RU2585319C1 - Antenna system for navigation receiver of aerological radiosonde - Google Patents

Antenna system for navigation receiver of aerological radiosonde Download PDF

Info

Publication number
RU2585319C1
RU2585319C1 RU2015108227/28A RU2015108227A RU2585319C1 RU 2585319 C1 RU2585319 C1 RU 2585319C1 RU 2015108227/28 A RU2015108227/28 A RU 2015108227/28A RU 2015108227 A RU2015108227 A RU 2015108227A RU 2585319 C1 RU2585319 C1 RU 2585319C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dipole
navigation
antenna
navigation receiver
balancing device
Prior art date
Application number
RU2015108227/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.Г. Сычугов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ОРТИКС"
Сычугов Сергей Геннадиевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ОРТИКС", Сычугов Сергей Геннадиевич filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ОРТИКС"
Priority to RU2015108227/28A priority Critical patent/RU2585319C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2585319C1 publication Critical patent/RU2585319C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: electronic equipment.
SUBSTANCE: invention relates to electronic engineering, to antenna systems and can be used in aerological radio sounders for receiving navigation signals of satellite navigation systems GPS/GLONNAS, etc. Disclosed antenna system for aerological radio sounder navigation receiver includes dipole system made up of two pairs of inverted V-shaped dipole elements lying in perpendicular planes, each dipole is made in form of two vibrators, balancing device in form of short-circuited bridge, power line is of micro strip type, and all elements are made on two printed circuit boards, which are located on common base with filter, navigation receiver GPS/GLONASS itself and driver with USB interface.
EFFECT: high accuracy of measuring navigation parameters of probes in severe dynamic flight conditions.
1 cl, 1 tbl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, к антенным системам и может быть использовано в аэрологических радиозондах (АРЗ) для приема навигационных сигналов спутниковых навигационных систем типа GPS/ГЛОННАС и др.The invention relates to electronic equipment, to antenna systems and can be used in aerological radiosondes (ARZ) for receiving navigation signals from satellite navigation systems such as GPS / GLONNAS, etc.

Известен приемник навигационных сигналов GPS, который имеет антенну с круговой поляризацией, см. Ю.А. Соловьев "Спутниковая навигация и ее приложения" ЭКО-ТРЕНДЗ, М., 2003 г., стр. 116.A known receiver of GPS navigation signals, which has an antenna with circular polarization, see Yu.A. Soloviev, "Satellite Navigation and Its Applications," ECO-TRENDS, Moscow, 2003, p. 116.

Этот приемник предназначен для работы в жестких динамических условиях движения артиллерийских снарядов и ракет высокоточного оружия. Фирмы Rockwell-Collins. Приемник работает в условиях после перегрузки 15000д при вращении с частотой до 260 Гц.This receiver is designed to work in harsh dynamic conditions of movement of artillery shells and missiles of high-precision weapons. Rockwell-Collins Firms. The receiver operates in conditions after an overload of 15000 d when rotating with a frequency of up to 260 Hz.

Недостатки приемника (следовательно и антенны):The disadvantages of the receiver (and therefore the antenna):

- применим для тяжелых снарядов калибра 12-15* дюймов (вес несколько сотен кг) и управляемых авиабомб, а также ракет средней дальности (все они весом не одну тонну). Отсюда этот приемник с антенной весит до 10 кг. Видно, что для АРЗ это, конечно, не подходит;- applicable to heavy shells of caliber 12-15 * inches (weight several hundred kg) and guided bombs, as well as medium-range missiles (all of them weighing more than one ton). From here, this receiver with antenna weighs up to 10 kg. It is evident that for ARZ this, of course, is not suitable;

- стоимость такого приемника составляет порядка 10000$, а стоимость одного АРЗ составляет порядка 25-30$, в год же только в России АРЗ запускается ~500000 шт.- the cost of such a receiver is about $ 10,000, and the cost of one ARZ is about $ 25-30, per year, only in Russia ~ 500,000 are launched.

Также проблемой приема навигационных сигналов является "болтанка" АРЗ при сильных порывах ветра в верхних слоях атмосферы (до ±360°) и при турбулентности ветровых потоков, что может привести к ошибкам определения координат АРЗ. Поэтому предъявляются повышенные требования к антеннам приемников навигационных сигналов.Also, the problem of receiving navigation signals is the “chatter” of the ARZ with strong gusts of wind in the upper atmosphere (up to ± 360 °) and with turbulence of wind flows, which can lead to errors in determining the coordinates of the ARZ. Therefore, increased demands are placed on the antennas of the receivers of navigation signals.

