RU2755589C1 - Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решётка - Google Patents
Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решётка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755589C1 RU2755589C1 RU2020111896A RU2020111896A RU2755589C1 RU 2755589 C1 RU2755589 C1 RU 2755589C1 RU 2020111896 A RU2020111896 A RU 2020111896A RU 2020111896 A RU2020111896 A RU 2020111896A RU 2755589 C1 RU2755589 C1 RU 2755589C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- dipole
- base
- wavelength range
- common
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
- H01Q9/32—Vertical arrangement of element
- H01Q9/34—Mast, tower, or like self-supporting or stay-supported antennas
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Изобретение относится к антенной технике и предназначено преимущественно для самоходных (мобильных, передвижных) приемопередающих радиосредств метрового диапазона длин волн. Техническим результатом является повышение эффективности излучения вдоль земли мобильной приемопередающей антенны метрового диапазона длин волн. Технический результат достигается тем, что синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решетка длиной, равной половине максимальной длины волны рабочего диапазона длин волн, содержащая делитель мощности, питающий четыре диполя равной длины, расположенных последовательно и эквидистантно на одной оси, каждый из которых имеет в основании диэлектрический переходник, соединяемый с предыдущим диполем, при этом первый диполь крепится к основанию антенны, которая в свою очередь крепится к необходимой опорной поверхности, отличается тем, что подводимая к ней мощность равномерно делится для питания каждого диполя решетки, каждый из которых имеет в основании точку питания. 4 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно, к антенной технике и предназначено преимущественно для самоходных (мобильных, передвижных) приемопередающих радиосредств метрового диапазона длин волн. Развитие штыревых антенн идет по двум направлениям: включение в антенну спиральной пружинной вставки (например: заявка Франции N 2252666, 1975 г.), использовалось для самоходных приемопередающих радиосредств, и изготовление штыря в виде гибкого конструктивного элемента (заявка ФРГ N 3919884; заявки Франции N 2711277 и N 2604631; патент США N 4435713), использовалось в носимых приемопередающих радиосредствах. Наличие в конфигурации антенны пружины приводит к уменьшению излучающей длины антенны, что снижает ее эффективность, а при механическом движении (колебании) антенны происходит изменение ее резонансной частоты. Антенны, имеющие спиральную пружинную вставку получили большее распространение в самоходных приемопередающих радиосредствах. При установке штыревых антенн на мобильных средствах радиосвязи возникла необходимость разработки гибких штыревых антенн, как травмобезопасных и механически более надежных в эксплуатации. Среди антенн, имеющих спиральную пружинную вставку по конструктивным особенностям и решаемым задачам ближе всего к предлагаемой антенне подходит штыревая антенная по патенту Франции N 2252666, 1975 г., которая принята за прототип. Эти антенны, с точки зрения электрических параметров, характеризуются:
- использованием в KB и УКВ диапазонах длин волн;
- широкой диаграммой направленности в угломестной плоскости (середина ДНА составляет около 30°);
- большим зенитным углом (≥15°);
- низким значением коэффициента усиления (КУ) в диапазоне рабочих частот КУ=(0,03…0,05) [1];
- отсутствие направленных свойств (равномерное распределение) ДНА в горизонтальной плоскости;
- одинаковые основные характеристики на передачу и прием [2]: коэффициент усиления для основного вида поляризации (вертикальной); коэффициент стоячей волны (КСВ); угол максимума диаграммы направленности антенны (ДНА) в вертикальной плоскости; характеристика направленного действия антенны.
Такие характеристики приводят к необходимости увеличивать выходную мощность радиосредств.
Другим недостатком этого класса антенн является зависимость характеристик антенн от электрофизических параметров почвы, приводящая к отражению электромагнитной волны вверх и увеличению тем самым зенитного угла.
Наиболее близкой к изобретению по технической конструкции и техническому результату является штыревая антенна типа АШ-4, производства АО «Сарапульский радиозавод» [3].
Конструктивно антенна АШ-4 [3] представляет собой несимметричный полуволновый вибратор 1 (фиг. 1) длиной около 4 метров, имеющий в основании пружину 2, соединенную с корпусом самохода диэлектрической вставкой 3. В основании пружины антенны имеется точка питания от источника ВЧ-энергии 4 (приемопередатчика). Для защиты от коррозии пружина 2 помещена в резиновый чехол. Для защиты от поражения электрическим током, при случайном касании нижняя часть полуволнового вибратора 1 покрыта пластиковой оболочкой.
Техническим результатом является повышение эффективности излучения вдоль земли мобильной приемопередающей антенны метрового диапазона длин волн, что повышает электромагнитную совместимость радиотехнических устройств и эффективность противодействия техническим средствам обнаружения при сохранении ее радиотехнических характеристик в ультракоротковолновом диапазоне длин волн и приводит к расширению функциональных возможностей штыревой антенны.
Для анализа основных параметров приведенного выше устройства была разработана электродинамическая модель. По причине простоты устройства антенны АШ-4 для анализа была выбрана программа MMANA-GAL-basic [4], позволяющая смоделировать эту антенну. Результаты электродинамического моделирования подтвердили выводы [1] для прототипа и показаны на фиг. 2.
