при интенсивных тепловых нагрузках и близком расположении металлических деталей конструкции ЛА.The invention relates to the field of radio engineering, and in particular to the field of aircraft antennas. It can be used in the decimeter wavelength range as a transmitting or receiving antenna of an aircraft (LA) at intense heat loads and close proximity to metal parts of the aircraft structure.

Известны вибраторные антенны (Техника сверхвысоких частот. Пер. под ред. Я.Н. Фельда, ч. 1. М.: Советское радио, 1952, с. 115-118, рис. IV.1, IV.2, IV.5-IV.8), выполненные в виде трубчатой антенны. Одна из известных вибраторных антенн содержит центральный проводящий стержень, расположенный над экраном и соединенный с центральным проводником коаксиального фидера, и трубчатый проводник, расположенный вокруг центрального проводящего стержня и соединенный своим нижним концом с экраном. Недостатком данной вибраторной антенны является сложность конструктивного выполнения.Vibrator antennas are known (Superhigh Frequency Technique. Trans., Edited by Y.N. Feld, Part 1. M.: Soviet Radio, 1952, p. 115-118, Fig. IV.1, IV.2, IV.5 -IV.8) made in the form of a tubular antenna. One of the known vibrating antennas contains a Central conductive rod located above the screen and connected to the Central conductor of the coaxial feeder, and a tubular conductor located around the Central conductive rod and connected at its lower end to the screen. The disadvantage of this vibrator antenna is the complexity of the design.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является вибраторная антенна (А.с. №1079133, приоритет от 03.02.1981 «Ультракоротковолновая вибраторная антенна» авторов Янно И.Α., Сосунова Б.В., Чернолеса В.П., Куша М.И. МПК5: H01Q 9/18, опубл. 27.01.1999, Бюл. №3), содержащая центральный проводящий стержень, размещенный над экраном и соединенный с центральным проводником коаксиального фидера, внешний проводник которого соединен с экраном, и несколько проводящих стержней, установленных параллельно центральному проводящему стержню вокруг него и замкнутых своими нижними концами на экран. Дополнительно введены наклонные проводящие стержни, каждый из которых соединен своим верхним концом с верхним концом соответствующего проводящего стержня, а своим нижним концом - с экраном, причем угол наклона наклонных проводящих стержней составляет 40-60° относительно плоскости экрана, а соотношение высот центрального проводящего стержня и каждого из проводящих стержней составляет 1,82-1,67. Недостатком данной вибраторной антенны является сложность конструктивного выполнения и невозможность использования на ЛА при интенсивных тепловых нагрузках и близком расположении металлических деталей конструкции ЛА.The closest technical solution to this invention is a vibrator antenna (A.S. No. 1079133, priority 03.02.1981 "Ultra-short wave vibrator antenna" by Yanno I.Α., Sosunova B.V., Chernoles V.P., Kush M. I. IPC5: H01Q 9/18, publ. 01/27/1999, Bull. No. 3), containing a Central conductive rod located above the screen and connected to the Central conductor of the coaxial feeder, the outer conductor of which is connected to the screen, and several conductive rods installed parallel to the central conductive rod around it and mknutyh their lower ends on the screen. Additionally introduced inclined conductive rods, each of which is connected with its upper end to the upper end of the corresponding conductive rod, and its lower end is connected to the screen, and the angle of inclination of the inclined conductive rods is 40-60 ° relative to the plane of the screen, and the ratio of the heights of the Central conductive rod and each of the conductive rods is 1.82-1.67. The disadvantage of this vibratory antenna is the complexity of the structural implementation and the inability to use the aircraft with intense thermal loads and the close proximity of the metal parts of the aircraft structure.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении конструкции, повышении технологичности изготовления, уменьшении габаритов, улучшении эксплуатационных характеристик, повышении надежности.The technical result to which the claimed invention is directed is to simplify the design, increase the manufacturability of production, reduce dimensions, improve operational characteristics, and increase reliability.

Данный технический результат достигается тем, что в вибраторной антенне, содержащей излучатель, размещенный над экраном, коаксиальный соединитель, размещенный под экраном и включающий центральный проводник, новым является то, что вдоль продольной оси антенны дополнительно установлен корпус антенны, в котором между излучателем и коаксиальным соединителем установлено согласующее устройство, включающее центральный проводник и изолятор, расположенный между корпусом антенны и центральным проводником, при этом излучатель и центральные проводники согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое, излучатель и часть корпуса антенны, расположенная над экраном, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом, а корпус антенны выполнен с возможностью фиксирования в экране, часть корпуса антенны, расположенная под экраном, выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя.This technical result is achieved by the fact that in a vibrator antenna containing a radiator located above the screen, a coaxial connector located below the screen and including a central conductor, it is new that along the longitudinal axis of the antenna an antenna housing is additionally installed, in which between the radiator and the coaxial connector a matching device is installed, including a central conductor and an insulator located between the antenna body and the central conductor, while the emitter and the central the ovodniks of the matching device and the coaxial connector are made in one piece, the emitter and the part of the antenna body located above the screen are oppressed with radiolucent heat-shielding material, and the antenna body is made with the possibility of fixing in the screen, the part of the antenna body located under the screen is made in the form of an external contact of the coaxial connector.