Обычно в навигационных приемниках используются либо внешние, либо внутренние керамические пластины. Эти антенны хорошо проявили себя при установке на автомобилях, судах по крену, но в условиях применения в АРЗ их технические характеристики оставляют желать лучшего.Typically, navigation receivers use either external or internal ceramic plates. These antennas showed themselves well when installed on cars, roll vessels, but in the conditions of use in the ARZ their technical characteristics leave much to be desired.

Из существующего уровня техники известна Circularly polarized dipole antenna US 3196443 А, представляющая антенну, содержащую две пары взаимно перпендикулярных диполей из цилиндрических проводников, лежащих в одной плоскости, симметрирующее устройство в виде короткозамкнутого стакана, которая способна излучать и принимать поле круговой поляризации.Circularly polarized dipole antenna US 3196443 A is known from the state of the art, which represents an antenna containing two pairs of mutually perpendicular dipoles from cylindrical conductors lying in one plane, a balancing device in the form of a short-circuited glass, which is capable of emitting and receiving a circular polarized field.

Недостатками описанного устройства являются:The disadvantages of the described device are:

- сложность конструкции;- design complexity;

- высокий коэффициент эллиптичности поляризации излучаемого поля на малых углах места.- a high coefficient of ellipticity of polarization of the radiated field at small elevation angles.

Известна Circularly polarized cross dipole antenna US 6163306 А. Антенна содержит два L-образных элемента и двухпроводную линию питания, выполненные на печатной плате, расположенной над проводящим экраном. L-образные элементы расположены так, что образуют два перекрещенных диполя, линия питания соединяет диполи и симметрирующее устройство, выполненное на другой печатной плате. Антенна, которая способна излучать и принимать поле круговой поляризации.Known Circularly polarized cross dipole antenna US 6163306 A. The antenna contains two L-shaped elements and a two-wire power line made on a printed circuit board located above the conductive screen. L-shaped elements are arranged so that they form two crossed dipoles, a power line connects the dipoles and a balancing device made on another printed circuit board. An antenna that is capable of emitting and receiving a circular polarization field.

Недостатком описанной антенны является:The disadvantage of the described antenna is:

- высокий коэффициент эллиптичности поляризации излучаемого поля на малых углах места.- a high coefficient of ellipticity of polarization of the radiated field at small elevation angles.

В качестве прототипа рассмотрим Circularly polarized cross dipole antenna US 6271800 B1, которая содержит рефлектор в виде пластины, два перекрещенных диполя на основе четырех V-образных цилиндрических проводников, коаксиальную линию питания, симметрирующее устройство. V-элементы образуют две пары, каждая пара лежит в одной плоскости, перпендикулярной плоскости другой пары, плоскости пар при этом перпендикулярны рефлектору. Внутри пар V-элементы расположены так, что одно плечо каждого V-элемента параллельно одному плечу другого V-элемента, и свободный конец этого плеча соединен с рефлектором. Два параллельных плеча одной пары образуют симметрирующее устройство в виде короткозамкнутого мостика, в одном из плеч которого проложена коаксиальная линия, питающая диполь, образованный этой парой. Недостатком описанного устройства является:As a prototype, consider the Circularly polarized cross dipole antenna US 6271800 B1, which contains a plate-shaped reflector, two crossed dipoles based on four V-shaped cylindrical conductors, a coaxial power line, and a balancing device. V-elements form two pairs, each pair lies in one plane perpendicular to the plane of the other pair, while the plane of the pairs is perpendicular to the reflector. Inside the pairs, the V-elements are arranged so that one arm of each V-element is parallel to one arm of the other V-element, and the free end of this arm is connected to the reflector. Two parallel shoulders of one pair form a balancing device in the form of a short-circuited bridge, in one of the shoulders of which a coaxial line is laid that feeds the dipole formed by this pair. The disadvantage of the described device is:

- сложность конструкции;- design complexity;

- низкая технологичность.- low manufacturability.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения навигационных параметров АРЗ в жестких динамических условиях полета: болтанка, турбулентность, большие ветровые порывы разного знака и пр., а также повышение помехоустойчивости при подъеме АРЗ из-за излучения различных наземных источников.An object of the invention is to increase the accuracy of measuring the navigation parameters of the ARZ in severe dynamic flight conditions: turbulence, turbulence, large wind gusts of different signs, etc., as well as improving noise immunity when lifting the ARZ due to radiation from various ground sources.

Технический результат достигается за счет применения однокального приемника навигационных сигналов GPS/ГЛОНАСС и применения оригинальной вибраторной антенны с круговой поляризацией, т.е. по X и Y ординатам.The technical result is achieved through the use of a single receiver of GPS / GLONASS navigation signals and the use of an original circular polarized vibrator antenna, i.e. in X and Y ordinates.

