RU2639563C1 - Omnidirectional antenna system with special direction pattern - Google Patents
Omnidirectional antenna system with special direction pattern Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639563C1 RU2639563C1 RU2016131212A RU2016131212A RU2639563C1 RU 2639563 C1 RU2639563 C1 RU 2639563C1 RU 2016131212 A RU2016131212 A RU 2016131212A RU 2016131212 A RU2016131212 A RU 2016131212A RU 2639563 C1 RU2639563 C1 RU 2639563C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conformal
- emitters
- metal column
- directions
- antenna system
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/29—Combinations of different interacting antenna units for giving a desired directional characteristic
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в системах радионавигации летательных аппаратов гражданской авиации.The invention relates to antenna technology and can be used in radio navigation systems of civilian aircraft.
Известны всенаправленные в горизонтальной плоскости антенны, формирующие на излучение и прием косекансную диаграмму направленности в вертикальной плоскости (см., например, Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975, с 127-129, 272-283, 352-353). Недостатком указанных антенн является сложность построения схемы питания для обеспечения низкой величины неравномерности в горизонтальной плоскости и формирования ДН специальной формы в вертикальной плоскости.Omnidirectional antennas in the horizontal plane are known that form a cosecant radiation pattern in the vertical plane for radiation and reception (see, for example, Markov G.T., Sazonov D.M. Antennas. A textbook for students of radio engineering specialties of universities. Publishing house. 2nd, revised and supplemented by M., "Energy", 1975, from 127-129, 272-283, 352-353). The disadvantage of these antennas is the difficulty of constructing a power circuit to ensure a low value of unevenness in the horizontal plane and the formation of special shaped patterns in the vertical plane.
Наиболее близким аналогом изобретения является всенаправленная антенная система (авторское свидетельство СССР №1771022, 23.10.1992 г.), состоящая из вертикальной опоры с поперечным размером (0,18-0,24)λ (где λ - длина волны), на которой установлены первый и второй плоские рефлекторы, закрепленные на опоре своими вертикальными кромками и параллельно смещенные относительно плоскости симметрии опоры. На вертикальной опоре размещаются N излучателей, состоящих из первого и второго волнового шунтового вибратора, каждый из которых установлен на соответствующем плоском рефлекторе симметрично относительно оси симметрии вертикальной опоры в горизонтальной плоскости таким образом, что расстояние между центрами волновых симметричных вибраторов равно (0,5-0,6)λ. Вибраторы разделены двумя экранами, установленными в плоскости, проходящей через ось вертикальной опоры. Каждый экран выполнен в виде двух рамок, соединенных между собой замыкателем. Вертикальные стороны рамок, равные длине плеча вибратора, отстоят от вертикальной опоры на расстояние (0,2-0,35)λ. Путем смещения замыкателя вдоль горизонтальных сторон рамок осуществляется настройка ДН в горизонтальной плоскости. При этом неравномерность ДН не превышает ±3 дБ в горизонтальной плоскости.The closest analogue of the invention is an omnidirectional antenna system (USSR author's certificate No. 1771022, 10/23/1992), consisting of a vertical support with a transverse dimension (0.18-0.24) λ (where λ is the wavelength) on which are installed the first and second flat reflectors mounted on a support with their vertical edges and parallel offset from the plane of symmetry of the support. On the vertical support are N emitters, consisting of the first and second wave shunt vibrator, each of which is mounted on the corresponding flat reflector symmetrically with respect to the axis of symmetry of the vertical support in the horizontal plane so that the distance between the centers of the symmetrical wave vibrators is (0.5-0 , 6) λ. The vibrators are separated by two screens installed in a plane passing through the axis of the vertical support. Each screen is made in the form of two frames interconnected by a contactor. The vertical sides of the frames, equal to the length of the vibrator arm, are separated from the vertical support by a distance of (0.2-0.35) λ. By moving the contactor along the horizontal sides of the frames, the DN is set in the horizontal plane. In this case, the non-uniformity of the pattern does not exceed ± 3 dB in the horizontal plane.
Недостатком данной конструкции является большая величина неравномерности ДН в горизонтальной плоскости, необходимость настройки ДН в горизонтальной плоскости для минимизации величины неравномерности с помощью перемещения замыкателей, а также размер излучателей вдоль оси вертикальной опоры, равный длине волны, что исключает возможность размещения излучателей вдоль оси опоры с шагом менее длины волны и затрудняет формирование ДН специальной формы (в частности, косекансной) в вертикальной плоскости. Значительная величина неравномерности ДН в горизонтальной плоскости приводит к тому, что граница зоны обзора системы радионавигации летательных аппаратов гражданской авиации, оснащенной данной антенной системой, также приобретает неравномерность в горизонтальной плоскости, что крайне нежелательно, а необходимость настройки приводит к увеличению стоимости производства антенных систем.The disadvantage of this design is the large size of the non-uniformity of the pattern in the horizontal plane, the need to adjust the pattern in the horizontal plane to minimize the size of the unevenness by moving the contactors, and the size of the emitters along the axis of the vertical support equal to the wavelength, which eliminates the possibility of placing emitters along the axis of the support in increments shorter than the wavelength and makes it difficult to form a special-shaped pattern (in particular, cosecant) in the vertical plane. A significant magnitude of the non-uniformity of the MD in the horizontal plane leads to the fact that the boundary of the field of view of the radio navigation system of civil aviation aircraft equipped with this antenna system also becomes uneven in the horizontal plane, which is extremely undesirable, and the need for tuning leads to an increase in the cost of production of antenna systems.