За счет установки вдоль продольной оси антенны корпуса антенны, который является также корпусом для согласующего устройства и внешним контактом коаксиального соединителя, а также выполнения излучателя и центральных проводников согласующего устройства и коаксиального соединителя за одно целое упрощается конструкция и повышается технологичность изготовления. Применение согласующего устройства обеспечивает работоспособность антенны при близком расположении металлических деталей конструкции ЛА, что улучшает эксплуатационные характеристики. За счет применения корпуса антенны, выполненного с возможностью фиксирования в экране, а также опрессовки излучателя, что уменьшает его габариты, и части корпуса антенны, расположенной над экраном, радиопрозрачным теплозащитным материалом повышается стойкость к СВЧ-пробою и интенсивным тепловым нагрузкам, вследствие чего повышается надежность антенны.Due to the installation along the longitudinal axis of the antenna of the antenna body, which is also the housing for the matching device and the external contact of the coaxial connector, as well as the implementation of the emitter and the central conductors of the matching device and the coaxial connector in one piece, the design is simplified and the manufacturability is improved. The use of a matching device ensures the operability of the antenna at close proximity to the metal parts of the aircraft structure, which improves operational characteristics. Due to the use of the antenna body, made with the possibility of fixing it in the screen, as well as pressure testing of the emitter, which reduces its dimensions, and the part of the antenna body located above the screen, the radiolucent heat-shielding material increases the resistance to microwave breakdown and intense heat loads, thereby increasing reliability antennas.

На фиг. 1 приведен эскиз варианта конструкции вибраторной антенны (в продольном разрезе). На фиг. 2 приведена экспериментальная характеристика согласования антенны (зависимость коэффициента стоячей волны по напряжению от частоты), где КСВн - коэффициент стоячей волны по напряжению, F₀ - рабочая частота антенны. На фиг. 3 приведен пример установки вибраторной антенны на торцевой поверхности корпуса ЛА, а также показано направление отсчета углов при измерении диаграмм направленности антенны в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: плоскость угла ϕ и плоскость угла θ. На фиг. 4 приведены экспериментальные диаграммы направленности антенны в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Сплошной линией показана диаграмма направленности в плоскости угла θ, пунктирной линией - плоскости угла ϕ.In FIG. Figure 1 shows a sketch of a design variant of a vibrator antenna (in longitudinal section). In FIG. Figure 2 shows the experimental characteristic of matching the antenna (the dependence of the standing wave coefficient in voltage versus frequency), where the VSWR is the standing wave coefficient in voltage, F ₀ is the operating frequency of the antenna. In FIG. Figure 3 shows an example of installing a vibrating antenna on the end surface of an aircraft’s hull, and also shows the direction of the angle reading when measuring antenna patterns in two mutually perpendicular planes: the plane of the angle ϕ and the plane of the angle θ. In FIG. Figure 4 shows the experimental radiation patterns of the antenna in two mutually perpendicular planes. The solid line shows the radiation pattern in the plane of the angle θ, and the dashed line shows the plane of the angle ϕ.

Вибраторная антенна (фиг 1) содержит излучатель 1, корпус 2 антенны, согласующее устройство, включающее центральный проводник 3 и изолятор 4, коаксиальный соединитель, включающий центральный проводник 5, экран 6. Излучатель 1 размещен над экраном 6. Корпус 2 антенны установлен вдоль продольной оси антенны. Коаксиальный соединитель размещен под экраном 6 в части корпуса 2, которая выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя. Согласующее устройство установлено в корпусе 2 антенны между излучателем 1 и коаксиальным соединителем. Изолятор 4 расположен между корпусом 2 антенны и центральным проводником 3. Согласующее устройство служит для согласования антенны с питающим фидерным трактом, имеющим волновое сопротивление 50 Ом, и компенсации емкостного реактивного сопротивления верхней части антенны - излучателя 1.The vibrator antenna (FIG. 1) comprises an emitter 1, an antenna body 2, a matching device including a central conductor 3 and an insulator 4, a coaxial connector including a central conductor 5, a shield 6. An emitter 1 is placed above the shield 6. The antenna housing 2 is installed along the longitudinal axis antennas. The coaxial connector is placed under the screen 6 in the part of the housing 2, which is made in the form of an external contact of the coaxial connector. A matching device is installed in the antenna housing 2 between the emitter 1 and the coaxial connector. An insulator 4 is located between the antenna housing 2 and the central conductor 3. The matching device is used to coordinate the antenna with a feeder path having a wave impedance of 50 Ohms, and to compensate for the capacitive reactance of the upper part of the antenna - emitter 1.