Для решения поставленной задачи предлагается антенная система навигационного приемника аэрологического радиозонда, содержащая дипольную систему, образованную из двух пар перевернутых V-образных дипольных элементов, лежащих в перпендикулярных плоскостях, причем каждый диполь выполнен в виде двух вибраторов, симметрирующее устройство в виде короткозамкнутого мостика, линия питания - микрополосковая, а все элементы выполнены на двух печатных платах, которые расположены на общем основании с фильтром, собственно навигационным приемником GPS/ГЛОНАСС и драйвером с USB-интерфейсом.To solve this problem, an antenna system for a navigation receiver of an aerological radio probe is proposed, containing a dipole system formed of two pairs of inverted V-shaped dipole elements lying in perpendicular planes, each dipole made in the form of two vibrators, a balancing device in the form of a short-circuited bridge, a power line - microstrip, and all elements are made on two printed circuit boards, which are located on a common base with a filter, the actual navigation receiver GPS / GLONASS and the driver with the USB-interface.

На фиг. 1 предоставлены два общих вида антенны в изометрии, гдеIn FIG. 1, two general views of an isometric antenna are provided, where

1, 2, 5, 7 - плечи диполей;1, 2, 5, 7 - shoulders of dipoles;

3, 4, 14 - точки электрического контакта;3, 4, 14 - points of electrical contact;

6 - Г-образный проводник;6 - L-shaped conductor;

8, 9, 16, 17 - проводники симметрирующего устройства;8, 9, 16, 17 - conductors of a balancing device;

10, 11, 12, 13 - плечи рефлекторов;10, 11, 12, 13 - shoulders of reflectors;

15 - выход антенны.15 - antenna output.

На фиг. 2 предоставлена антенна в сборе на общей печатной плате с навигационным приемником. Антенна состоит из двух диэлектрических пластин (на фигуре условно не показаны), которые лежат в плоскости XOZ и YOZ и пересекают друг друга. На первой пластине, в плоскости XOZ, расположены диполь, образованный плечами 2 и 5, проводники 8 и 16 симметрирующего устройства (на фигуре условно не выделено), рефлектор, образованный плечами 11 и 12, соединенными между собой в точке 14, при этом рефлектор перпендикулярен проводникам 8 и 16 и имеет с ними электрический контакт примерно в собственном центре. Плечи диполя 2 и 5 ортогональны друг другу и расположены под углом к проводникам 8 и 16, при этом плечо 2 и проводник 8 контактируют в точке 3, а плечо 5 и проводник 16 контактируют в точке 4. На второй пластине, в плоскости, параллельной YOZ, расположены диполь, образованный плечами 1 и 7, Г-образный проводник 6, проводники 9 и 17 симметрирующего устройства (на фигуре условно не выделено), рефлектор, образованный плечами 10 и 13, соединенными между собой в точке 14, при этом рефлектор перпендикулярен проводникам 9 и 17 и имеет с ними электрический контакт примерно в собственном центре. Плечи диполя 1 и 7 ортогональны друг другу и расположены под углом к проводникам 9 и 17, при этом плечо 1 и проводник 17 контактируют в точке 3, а плечо 7 и проводник 9 контактируют в точке 4. Г-образный проводник 6 расположен в районе проводника 9, на противоположной стороне второй пластины, так что образует с проводником 9 и частью проводника 13 несимметричную полосковую линию передачи, один конец которой является выходом антенны 15. Конец Г-образного проводника, противоположный входу 15, подключен к точке 3.In FIG. 2, an antenna assembly is provided on a common circuit board with a navigation receiver. The antenna consists of two dielectric plates (not conventionally shown in the figure), which lie in the XOZ and YOZ planes and intersect each other. On the first plate, in the XOZ plane, there are a dipole formed by shoulders 2 and 5, conductors 8 and 16 of a balancing device (not conditionally highlighted in the figure), a reflector formed by shoulders 11 and 12 connected to each other at point 14, while the reflector is perpendicular conductors 8 and 16 and has electrical contact with them at about their own center. The arms of dipole 2 and 5 are orthogonal to each other and are located at an angle to the conductors 8 and 16, while arm 2 and conductor 8 are in contact at point 3, and arm 5 and conductor 16 are in contact at point 4. On the second plate, in a plane parallel to YOZ are located a dipole formed by shoulders 1 and 7, a L-shaped conductor 6, conductors 9 and 17 of a balancing device (not conditionally highlighted in the figure), a reflector formed by shoulders 10 and 13 connected to each other at point 14, while the reflector is perpendicular to the conductors 9 and 17 and has electrical contact with them example but in its own center. The shoulders of dipole 1 and 7 are orthogonal to each other and are located at an angle to the conductors 9 and 17, while the shoulder 1 and conductor 17 are in contact at point 3, and the shoulder 7 and conductor 9 are in contact at point 4. L-shaped conductor 6 is located in the region of the conductor 9, on the opposite side of the second plate, so that it forms an asymmetric strip transmission line with the conductor 9 and part of the conductor 13, one end of which is the output of the antenna 15. The end of the L-shaped conductor, opposite the input 15, is connected to point 3.