Техническим результатом изобретения является уменьшение неравномерности ДН в горизонтальной плоскости, отсутствие настройки при обеспечении минимального значения неравномерности ДН и обеспечение возможности формирования ДН специальной формы в вертикальной плоскости, в частности косекансной.The technical result of the invention is to reduce the unevenness of the pattern in the horizontal plane, the lack of adjustment while ensuring the minimum value of the pattern of the pattern, and the possibility of forming a special pattern in the vertical plane, in particular cosecant.
Технические результат достигается за счет того, что всенаправленная антенная система состоит из вертикальной опоры поперечным размером (0,18-0,25) длины волны с установленными на ней двумя рефлекторами и N (где N - целое число) одинаковых излучателей, при этом вертикальная опора выполнена в виде полой металлической колонны, N одинаковых излучателей выполнены в виде сдвоенных конформных излучателей, а два рефлектора непрерывны вдоль всей длины полой металлической колонны, и каждый из N сдвоенных конформных излучателей, размещенных вдоль колонны на расстоянии около половины длины волны, состоит из двух конформных полосковых излучателей, помещенных на противоположных сторонах полой металлической колонны, повторяющих форму ее поперечного сечения и соединенных с помощью согласователя с делителем на два направления, при этом боковые грани конформных полосковых излучателей имеют прямоугольные вырезы, а выходы делителя сигналов на N направлений, помещенного внутри колонны, соединены со входами N делителей на два направления, подключенных к каждому из двух конформных полосковых излучателей.The technical result is achieved due to the fact that the omnidirectional antenna system consists of a vertical support with a transverse dimension (0.18-0.25) of the wavelength with two reflectors installed on it and N (where N is an integer) of identical emitters, while the vertical support made in the form of a hollow metal column, N identical radiators are made in the form of double conformal radiators, and two reflectors are continuous along the entire length of the hollow metal column, and each of the N double conformal radiators placed along the columns s at a distance of about half the wavelength, consists of two conformal strip emitters placed on opposite sides of the hollow metal column, repeating the shape of its cross section and connected using a coordinator with a divider in two directions, while the side faces of the conformal strip emitters have rectangular cutouts, and the outputs of the signal divider into N directions placed inside the column are connected to the inputs of N dividers into two directions connected to each of two conformal strip of radiators.
Использование предлагаемого технического решения обеспечивает формирование всенаправленной ДН в горизонтальной плоскости и возможность формирования ДН специальной формы (в частности, косекансной) в вертикальной плоскости при улучшении технологичности производства и уменьшении стоимости.Using the proposed technical solution provides the formation of omnidirectional MDs in the horizontal plane and the possibility of forming MDs of a special shape (in particular, cosecant) in the vertical plane while improving the manufacturability of production and reducing cost.
На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемой антенной системы.In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed antenna system.
На фиг. 2 показана конструкция сдвоенного конформного излучателя, имеющего круглую форму в поперечном сечении.In FIG. 2 shows the design of a twin conformal radiator having a circular cross-sectional shape.
На фиг. 3 показано сечение сдвоенного конформного излучателя, имеющего круглую форму, в плоскости, перпендикулярной оси металлической колонны.In FIG. 3 shows a cross section of a double conformal emitter having a circular shape in a plane perpendicular to the axis of the metal column.
На фиг. 4 показана конструкция сдвоенного конформного излучателя 1, имеющего многогранную форму в поперечном сечении.In FIG. 4 shows the design of a double
На фиг. 5 показано сечение сдвоенного конформного излучателя 1, имеющего многогранную форму, в плоскости, перпендикулярной оси металлической колонны.In FIG. 5 shows a cross section of a double
На фиг. 6 показана конструкция антенной системы, состоящей из N сдвоенных конформных излучателей 1.In FIG. 6 shows the design of an antenna system consisting of N dual
На Фиг. 7 показана структурная схема антенной системы с N сдвоенными конформными излучателями и верхним излучателем круговой поляризации.In FIG. 7 is a structural diagram of an antenna system with N dual conformal radiators and an upper circular polarization emitter.
На Фиг. 8 показана конструкция антенной системы с N сдвоенными конформными излучателями 1 и верхним излучателем круговой поляризации.In FIG. 8 shows the design of an antenna system with N dual
На Фиг. 9 показана конструкция верхнего излучателя круговой поляризации, а именно его вид в направлении, перпендикулярном оси металлической колонны.In FIG. 9 shows the design of the upper circular polarization emitter, namely, its appearance in the direction perpendicular to the axis of the metal column.
На Фиг. 10 показана конструкция верхнего излучателя круговой поляризации, а именно его вид сверху в направлении оси металлической колонны.In FIG. 10 shows the design of the upper circular polarization emitter, namely its top view in the direction of the axis of the metal column.
На Фиг. 11 показана диаграмма направленности заявляемой антенной системы, состоящей из 16-ти сдвоенных конформных излучателей, показанной на Фиг. 10, в вертикальной плоскости.In FIG. 11 shows the radiation pattern of the inventive antenna system, consisting of 16 dual conformal emitters, shown in FIG. 10, in a vertical plane.
