RU2728729C1 - Turnstile antenna with small-capacity quadrature power divider - Google Patents

Turnstile antenna with small-capacity quadrature power divider Download PDF

Info

Publication number
RU2728729C1
RU2728729C1 RU2019119473A RU2019119473A RU2728729C1 RU 2728729 C1 RU2728729 C1 RU 2728729C1 RU 2019119473 A RU2019119473 A RU 2019119473A RU 2019119473 A RU2019119473 A RU 2019119473A RU 2728729 C1 RU2728729 C1 RU 2728729C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiator
reactive load
left arm
arm
antenna
Prior art date
Application number
RU2019119473A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Владимирович Московский
Виктор Анатольевич Осокин
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ")
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 Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") filed Critical Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ")
Priority to RU2019119473A priority Critical patent/RU2728729C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2728729C1 publication Critical patent/RU2728729C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: radio equipment.SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used as a turnstile antenna with horizontal polarization of radiation field and circular pattern in horizontal plane. For this purpose, antenna comprises four reactive loads, wherein first reactive load is connected between left arm of first radiator and left arm of second radiator, second reactive load is connected between left arm of second radiator and right arm of first radiator, the third reactive load is connected between the left arm of the first radiator and the right arm of the second radiator, the fourth reactive load is connected between the right arm of the first and the right arms of the second radiator. As a result of expansion of functional capabilities it is implemented on the basis of application of cross symmetrical radiators possessing essentially reduced sizes of the quadrature power divider due to its execution in the form of elements with concentrated parameters connected as per the bridge circuit.EFFECT: technical result is broader functional capabilities.1 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в качестве турникетной антенны с горизонтальной поляризацией поля излучения и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости.The invention relates to the field of antenna technology and can be used as a turnstile antenna with horizontal polarization of the radiation field and a circular radiation pattern in the horizontal plane.

Уровень техникиState of the art

В данной области техники хорошо известны антенны, имеющие конфигурацию двух перекрестных симметричных излучателей - «турникета».Antennas are well known in the art having a configuration of two crossed symmetrical radiators - a "turnstile".

Для создания круговой диаграммы направленности излучатели должны быть подключены к общему питающему фидеру так, чтобы протекающие в них токи имели одинаковые амплитуды и взаимный фазовый сдвиг, равный 90 градусов. Таким образом, любая турникетная антенна включает в себя квадратурный делитель мощности (КДМ) устройство, обеспечивающее деление подводимой мощности на два канала и создающее фазовый сдвиг в одном из каналов. В известных турникетных антеннах КДМ представляют собой связанные между собой линии с ТЕМ волной. Такой КДМ показан в книге [1] на рисунке 25.20 с. 119. Квадратурный фазовый сдвиг здесь обеспечивается при помощи четвертьволнового отрезка линии. Кроме того, для согласования с кабелем со стандартным волновым сопротивлением изображенная здесь турникетная антенна должна быть дополнена трансформатором волновых сопротивлений. Длина этого трансформатора, выполненного на двухпроводной линии, не может быть менее четверти длинны волны. В патенте [2] предложено осуществлять согласование при помощи отрезка линии, включенного параллельно в основную питающую линию на определенном расстоянии от излучателей. Эти отрезки линии общей длиной не менее длины волны определяют габаритные размеры КДМ и всей турникетной антенны.To create a circular radiation pattern, the emitters must be connected to a common supply feeder so that the currents flowing in them have the same amplitudes and a mutual phase shift of 90 degrees. Thus, any turnstile antenna includes a quadrature power divider (QPS) device that divides the input power into two channels and creates a phase shift in one of the channels. In the known turnstile antennas, KDM are interconnected lines with a TEM wave. Such a CDM is shown in the book [1] in Figure 25.20 p. 119. The quadrature phase shift is provided here using a quarter-wave line segment. In addition, the turnstile antenna shown here must be supplemented with an impedance transformer to match the standard impedance cable. The length of this transformer, made on a two-wire line, cannot be less than a quarter of the wavelength. In the patent [2], it is proposed to carry out matching using a line segment connected in parallel to the main supply line at a certain distance from the radiators. These line segments with a total length of at least a wavelength determine the overall dimensions of the MDM and the entire turnstile antenna.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Дальнейшее описание поясняется с помощью следующих фигур.Further description is explained using the following figures.

Фигура 1 - Обобщенная электрическая схема турникетной антенны с малогабаритным квадратурным делителем мощности.Figure 1 - Generalized electrical circuit of a turnstile antenna with a small-size quadrature power divider.

Фигура 2 - Частный простейший вариант турникетной антенны с малогабаритным квадратурным делителем мощности.Figure 2 - Particular simplest variant of a turnstile antenna with a small-size quadrature power divider.