Размеры обоих рефлекторов составляют (0,52÷0,55)*λср без учета коэффициента укорочения за счет торцевого эффекта и влияния диэлектрической проницаемости материала пластин. Сумма длин плеч диполей такова, что резонансная частота одного диполя выше средней частоты рабочего диапазона, а резонансная частота другого ниже. Длина проводников 8, 9, 16, 17 составляет не более 0,25*λср.The dimensions of both reflectors are (0.52 ÷ 0.55) * λ cf without taking into account the shortening coefficient due to the end effect and the influence of the dielectric constant of the plate material. The sum of the dipole arm lengths is such that the resonance frequency of one dipole is higher than the average frequency of the operating range, and the resonance frequency of the other is lower. The length of the conductors 8, 9, 16, 17 is not more than 0.25 * λ cf.

Антенна в середине рабочего диапазона работает следующим образом.The antenna in the middle of the operating range works as follows.

Электромагнитная волна с круговой поляризацией, которую можно представить как сумму двух волн с линейными поляризациями, ортогональными друг другу и сдвинутыми по фазе на 90°, падает на антенну, при этом каждый диполь принимает соответствующую линейно поляризованную составляющую падающей волны, а каждый рефлектор отражает. Применение рефлекторов позволяет получить преимущественно односторонний прием поля антенной. Благодаря тому что один из диполей имеет резонансную частоту, большую, чем средняя частота работы антенны, а другой меньшую, задержка по фазе между токами, наведенными на плечи диполей, нивелируется в точках 3 и 4, и электромагнитная энергия от ортогональных диполей складывается синфазно. Через полосковую линию передачи симметрирующего устройства, представляющего собой короткозамкнутый мостик, от контактов 3-4 энергия попадает на выход антенны 15. Расположение плеч диполей под острым углом к соответствующим проводникам симметрирующего устройства позволяет улучшить коэффициент эллиптичности антенны на низких углах места.An electromagnetic wave with circular polarization, which can be represented as the sum of two waves with linear polarizations orthogonal to each other and 90 ° out of phase, is incident on the antenna, with each dipole receiving the corresponding linearly polarized component of the incident wave, and each reflector reflecting. The use of reflectors makes it possible to obtain predominantly one-sided reception of the field by the antenna. Due to the fact that one of the dipoles has a resonant frequency that is higher than the average frequency of the antenna, and the other is smaller, the phase delay between the currents induced on the shoulders of the dipoles is leveled at points 3 and 4, and the electromagnetic energy from the orthogonal dipoles is added in phase. Through the strip transmission line of the balancing device, which is a short-circuited bridge, from the contacts 3-4, the energy enters the output of the antenna 15. The dipole arms at an acute angle to the corresponding conductors of the balancing device can improve the antenna ellipticity coefficient at low elevation angles.

С целью повышения технологичности антенны плечи диполей, проводники симметрирующего устройства, Г-образный проводник, рефлекторы выполнены по технологии печатных плат. Антенна конструктивно состоит из двух печатных плат, соединенных между собой пазами с последующей пайкой в точках 3, 4, 14.In order to increase the manufacturability of the antenna, the shoulders of the dipoles, the conductors of the balancing device, the L-shaped conductor, and reflectors are made using printed circuit board technology. The antenna structurally consists of two printed circuit boards, interconnected by grooves with subsequent soldering at points 3, 4, 14.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Антенная система навигационного приемника аэрологического радиозонда, содержащая дипольную систему, образованную из двух пар перевернутых V-образных дипольных элементов, лежащих в перпендикулярных плоскостях, отличающаяся тем, что каждый диполь выполнен в виде двух вибраторов, симметрирующее устройство в виде короткозамкнутого мостика, линия питания - микрополосковая, а все элементы выполнены на двух печатных платах, которые расположены на общем основании с фильтром, собственно навигационным приемником GPS/ГЛОНАСС и драйвером с USB-интерфейсом. The antenna system of the navigation receiver of the aerological radiosonde containing a dipole system formed of two pairs of inverted V-shaped dipole elements lying in perpendicular planes, characterized in that each dipole is made in the form of two vibrators, a balancing device in the form of a short-circuited bridge, the power line is a microstrip , and all the elements are made on two printed circuit boards, which are located on a common base with a filter, the actual GPS / GLONASS navigation receiver and a driver with USB-inter interface.
RU2015108227/28A 2015-03-10 2015-03-10 Antenna system for navigation receiver of aerological radiosonde RU2585319C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015108227/28A RU2585319C1 (en) 2015-03-10 2015-03-10 Antenna system for navigation receiver of aerological radiosonde