На Фиг. 12 показана диаграмма направленности заявляемой антенной системы, состоящей из 16-ти сдвоенных конформных излучателей, показанной на Фиг. 10, в горизонтальной плоскости.In FIG. 12 shows the radiation pattern of the inventive antenna system, consisting of 16 dual conformal emitters, shown in FIG. 10, in the horizontal plane.
На Фиг. 13 показана диаграмма направленности заявляемой антенной системы, состоящей из четырех сдвоенных конформных излучателей и верхнего излучателя круговой поляризации, в вертикальной плоскости.In FIG. 13 shows the radiation pattern of the inventive antenna system, consisting of four dual conformal emitters and an upper emitter of circular polarization, in a vertical plane.
Согласно фиг. 1 сдвоенный конформный излучатель (1) состоит из двух конформных полосковых излучателей (2) с двумя согласователями (3). Делители на два направления (4), подводят сигнал к каждому из двух конформных полосковых излучателей (2). Делитель сигнала на N направлений (5) распределяет сигнал от входа (6) между N входами каждого из N сдвоенных конформных излучателей (1). N делителей на два направления (4) и делитель на N направлений (5) располагается внутри полой металлической колонны (7). Согласователи (3) могут быть выполнены ступенчатыми.According to FIG. 1 dual conformal emitter (1) consists of two conformal strip emitters (2) with two matching devices (3). Dividers into two directions (4), bring a signal to each of the two conformal strip emitters (2). The signal divider into N directions (5) distributes the signal from the input (6) between the N inputs of each of the N dual conformal emitters (1). N dividers into two directions (4) and a divider into N directions (5) is located inside a hollow metal column (7). Coordinators (3) can be made stepwise.
Согласно фиг. 2 сдвоенный конформный излучатель (1) круглой формы в поперечном сечении состоит из двух конформных полосковых излучателей (2), представляющих собой сегменты металлического цилиндра, располагающиеся на диэлектрической подложке (9). Диэлектрическая подложка (9) закрепляется на полой цилиндрической металлической колонне (7). Конформные полосковые излучатели (2) имеют прямоугольные вырезы (8) на сторонах, параллельных оси металлической колонны (7), которые уменьшают размеры излучателей. Полая металлическая колонна (7) имеет два рефлектора (10), непрерывных вдоль всей длины металлической колонны (7) и расположенных на ее диаметрально противоположных сторонах.According to FIG. 2, a double conformal emitter (1) of a circular shape in cross section consists of two conformal strip emitters (2), which are segments of a metal cylinder located on a dielectric substrate (9). The dielectric substrate (9) is mounted on a hollow cylindrical metal column (7). Conformal strip emitters (2) have rectangular cutouts (8) on the sides parallel to the axis of the metal column (7), which reduce the size of the emitters. The hollow metal column (7) has two reflectors (10), continuous along the entire length of the metal column (7) and located on its diametrically opposite sides.
Согласно фиг. 3 два согласователя (3), представляющие собой металлические цилиндры либо пластины переменного сечения, расположенные перпендикулярно поверхности диэлектрической колонны (7) и проходящие через предусмотренные в ней пазы, соединяют два конформных полосковых излучателя (2) с выходами делителя на два направления (4), представляющим собой печатную плату и расположенным внутри полой металлической колонны (7). Делитель на два направления (4) соединяется с соответствующим выходом делителя на N направлений (5), также расположенным внутри полой металлической колонны (7).According to FIG. 3 two coordinators (3), which are metal cylinders or plates of variable cross-section, perpendicular to the surface of the dielectric column (7) and passing through the grooves provided in it, connect two conformal strip emitters (2) with the outputs of the divider in two directions (4), representing a printed circuit board and located inside a hollow metal column (7). The divider into two directions (4) is connected to the corresponding output of the divider into N directions (5), also located inside the hollow metal column (7).
На фиг. 4 сдвоенный конформный излучатель (1) многогранной формы в поперечном сечении состоит из двух конформных полосковых излучателей (2), представляющих собой две изогнутые металлические пластины, профиль изгиба которых повторяет профиль полой металлической колонны (7). На сторонах конформных полосковых излучателей (2), ориентированных вдоль оси металлической колонны (7), имеются прямоугольные вырезы (8). Полая металлическая колонна (7) имеет многогранную форму. Два рефлектора (10) расположены вдоль двух ее противоположных граней.In FIG. 4, a double conformal emitter (1) of a multifaceted cross-sectional shape consists of two conformal strip emitters (2), which are two curved metal plates, the bending profile of which repeats the profile of a hollow metal column (7). On the sides of the conformal strip emitters (2), oriented along the axis of the metal column (7), there are rectangular cutouts (8). The hollow metal column (7) has a multifaceted shape. Two reflectors (10) are located along its two opposite faces.
Согласно фиг. 5 конформные полосковые излучатели (2) располагаются над поверхностью полой металлической колонны (7) на диэлектрических стойках (11). Два согласователя (3), представляющие собой металлические пластины переменного сечения, соединяют через пазы в полой металлической колонне (7) конформные полосковые излучатели (2) с выходами делителя на два направления (4), расположенного внутри металлической колонны (7). Делитель на два направления (4) соединяется с соответствующим выходом делителя на N направлений (5), также расположенным внутри полой металлической колонны (7).According to FIG. 5 conformal strip emitters (2) are located above the surface of a hollow metal column (7) on dielectric racks (11). Two coordinators (3), which are metal plates of variable cross-section, are connected through grooves in the hollow metal column (7) to the conformal strip emitters (2) with the outputs of the two-way divider (4) located inside the metal column (7). The divider into two directions (4) is connected to the corresponding output of the divider into N directions (5), also located inside the hollow metal column (7).