Фигура 3 - Пример конструкции турникетной антенны с малогабаритным квадратурным делителем мощности.Figure 3 - An example of the design of a turnstile antenna with a small-size I / O power divider.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Основной технической задачей предложенного решения является создание турникетной антенны, преимущественно метрового диапазона длин волн, обладающей существенно уменьшенными размерами квадратурного делителя мощности.The main technical task of the proposed solution is the creation of a turnstile antenna, mainly in the meter wavelength range, with significantly reduced dimensions of the quadrature power divider.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Основная техническая задача решается тем, что в отличие от известных турникетных антенн предлагаемая антенна не содержит отрезков линий. КДМ предлагаемой турникетной антенны выполнен на элементах со сосредоточенными параметрами.The main technical problem is solved by the fact that, in contrast to the known turnstile antennas, the proposed antenna does not contain line segments. The CMM of the proposed turnstile antenna is made on elements with lumped parameters.

На фиг. 1 изображена обобщенная схема предлагаемой турникетной антенны. Турникетная антенна содержит пару симметричных перекрестных электрических излучателей А1 и А2, пару реактивных нагрузок Z11 и Z12 c сопротивлением jX1 и пару реактивных нагрузок Z21 и Z22 с сопротивлением jX2. Из анализа схемы следует, что при Х1=-Х2 токи в вибраторах связаны соотношением

Figure 00000001
. Т.е. находятся в квадратуре. При этом входное сопротивление турникетной антенны определяется какFIG. 1 shows a generalized diagram of the proposed turnstile antenna. The turnstile antenna contains a pair of symmetrical crossed electric radiators A1 and A2, a pair of reactive loads Z11 and Z12 with resistance jX 1 and a pair of reactive loads Z21 and Z22 with resistance jX 2 . From the analysis of the circuit it follows that when X 1 = -X 2, the currents in the vibrators are related by the ratio
Figure 00000001
... Those. are squared. In this case, the input impedance of the turnstile antenna is defined as

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
- входное сопротивление каждого из диполей, зависящее от их длины.Where
Figure 00000003
- the input impedance of each of the dipoles, depending on their length.

Входное сопротивление турникетной антенны окажется чисто активным, если выбрать реактивные нагрузки таким образом, чтобыThe input impedance of the turnstile antenna turns out to be purely active if the reactive loads are chosen so that

Figure 00000004
Figure 00000004

Тогда ZΣ=RΣ=Rd/2. Для обеспечения согласования турникетной антенны с питающим фидером длина диполей должна быть выбрана такой, чтобы значение активной составляющей их входного сопротивления была равно удвоенному значению волнового сопротивления питающего фидера Rd=2W0. При волновом сопротивлении фидера W0=50 Ом активная составляющая входного сопротивления диполей должна быть равной 100 Ом. Такое сопротивление имеет тонкий симметричный прямолинейный диполь длиной, равной 0,507 длины волны. Реактивная составляющая входного сопротивления этого диполя имеет значение Xd=77,5 Ом. В соответствии с соотношением (1) реактивные нагрузки должны быть выбраны таким образом, чтобы Х1=61,3 Ом.Then Z Σ = R Σ = R d / 2. To ensure matching of the turnstile antenna with the feeding feeder, the length of the dipoles should be chosen such that the value of the active component of their input impedance is equal to the doubled value of the impedance of the feeding feeder R d = 2W 0 . With the characteristic impedance of the feeder W 0 = 50 Ohm, the active component of the input impedance of the dipoles must be equal to 100 Ohm. This resistance has a thin symmetrical rectilinear dipole with a length equal to 0.507 wavelengths. The reactive component of the input impedance of this dipole has a value of X d = 77.5 ohms. In accordance with relation (1), reactive loads should be selected so that X 1 = 61.3 ohms.

В простейшем случае реактивные нагрузки представляют собой конденсаторы и катушки индуктивности, как это показано на фиг. 2. Значения емкостей конденсаторов С1 и С2 равныIn the simplest case, the reactive loads are capacitors and inductors, as shown in FIG. 2. The values of the capacitors C1 and C2 are equal

Figure 00000005
Figure 00000005

где ƒ - рабочая частота антенны. Значения индуктивностей катушек L1 и L2 составляютwhere ƒ is the operating frequency of the antenna. The values of the inductances of the coils L1 and L2 are

Figure 00000006
Figure 00000006

На фиг. 3 изображена турникетная антенна III телевизионного диапазона (от 174 до 230 МГц), реализующая предлагаемое техническое решение. Турникетная антенна содержит печатную плату, выполненную из фольгированного фторопласта толщиной 1 мм, на которой установлены два перекрестных электрических излучателя А1 и А2, катушки индуктивности L1 и L2 и радиочастотный соединитель типа SMA 4. Конденсаторы С1 и С2, показанные на фиг. 2, здесь выполнены конструкционно в виде участков фольги на противоположных сторонах печатной платы Р.FIG. 3 shows a turnstile antenna of the III television band (from 174 to 230 MHz), which implements the proposed technical solution. The turnstile antenna contains a printed circuit board made of foil-clad fluoroplastic with a thickness of 1 mm, on which two cross-over electric radiators A1 and A2, inductors L1 and L2 and an SMA 4 radio-frequency connector are installed. Capacitors C1 and C2 shown in FIG. 2, here they are structurally made in the form of foil sections on opposite sides of the printed circuit board P.