Излучатель 1 и центральные проводники 3 и 5 согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое. Излучатель 1 и часть корпуса 2 антенны, расположенная над экраном 6, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом 7 (РТМ-6). Корпус 2 антенны фиксируется в экране 6 с помощью гайки 8. В антенне предусмотрено уплотнительное кольцо 9 для герметизации установочного отверстия в экране 6. Излучатель 1 и корпус 2 антенны выполнены из стали 14X17H2. Изолятор 4 изготовлен из РТМ-6. Коаксиальный соединитель представляет собой ответную часть (вилку) для подключения ВЧ кабеля 10 посредством розетки кабельной 11. Для подтверждения характеристик, приведенных на фиг. 2 и 4, антенна устанавливалась на торцевую поверхность макета корпуса ЛА. Коэффициент усиления антенны в максимуме диаграммы направленности составил около 2 дБ.The emitter 1 and the Central conductors 3 and 5 of the matching device and the coaxial connector are made in one piece. The emitter 1 and part of the antenna housing 2, located above the screen 6, are oppressed by a radiolucent heat-shielding material 7 (RTM-6). The antenna housing 2 is fixed in the shield 6 by means of a nut 8. A sealing ring 9 is provided in the antenna for sealing the mounting hole in the shield 6. The emitter 1 and antenna housing 2 are made of steel 14X17H2. Insulator 4 is made of RTM-6. The coaxial connector is a mating part (plug) for connecting the RF cable 10 via the cable outlet 11. To confirm the characteristics shown in FIG. 2 and 4, the antenna was installed on the end surface of the model of the aircraft body. The antenna gain at the maximum of the radiation pattern was about 2 dB.

Вибраторная антенна работает следующим образом.Vibrator antenna works as follows.

Высокочастотный (ВЧ) сигнал от передатчика (на фиг. 1 не показан) через коаксиальный соединитель 5 поступает в согласующее устройство. Согласующее устройство 3, 4 компенсирует емкостное реактивное сопротивление верхней части антенны - излучателя, возникающее из-за наличия рядом с антенной металлических деталей корпуса ЛА, и согласовывает его с питающим фидерным трактом, имеющим волновое сопротивление 50 Ом. На фиг. 2 видно, что ширина полосы согласования по уровню КСВн равному 2,0 составляет более ±75 МГц относительно рабочей частоты антенны F₀. После согласующего устройства ВЧ сигнал поступает на излучатель. Ток, протекающий по излучателю 1, возбуждает электромагнитное поле линейной поляризации. На фиг. 4 видно, что в плоскости угла ϕ диаграмма направленности антенны всенаправленная, а в плоскости угла θ имеет выраженный максимум, направленный под углом около 20° от оси макета корпуса ЛА.The high-frequency (HF) signal from the transmitter (not shown in Fig. 1) through the coaxial connector 5 enters the matching device. Matching device 3, 4 compensates for the capacitive reactance of the upper part of the antenna - emitter, which arises due to the presence of metal parts of the aircraft body near the antenna, and matches it with the feeding feeder path having a wave impedance of 50 Ohms. In FIG. 2 it can be seen that the matching bandwidth of the level of the VSWR equal to 2.0 is more than ± 75 MHz relative to the operating frequency of the antenna F ₀ . After the matching device, the RF signal is fed to the emitter. The current flowing through the emitter 1, excites an electromagnetic field of linear polarization. In FIG. Figure 4 shows that in the plane of the angle ϕ the antenna radiation pattern is omnidirectional, and in the plane of the angle θ it has a pronounced maximum directed at an angle of about 20 ° from the axis of the model of the aircraft body.

Claims

A vibrator antenna comprising a radiator located above the screen, a coaxial connector located below the screen and including a central conductor, characterized in that an antenna body is additionally installed along the longitudinal axis of the antenna, in which a matching device including a central conductor and an insulator is installed between the radiator and the coaxial connector located between the antenna body and the central conductor, while the emitter and the Central conductors of the matching device and coaxial with edinitelya formed integrally, and the radiator part of the antenna located above the screen housing, a compression radio transparent heatproof material, and the antenna body is configured to fix the screen in a portion of the antenna housing located below the screen is formed as a coaxial connector outer contact.