Согласно фиг. 6 N сдвоенных конформных излучателей (1) расположены с шагом λ/2 вдоль полой металлической колонны (7), имеющей два рефлектора (10), расположенных на диаметрально противоположных сторонах колонны и проходящих вдоль всей ее длины. Внутри полой металлической колонны (7) располагается делитель сигнала на N направлений (5), N выводов которого соединены с N входами делителей на два направления (4). Выходы N делителей на два направления (4) соединены с входами N сдвоенных конформных излучателей (1).According to FIG. 6 N double conformal emitters (1) are arranged with a pitch of λ / 2 along a hollow metal column (7) having two reflectors (10) located on diametrically opposite sides of the column and running along its entire length. Inside the hollow metal column (7), there is a signal divider into N directions (5), N terminals of which are connected to N inputs of dividers in two directions (4). The outputs of N dividers in two directions (4) are connected to the inputs of N double conformal emitters (1).
Согласно фиг. 7 показаны N сдвоенных конформных излучателей (1), состоящих из двух конформных полосковых излучателей (2) со ступенчатыми согласователями (3), N делителей на 2 направления (4), которые попарно соединяют конформные полосковые излучатели (2), и делитель сигнала на N+1 направлений (12) распределяет сигнал от входа антенной системы (6) между N входами каждого из N делителей на два направления (4) и входом верхнего излучателя круговой поляризации (13). Делитель на N+1 направлений (12) и N делителей на два направлений находятся внутри полой металлической колонны (7).According to FIG. 7 shows N double conformal emitters (1), consisting of two conformal strip emitters (2) with step coordinators (3), N dividers into 2 directions (4), which pairwise connect conformal strip emitters (2), and a signal divider by N +1 directions (12) distributes the signal from the input of the antenna system (6) between the N inputs of each of the N dividers into two directions (4) and the input of the upper circular polarization emitter (13). A divider by N + 1 directions (12) and N dividers by two directions are inside a hollow metal column (7).
Согласно фиг. 8 N сдвоенных конформных излучателей (1) расположены с шагом λ/2 вдоль полой металлической колонны (7), имеющей два рефлектора (10), расположенных на диаметрально противоположных сторонах указанной колонны (7) и проходящих вдоль всей ее длины. Излучатель круговой поляризации (13) расположен на торце полой металлической колонны (7) таким образом, что его ось совпадает с осью полой металлической колонны (7). Внутри указанной колонны (7) располагается делитель сигнала на N+1 направлений (12), N выводов которого соединены с N входами делителей на два направления (4), один из выходов соединен со входом излучателя круговой поляризации (13). Выходы N делителей на два направления (4) соединены с входами N сдвоенных конформных излучателей (1).According to FIG. 8 N double conformal emitters (1) are arranged with a pitch of λ / 2 along a hollow metal column (7) having two reflectors (10) located on the diametrically opposite sides of the specified column (7) and extending along its entire length. The circular polarization emitter (13) is located at the end of the hollow metal column (7) so that its axis coincides with the axis of the hollow metal column (7). Inside the indicated column (7) there is a signal divider into N + 1 directions (12), N terminals of which are connected to N inputs of dividers in two directions (4), one of the outputs is connected to the input of a circular polarization emitter (13). The outputs of N dividers in two directions (4) are connected to the inputs of N double conformal emitters (1).
На Фиг. 9 показана конструкция верхнего излучателя круговой поляризации (13), а именно его вид в направлении, перпендикулярном оси металлической колонны (7). Показаны печатная плата (14), диэлектрические стойки (15), металлическое основание (16), короткозамкнутая симметричная полосковая линия (17), штырь (18) и вход излучателя круговой поляризации (19). Печатная плата (14) с помощью диэлектрических стоек (15) присоединяется к металлическому основанию (16), представляющему собой круглую металлическую пластину. Короткозамкнутая симметричная полосковая линия (17) соединяется с входом излучателя круговой поляризации (19) и проходит через прямоугольное отверстие в печатной плате (14). Короткозамкнутая симметричная полосковая линия (17) представляет собой три параллельных металлических пластины, на одной стороне соединенные между собой перпендикулярной им пластиной. Противоположной стороной центральная пластина соединена с входом излучателя круговой поляризации (19), а две другие пластины соединены с металлическим основанием (16). Штырь (18) соединяет две соседние пластины короткозамкнутой симметричной полосковой линии (17) и расположен перпендикулярно им.In FIG. 9 shows the design of the upper circular polarization emitter (13), namely, its appearance in the direction perpendicular to the axis of the metal column (7). A printed circuit board (14), dielectric racks (15), a metal base (16), a short-circuited symmetrical strip line (17), a pin (18) and a circular polarization emitter input (19) are shown. The printed circuit board (14) with the help of dielectric racks (15) is attached to the metal base (16), which is a round metal plate. A short-circuited symmetrical strip line (17) is connected to the input of the circular polarization emitter (19) and passes through a rectangular hole in the printed circuit board (14). The short-circuited symmetrical strip line (17) consists of three parallel metal plates, on one side connected to each other by a perpendicular plate. On the opposite side, the central plate is connected to the input of the circular polarization emitter (19), and the other two plates are connected to the metal base (16). The pin (18) connects two adjacent plates of a short-circuited symmetrical strip line (17) and is located perpendicular to them.