ЛитератураLiterature

1. Карл Ротхаммель. Антенны. Издание одиннадцатое. «Данвел», Москва, 2005. С. 119.1. Karl Rothammel. Antennas. Eleventh edition. Danvel, Moscow, 2005. P. 119.

2. Патент US 2,086,976 G.H. Brown, 13 июля 1937.2. Patent US 2,086,976 G.H. Brown, 13 July 1937.

Claims (1)

Турникетная антенна, состоящая из двух перекрестных электрических излучателей, отличающаяся тем, что содержит четыре реактивные нагрузки, причем первая реактивная нагрузка подключена между левым плечом первого излучателя и левым плечом второго излучателя, вторая реактивная нагрузка подключена между левым плечом второго излучателя и правым плечом первого излучателя, третья реактивная нагрузка подключена между левым плечом первого излучателя и правым плечом второго излучателя, четвертая реактивная нагрузка подключена между правым плечом первого и правым плечом второго излучателей.A turnstile antenna consisting of two cross electric radiators, characterized in that it contains four reactive loads, the first reactive load being connected between the left arm of the first radiator and the left arm of the second radiator, the second reactive load being connected between the left arm of the second radiator and the right arm of the first radiator, the third reactive load is connected between the left arm of the first radiator and the right arm of the second radiator, the fourth reactive load is connected between the right arm of the first and right arms of the second radiator.
RU2019119473A 2019-06-20 2019-06-20 Turnstile antenna with small-capacity quadrature power divider RU2728729C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019119473A RU2728729C1 (en) 2019-06-20 2019-06-20 Turnstile antenna with small-capacity quadrature power divider

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019119473A RU2728729C1 (en) 2019-06-20 2019-06-20 Turnstile antenna with small-capacity quadrature power divider

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2728729C1 true RU2728729C1 (en) 2020-07-30

Family

ID=72085792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019119473A RU2728729C1 (en) 2019-06-20 2019-06-20 Turnstile antenna with small-capacity quadrature power divider

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2728729C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2086976A (en) * 1935-09-20 1937-07-13 Rca Corp Antenna system
DE2026984B2 (en) * 1970-05-27 1980-02-14 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Multiple radiator horizontally polarised aerial - has vertical feed cable at least one wavelength distant from aerial assembly
SU1246200A2 (en) * 1983-04-01 1986-07-23 Предприятие П/Я В-2203 Turnstile aerial
RU2188485C2 (en) * 2000-11-20 2002-08-27 Бурятский научный центр СО РАН Turnstile antenna

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2086976A (en) * 1935-09-20 1937-07-13 Rca Corp Antenna system
DE2026984B2 (en) * 1970-05-27 1980-02-14 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Multiple radiator horizontally polarised aerial - has vertical feed cable at least one wavelength distant from aerial assembly
SU1246200A2 (en) * 1983-04-01 1986-07-23 Предприятие П/Я В-2203 Turnstile aerial
RU2188485C2 (en) * 2000-11-20 2002-08-27 Бурятский научный центр СО РАН Turnstile antenna

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
САЗОНОВ Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988, с.251-253. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113287230B (en) Antenna device and terminal
US20090284431A1 (en) Integrated electronics matching circuit at an antenna feed point for establishing wide bandwidth, low vswr operation, and method of design
US9960484B2 (en) Non-foster active impedance circuit for electrically small antennas
TW201119132A (en) Antenna system providing high isolation between antennas on electronics device
EP3414816A1 (en) Energy harvesting circuit board
US6246299B1 (en) High power broadband combiner having ferrite cores
TW201442342A (en) Diversity antenna assembly and broadband antenna allowing dynamic adjustment of input impedance
US20200044331A1 (en) Multi-antenna system and mobile terminal
EP3319169B1 (en) Broadband rectenna
CN105406161B (en) A kind of degree of coupling it is adjustable and with restructural response across directional coupler
CN109167144A (en) A kind of conjugate impedance match coupling inhibits the microstrip circuit implementation method of network
Gilmore et al. Suppressing undesired common-mode resonances in connected antenna arrays
RU2728729C1 (en) Turnstile antenna with small-capacity quadrature power divider
Shen et al. Compact quad-port dual-polarized dipole rectenna for ambient RF energy harvesting
Dardeer et al. A dual band circularly polarized rectenna for RF energy harvesting applications
Munir et al. Cohn topology-based 1: 8 power divider for S-band array antenna feeding network
Bemani et al. A dual-band feed network for series-fed antenna arrays using extended composite right/left-handed transmission lines
US9147938B2 (en) Low frequency differential mobile antenna
WO2009038790A1 (en) Electrically small antenna devices, systems, apparatus, and methods
CN215299500U (en) Antenna structure and electronic device
Tiwari et al. A wideband 1: 2 T-junction power divider for antenna array with optimum results
CN109599671A (en) A kind of coplanar wave guide feedback Dual-band circular polarization antenna
TWI333716B (en) Multi-frequency antenna and a related electric device
Fischer et al. Off-centre fed dipole suppressing the radiation of the feed-line by a load impedance at an arbitrary point
US10992019B2 (en) Power dividing circuit and power divider