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015108227/28A RU2585319C1 (en) 2015-03-10 2015-03-10 Antenna system for navigation receiver of aerological radiosonde

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2585319C1 true RU2585319C1 (en) 2016-05-27

Family

ID=56096043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015108227/28A RU2585319C1 (en) 2015-03-10 2015-03-10 Antenna system for navigation receiver of aerological radiosonde

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2585319C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108281757A (en) * 2017-01-06 2018-07-13 罗森伯格技术(昆山)有限公司 Antenna for base station for high frequency decoupling

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6163306A (en) * 1998-05-12 2000-12-19 Harada Industry Co., Ltd. Circularly polarized cross dipole antenna
US6271800B1 (en) * 1999-10-14 2001-08-07 Takashi Nakamura Circularly polarized cross dipole antenna
RU2195056C2 (en) * 2000-12-15 2002-12-20 Открытое акционерное общество "МЕТЕО" Circularly and linearly polarized antenna system of weather radar
RU2265261C2 (en) * 2003-07-08 2005-11-27 Оао "Метео" Aerological radioprobe mechanical design
RU131241U1 (en) * 2013-03-22 2013-08-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" ANTENNA ELEMENT OF A LOW PROFILE PHASED ANTENNA ARRAY

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6163306A (en) * 1998-05-12 2000-12-19 Harada Industry Co., Ltd. Circularly polarized cross dipole antenna
US6271800B1 (en) * 1999-10-14 2001-08-07 Takashi Nakamura Circularly polarized cross dipole antenna
RU2195056C2 (en) * 2000-12-15 2002-12-20 Открытое акционерное общество "МЕТЕО" Circularly and linearly polarized antenna system of weather radar
RU2265261C2 (en) * 2003-07-08 2005-11-27 Оао "Метео" Aerological radioprobe mechanical design
RU131241U1 (en) * 2013-03-22 2013-08-10 Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" ANTENNA ELEMENT OF A LOW PROFILE PHASED ANTENNA ARRAY

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108281757A (en) * 2017-01-06 2018-07-13 罗森伯格技术(昆山)有限公司 Antenna for base station for high frequency decoupling

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3739392A (en) Base-band radiation and reception system
US3813674A (en) Cavity backed dipole-slot antenna for circular polarization
CN105576353B (en) A kind of helical antenna
Palazzi et al. Highly integrable paper-based harmonic transponder for low-power and long-range IoT applications
US20160181690A1 (en) Pentaband antenna
Li et al. Design and analysis of chipless RFID tags based on retro-radiators
RU2585319C1 (en) Antenna system for navigation receiver of aerological radiosonde
Abedi et al. Low-cost 3D printed dielectric hyperbolic lens antenna for beam focusing and steering of a 79GHz MIMO radar
US20150116185A1 (en) Circularly polarized antenna
Sidhu et al. Slotted rook shaped novel wide-band microstrip patch antenna for radar altimeter, IMT, WiMAX and C-band satellite downlink applications
Zomorrodi et al. Chipless RFID Reader: Low-cost wideband printed dipole array antenna
US20100315195A1 (en) Methods and apparatus for a dual polarization antenna system
CN103682651B (en) A kind of miniaturization broad beam microstrip antenna
RU2620195C1 (en) Resonant antenna
US2831187A (en) Radio direction finding system
US9293805B2 (en) Tapered slot antenna hemispherical array
US2995749A (en) Roll indication system
Zhang et al. Research on the measurement of antennas radiation characteristics based on small unmanned aerial vehicle platform
Mello et al. Polarization diversity on ESM systems
RU131241U1 (en) ANTENNA ELEMENT OF A LOW PROFILE PHASED ANTENNA ARRAY
Le et al. A circularly polarized passive RFID tag on wall
RU2638082C1 (en) Fractal radiator
US9231300B1 (en) Grounded mast clamp current probe electrostatic shield counterpoise
CN210576424U (en) Satellite navigation positioning antenna
EP4258007A1 (en) High isolation between transmit and receive antenna in fmcw radars

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180311