На Фиг. 10 показана конструкция верхнего излучателя круговой поляризации (13), а именно его вид сверху в направлении оси полой металлической колонны (7). На печатной плате (14) расположены два ортогональных печатных вибратора (20), соединенных с внешними пластинами короткозамкнутой симметричной полосковой линии (17). На концах вибратора имеются емкостные законцовки (21), представляющие собой прямоугольные элементы топологии платы.In FIG. 10 shows the design of the upper circular polarization emitter (13), namely its top view in the direction of the axis of the hollow metal column (7). On the printed circuit board (14) there are two orthogonal printed vibrators (20) connected to the external plates of a short-circuited symmetrical strip line (17). At the ends of the vibrator there are capacitive endings (21), which are rectangular elements of the topology of the board.
Антенная система, показанная на фиг. 1-6, работает следующим образом. Поданный на вход антенной системы (6) сигнал делится с помощью делителя на N каналов (5), реализующего необходимое для формирования ДН специальной формы (в частности, косекансной) амплитудно-фазовое распределение, между его выходами. С выходов делителя на N каналов (5) сигнал поступает на входы N делителей на два направления (4) и синфазно с равной амплитудой делится между двумя конформными полосковыми излучателями (2) каждого из N сдвоенных конформных излучателей (1). Таким образом, вдоль оси полой металлической колонны (7) N сдвоенных конформных излучателей (1) возбуждаются в соответствии с амплитудно-фазовым распределением, необходимым для реализации косекансной ДН в вертикальной плоскости. При этом конформные полосковые излучатели (2) каждого из N сдвоенных конформных излучателей (1) возбуждаются с одинаковой амплитудой и фазой, что необходимо для обеспечения равномерной ДН в горизонтальной плоскости. Конформный полосковый излучатель (2), представляющий собой полосковую антенну и имеющий длину (0,33-0,43)λ, возбуждается с помощью согласователя (3), предназначенного для согласования входного сопротивления конформного полоскового излучателя (2) с выходами делителей на 2 направления (4). Уменьшение размера конформного полоскового излучателя (2) по высоте металлической колонны (7) достигается за счет увеличения его электрической длины с помощью вырезов (8) на кромке конформного полоскового излучателя (2). Уменьшенный по сравнению с наиболее близким аналогом размер конформного полоскового излучателя (2) создает возможность размещения их в решетке с шагом около 0,5λ, что позволяет уменьшить уровень боковых лепестков ДН в вертикальной плоскости. Равномерность излучения в горизонтальной плоскости обеспечивается двумя рефлекторами (10), которые играют роль экранов. Два идентичных конформных полосковых излучателя (2) в отдельности имеют максимум ДН в горизонтальной плоскости, направленный по нормали к поверхности излучателя. При объединении двух идентичных конформных полосковых излучателей (2) в один сдвоенный конформный излучатель (1), в случае отсутствия ребер жесткости - рефлекторов (10), максимум ДН будет направлен по нормали (ось Y) к оси (ось X), соединяющей фазовые центры конформных полосковых излучателей (2) (см. фиг. 5). Для выравнивания излучения в направлении оси Y и оси X необходимо уменьшить уровень излучения каждого из конформных полосковых излучателей (2) в направлении оси Y. Другими словами, надо уменьшить ширину ДН одиночного конформного полоскового излучателя (2) в горизонтальной плоскости. Одновременно необходимо уменьшить уровень заднего излучения. Указанные задачи выполняют два рефлектора (10), которые вместе с полой металлической колонной (7) играют роль экрана. Чем больше их размер по оси Y, тем больше сужается ДН одиночного конформного полоскового излучателя (2) и тем меньше становится заднее излучение одиночного конформного полоскового излучателя (2). Оптимальный выбор размера рефлекторов (10) по оси Y обеспечивает неравномерность ДН в горизонтальной плоскости не более 0.3 дБ. При этом отсутствует необходимость настройки ДН в горизонтальной плоскости для каждого экземпляра антенной системы. Помимо этого, рефлекторы (10) являются ребрами жесткости для полой металлической колонны (7).The antenna system shown in FIG. 1-6, works as follows. The signal fed to the input of the antenna system (6) is divided using the divider into N channels (5), which implements the amplitude-phase distribution between its outputs, which is necessary for the formation of a special-type pattern (in particular, cosecant). From the outputs of the divider to N channels (5), the signal enters the inputs of N dividers in two directions (4) and is in phase with equal amplitude between two conformal strip emitters (2) of each of the N dual conformal emitters (1). Thus, along the axis of the hollow metal column (7), N double conformal emitters (1) are excited in accordance with the amplitude-phase distribution necessary for realizing the cosecant pattern in the vertical plane. In this case, the conformal strip emitters (2) of each of the N dual conformal emitters (1) are excited with the same amplitude and phase, which is necessary to ensure uniform MD in the horizontal plane. A conformal strip radiator (2), which is a strip antenna and having a length of (0.33-0.43) λ, is excited using a matching device (3) designed to match the input impedance of the conformal strip radiator (2) with the outputs of the dividers in 2 directions (four). Reducing the size of the conformal strip emitter (2) along the height of the metal column (7) is achieved by increasing its electric length using cutouts (8) on the edge of the conformal strip emitter (2). The size of the conformal strip emitter (2), reduced in comparison with the closest analogue, makes it possible to place them in the grating with a step of about 0.5λ, which makes it possible to reduce the level of the side lobes of the pattern in the vertical plane. The uniformity of radiation in the horizontal plane is provided by two reflectors (10), which play the role of screens. Two identical conformal stripe emitters (2) individually have a maximum of the MD in the horizontal plane directed normal to the surface of the emitter. When two identical conformal strip emitters (2) are combined into one double conformal emitter (1), in the absence of stiffeners - reflectors (10), the maximum of the beam will be directed along the normal (Y axis) to the axis (X axis) connecting the phase centers conformal strip emitters (2) (see Fig. 5). To align the radiation in the direction of the Y axis and the X axis, it is necessary to reduce the radiation level of each of the conformal strip emitters (2) in the direction of the Y axis. In other words, it is necessary to reduce the beam width of a single conformal strip emitter (2) in the horizontal plane. At the same time, it is necessary to reduce the level of rear radiation. These tasks are performed by two reflectors (10), which, together with a hollow metal column (7), play the role of a screen. The larger their size along the Y axis, the narrower the beam of a single conformal strip emitter (2) and the smaller the back radiation of a single conformal strip emitter (2). The optimal choice of the size of the reflectors (10) along the Y axis ensures the nonuniformity of the pattern in the horizontal plane of no more than 0.3 dB. In this case, there is no need to configure the MD in the horizontal plane for each instance of the antenna system. In addition, the reflectors (10) are stiffeners for a hollow metal column (7).
ДН антенной системы, состоящей из 16-ти сдвоенных конформных излучателей (1), в вертикальной плоскости показана на фиг. 11. Ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности составляет 8,3 градуса, уровень боковых лепестков в направлении земли не превышает минус 22 дБ, уровень диаграммы направленности в направлении нормали к оси антенной системы составляет минус 4,5 дБ. Коэффициент усиления составляет 9,3 дБ.The bottom of the antenna system, consisting of 16 dual conformal emitters (1), is shown in the vertical plane in FIG. 11. The width of the radiation pattern at half power is 8.3 degrees, the level of the side lobes in the direction of the earth does not exceed minus 22 dB, the level of the radiation pattern in the direction normal to the axis of the antenna system is minus 4.5 dB. The gain is 9.3 dB.
Диаграмма направленности антенной системы, состоящей из 16-ти сдвоенных конформных излучателей (1), в горизонтальной плоскости показана на фиг. 12. Использование в конструкции антенной системы конформного полоскового излучателя (2) длиной всего около 0.43λ позволяет разместить сдвоенные конформные излучатели (1) в решетке с шагом около 0,5λ, что в свою очередь позволяет сформировать косекансную ДН в вертикальной плоскости с низким уровнем боковых лепестков. Неравномерность ДН в горизонтальной плоскости не превышает 0,24 дБ, что существенно меньше, чем у наиболее близкого аналога.The radiation pattern of an antenna system consisting of 16 dual conformal radiators (1) in a horizontal plane is shown in FIG. 12. The use of a conformal strip emitter (2) of only about 0.43λ in the antenna system design allows you to place double conformal emitters (1) in the array with a pitch of about 0.5λ, which in turn allows you to form a cosecant pattern in the vertical plane with a low level of side petals. The unevenness of the pattern in the horizontal plane does not exceed 0.24 dB, which is significantly less than that of the closest analogue.
Предлагаемая антенная система также позволяет ликвидировать так называемую «воронку» в ДН в направлении оси металлической колонны (см. фиг. 11 - углы от 55 градусов до 90 градусов от плоскости Земли). Для увеличения уровня ДН в области углов, близких к оси металлической колонны, предлагаемый вариант антенной системы дополняется излучателем круговой поляризации (13), установленным в верхней части антенной системы.The proposed antenna system also allows you to eliminate the so-called "funnel" in the DN in the direction of the axis of the metal column (see Fig. 11 - angles from 55 degrees to 90 degrees from the plane of the Earth). To increase the MD level in the region of angles close to the axis of the metal column, the proposed version of the antenna system is supplemented by a circular polarization emitter (13) installed in the upper part of the antenna system.
Работает верхний излучатель круговой поляризации (13), показанный на фиг. 9-10, следующим образом. Сигнал, поступающий на вход излучателя круговой поляризации (19), возбуждает волну в короткозамкнутой симметричной полосковой линии (17), которая создает токи на штыре (18). Поле, создаваемое токами на штыре (18), возбуждает ортогональные печатные вибраторы (20), расположенные на печатной плате (14). Емкостные законцовки (21) ортогональных вибраторов (20) позволяют уменьшить их длину, что в свою очередь позволяет уменьшить размеры печатной платы (14). Ортогональные печатные вибраторы (20) возбуждаются со сдвигом по фазе, поскольку имеют различную длину. При определенной разнице длин ортогональных печатных вибраторов (20) обеспечивается сдвиг фаз их возбуждения равный 90°, вследствие чего указанные вибраторы излучают волну круговой поляризации.The upper circular polarization emitter (13), shown in FIG. 9-10, as follows. The signal supplied to the input of the circular polarization emitter (19) excites the wave in a short-circuited symmetrical strip line (17), which creates currents on the pin (18). The field created by the currents on the pin (18) excites orthogonal printed vibrators (20) located on the printed circuit board (14). Capacitive endings (21) of orthogonal vibrators (20) can reduce their length, which in turn allows to reduce the size of the printed circuit board (14). Orthogonal printed vibrators (20) are phase-shifted because they have different lengths. With a certain difference in the lengths of the orthogonal printing vibrators (20), a phase shift of their excitation is equal to 90 °, as a result of which these vibrators emit a wave of circular polarization.
Антенная система с верхним излучателем круговой поляризации, показанная на фиг. 7-8, работает следующим образом. Сигнал, поступающий на вход антенной системы (6), с помощью делителя на N+1 направление (12) распределяется между N делителями на два направления (4) и верхним излучателем круговой поляризации (13) в соответствии с заданным амплитудно-фазовым распределением. N делителей на два направления (4) распределяют сигнал синфазно и с равной амплитудой между двумя конформными полосковыми излучателями (2) каждого из N сдвоенных конформных излучателей (1). Таким образом, вдоль оси полой металлической колонны (7) N сдвоенных конформных излучателей (1) возбуждаются в соответствии с амплитудно-фазовым распределением, необходимым для реализации ДН специальной формы (в частности, косекансной) в вертикальной плоскости. При этом конформные полосковые излучатели (2) каждого из N сдвоенных конформных излучателей (1) возбуждаются с одинаковой амплитудой и фазой, что необходимо для обеспечения равномерной ДН в горизонтальной плоскости. Амплитуда сигнала, подаваемая на верхний излучатель круговой поляризации (13) с помощью делителя на N+1 направлений (12), составляет от минус 15 дБ до минус 20 дБ амплитуды входного сигнала, что увеличивает уровень ДН антенной системы в направлении оси полой металлической колонны (7) уровня не менее минус 22 дБ от максимума. Наличие верхнего излучателя круговой поляризации (13) позволяет исключить зависимость уровня принимаемого им сигнала от поляризации падающей волны.The antenna system with an upper circular polarization emitter shown in FIG. 7-8, works as follows. The signal supplied to the input of the antenna system (6), with the help of a divider by N + 1, direction (12) is distributed between N dividers in two directions (4) and the upper circular polarization emitter (13) in accordance with a given amplitude-phase distribution. N dividers in two directions (4) distribute the signal in phase and with equal amplitude between two conformal strip emitters (2) of each of the N dual conformal emitters (1). Thus, along the axis of the hollow metal column (7), N double conformal emitters (1) are excited in accordance with the amplitude-phase distribution necessary for the realization of a special-shaped pattern (in particular, cosecant) in the vertical plane. In this case, the conformal strip emitters (2) of each of the N dual conformal emitters (1) are excited with the same amplitude and phase, which is necessary to ensure uniform MD in the horizontal plane. The amplitude of the signal supplied to the upper circular polarization emitter (13) using a divider into N + 1 directions (12) ranges from minus 15 dB to minus 20 dB of the amplitude of the input signal, which increases the antenna level of the antenna system in the direction of the axis of the hollow metal column ( 7) a level of at least minus 22 dB from the maximum. The presence of an upper emitter of circular polarization (13) eliminates the dependence of the level of the signal received by it on the polarization of the incident wave.
ДН предлагаемой антенной системы с верхним излучателем круговой поляризации с количеством сдвоенных конформных излучателей, равных четырем, в вертикальной плоскости показана на фиг. 13. Ширина ДН по уровню половинной мощности составляет 27,9 градуса, а уровень боковых лепестков в направлении земли не превышает минус 18,8 дБ. Уровень ДН в направлении нормали к оси антенной системы составляет минус 2,9 дБ, уровень ДН в направлении оси антенной системы составляет минус 18,3 дБ. Коэффициент усиления составляет 5,1 дБ. Неравномерность ДН в горизонтальной плоскости не превышает 0,5 дБ, что существенно меньше, чем у наиболее близкого аналога.The bottom of the proposed antenna system with an upper circularly polarized radiator with the number of double conformal radiators equal to four in a vertical plane is shown in FIG. 13. The width of the beam at the half power level is 27.9 degrees, and the level of the side lobes in the direction of the earth does not exceed minus 18.8 dB. The level of the beam in the direction normal to the axis of the antenna system is minus 2.9 dB, the level of the beam in the direction of the axis of the antenna system is minus 18.3 dB. The gain is 5.1 dB. The unevenness of the pattern in the horizontal plane does not exceed 0.5 dB, which is significantly less than that of the closest analogue.
Предлагаемый вариант антенной системы с верхним излучателем круговой поляризации позволяет увеличить рабочий сектор антенной системы с 50 градусов до 90 градусов, доведя его до вертикального направления вдоль оси металлической колонны. Так антенная система, состоящая всего из 4-х сдвоенных конформных излучателей с верхним пятым излучателем круговой поляризации, высотой всего 0,9 м имеет рабочий сектор 90 градусов при максимальном коэффициентом усиления не менее 5,1 дБ.The proposed version of the antenna system with an upper emitter of circular polarization allows you to increase the working sector of the antenna system from 50 degrees to 90 degrees, bringing it to a vertical direction along the axis of the metal column. So the antenna system, consisting of only 4 dual conformal emitters with the top fifth emitter of circular polarization, with a height of only 0.9 m, has a working sector of 90 degrees with a maximum gain of at least 5.1 dB.
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет уменьшить неравномерность ДН в горизонтальной плоскости, что приводит к улучшению равномерности зоны обзора в азимутальной плоскости, например, системы навигации гражданской авиации, оснащенной антенной. При этом повышается стабильность работы системы навигации на предельной дальности, снижается стоимость ее изготовления ввиду отсутствия необходимости настройки антенной системы для получения требуемых характеристик.Thus, the claimed invention allows to reduce the unevenness of the pattern in the horizontal plane, which leads to improved uniformity of the viewing area in the azimuthal plane, for example, a civil aviation navigation system equipped with an antenna. This increases the stability of the navigation system at the maximum range, reduces the cost of its manufacture due to the lack of the need to configure the antenna system to obtain the required characteristics.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131212A RU2639563C1 (en) | 2016-07-28 | 2016-07-28 | Omnidirectional antenna system with special direction pattern |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016131212A RU2639563C1 (en) | 2016-07-28 | 2016-07-28 | Omnidirectional antenna system with special direction pattern |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2639563C1 true RU2639563C1 (en) | 2017-12-21 |
Family
ID=63857511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016131212A RU2639563C1 (en) | 2016-07-28 | 2016-07-28 | Omnidirectional antenna system with special direction pattern |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2639563C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2738332C1 (en) * | 2020-03-06 | 2020-12-11 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" | Linear vertical array of vertical polarization with circular azimuth pattern and built-in antenna channel of glonass/gps standard |
| RU2805292C1 (en) * | 2023-04-27 | 2023-10-13 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" | Linear receiving antenna array of ads-b station with circular azimuth direction and built-in glonass/gps standard antenna channel |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA17304U (en) * | 2006-04-03 | 2006-09-15 | Univ Donetsk Nat Technical | Omnidirectional antenna |
| UA86448C2 (en) * | 2007-04-16 | 2009-04-27 | Донецкий Национальный Технический Университет | Nondirectional antenna |
| RU2371820C2 (en) * | 2007-09-17 | 2009-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" | Wideband omnidirectional antenna with varied polarisation |
-
2016
- 2016-07-28 RU RU2016131212A patent/RU2639563C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| UA17304U (en) * | 2006-04-03 | 2006-09-15 | Univ Donetsk Nat Technical | Omnidirectional antenna |
| UA86448C2 (en) * | 2007-04-16 | 2009-04-27 | Донецкий Национальный Технический Университет | Nondirectional antenna |
| RU2371820C2 (en) * | 2007-09-17 | 2009-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт "Градиент" | Wideband omnidirectional antenna with varied polarisation |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2738332C1 (en) * | 2020-03-06 | 2020-12-11 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" | Linear vertical array of vertical polarization with circular azimuth pattern and built-in antenna channel of glonass/gps standard |
| RU2805292C1 (en) * | 2023-04-27 | 2023-10-13 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" | Linear receiving antenna array of ads-b station with circular azimuth direction and built-in glonass/gps standard antenna channel |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4890618B2 (en) | Dual-band dual-polarized antenna for mobile communication base stations | |
| US10079431B2 (en) | Antenna array having mechanically-adjustable radiator elements | |
| US6339407B1 (en) | Antenna array with several vertically superposed primary radiator modules | |
| CN102544757B (en) | Single-polarization eight-beam antenna for mobile communication base station | |
| US8237619B2 (en) | Dual beam sector antenna array with low loss beam forming network | |
| CN107785665B (en) | Mixed structure dual-frequency dual-beam three-column phased array antenna | |
| US20040108956A1 (en) | Two-dimensional antenna array | |
| NO311598B1 (en) | Multibeam antenna | |
| CN202474227U (en) | Dual-polarized tri-beam antenna for mobile communication base station | |
| US20190067810A1 (en) | Ground to air antenna array | |
| US3604010A (en) | Antenna array system for generating shaped beams for guidance during aircraft landing | |
| US10454164B2 (en) | Antenna device | |
| KR101831432B1 (en) | Base-station Antenna | |
| RU2639563C1 (en) | Omnidirectional antenna system with special direction pattern | |
| WO2015133458A1 (en) | Array antenna and sector antenna | |
| US11563271B2 (en) | Antenna array with ABFN circuitry | |
| JP2004104682A (en) | Antenna device | |
| JP2004266426A (en) | Waveguide array antenna | |
| KR101776850B1 (en) | Hybrid Synthetic Antenna with High Gain for 180 degree radiation Pattern | |
| KR100382209B1 (en) | Symmetrical Type Patch Antenna | |
| RU2591033C1 (en) | Dual-band slotted waveguide antenna array | |
| WO2023082360A1 (en) | Low-frequency oscillator unit, multi-band array antenna and adjustment method therefor | |
| RU2236728C1 (en) | Single-pulse feed | |
| JP2014103694A (en) | Plane antenna | |
| Khalil et al. | Development of the C-Band Directional Antenna |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180729 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190618 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200430 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210220 |