На фиг. 2 показан скриншот результатов моделирования антенны АШ-4 с четырьмя соединенными коленами (размеры указаны в правом нижнем углу), запитана антенна через пружину, частота ВЧ колебаний лежит в диапазоне 30…80 МГц (рабочий диапазон частот радиостанций с которыми поставляется прототип). На скриншотах (фиг. 2 и фиг. 4) для наглядности показаны результаты моделирования для частот: 30 МГц; 42,5 МГц; 55 МГц; 67,5 МГц и 80 МГц. Материал и диаметр антенны выбраны: диполь - алюминий диаметром 10 мм, пружина - сталь диаметром 3 мм. Высота питания антенны выбрана для случая установки ее на самоходном шасси -2 м. В качестве подстилающей поверхности выбрана реальная земля. Диаграммы направленностей модели антенны показаны в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при питании антенны ВЧ-током на разных частотах. Также приведены некоторые основные характеристики: коэффициент усиления Ga, для основного вида поляризации (вертикальной), коэффициент стоячей волны (КСВ) и угол максимума диаграммы направленности антенны (ДНА) в вертикальной плоскости.
Анализ результатов моделирования штатной антенны АШ-4 показал, что возбуждаемая электро-магнитная волна имеет комплексный характер. Это связано с возбуждением ВЧ поля пружиной, излучающей поле с вертикальной и горизонтальной поляризацией. В столбце «F/В» таблицы фиг. 2 показаны значения, характеризующие направленные свойства исследуемой антенны, для различных значений питающих частот, в горизонтальной плоскости, что подтверждается формами графиков ДНА в левой части фиг. 2.
Вертикальное сечение ДНА (правая верхняя часть фигуры 2) по форме близка к косекансной. Ширина ДНА в вертикальной плоскости составляет около 50°…60° по уровню 0,707, что явно избыточно для подавляющего большинства случаев, так как УКВ-радиостанции, использующие антенну АШ-4, предназначены для связи с наземными объектами. Коэффициент усиления (Ga) составляет - 1,2…6,1 дБ, коэффициент стоящей волны -10000…20000. Ярко выраженный главный максимум имеет зенитный угол, лежащий в диапазоне 30°…70°, в зависимости от частоты питающего антенну тока. Таким образом, штатная антенна, как устройство излучения ВЧ-волны, является неоптимальной по следующим критериям:
энергия электромагнитной волны в верхней части «крыла бабочки», с одной стороны, является источником информации для средств радиотехнической разведки, а, с другой стороны, не используется для покрытия зоны связи в необходимом направлении - вдоль плоскости горизонта, что является одной из причин низкого коэффициента усиления антенны;
округлая форма ДНА вдоль плоскости горизонта не обеспечивает покрытие зоны связи из-за переотражения части электромагнитной волны от поверхности земли и синфазного сложения с основной волной в направлении зенитного угла.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности излучения вдоль земли мобильной приемопередающей антенны путем уменьшения зенитного угла и ширины ДНА в горизонтальной плоскости без значительного изменения размеров и формы антенны, и, без ухудшения их радиотехнических параметров.
Для формирования более узких диаграмм направленности и получения больших КНД, чем у различных видов вибраторных антенн, слабонаправленные излучатели объединяются в систему, называемую антенной решеткой.
Предлагаемая в заявке на изобретение синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решетка работает следующим образом (фиг. 3).
Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решетка содержит основание антенны 1, механически соединенное с антенной, имеющей высоту λmах/2, где λmах - максимальная длина волны диапазона работы приемопередающего радиосредства и состоит из делителя мощности 2, подключаемого к приемо-передатчику 3, четырех диполей равной длины 4 (λmах/8), расположенных последовательно и эквидистантно на одной оси, каждый из которых имеет в основании диэлектрический переходник 5, соединяемый с предыдущим диполем, при этом первый диполь крепится к основанию антенны. Каждый диполь имеет в основании точку питания 6. Основание антенны может устанавливаться на любую опорную поверхность, как в виде пружины в самоходном варианте, так и на жесткую поверхность в стационарном варианте, например, при использовании мачтового устройства, что придает антенной решетке свойство универсальности. Раздельное синфазное и равноамплитудное питание каждого диполя штыревой антенной решетки обеспечивается делителем мощности, при работе на передачу. При работе на прием, сложение мощностей от диполей осуществляется сумматором.
Большие направленные свойства при этом достигаются за счет того, что в нужном направлении (вдоль земной поверхности) поля всех излучателей суммируются синфазно, а в других направлениях несинфазно. В отличие от питания прототипа, питание к диполям подводится не через спиральную пружинную вставку, а в обход последней через делитель (сумматор) мощности. Таким образом, из-за существенного преобладания вертикальной плоскости поляризации электромагнитной волны, формируется поперечное излучение, позволяющее реализовать равномерную ДНА в горизонтальной плоскости. Скриншот результатов электродинамического моделирования синфазной прямолинейной штыревой УКВ антенной решетки представлен на фиг.4.
Ярко выраженный главный максимум имеет зенитный угол, составляющий около 10°. Ширина диаграммы направленности антенны составляет около 20°. Кроме того, отсутствие в цепи питания элементов антенной решетки спиральной пружинной вставки позволило значительно уменьшить комплексную составляющую сопротивления.
Claims (1)
- Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решетка длиной, равной половине максимальной длины волны рабочего диапазона длин волн, содержащая делитель мощности, питающий четыре диполя равной длины, расположенных последовательно и эквидистантно на одной оси, каждый из которых имеет в основании диэлектрический переходник, соединяемый с предыдущим диполем, при этом первый диполь крепится к основанию антенны, которая в свою очередь крепится к необходимой опорной поверхности, отличающаяся тем, что подводимая к ней мощность равномерно делится для питания каждого диполя решетки, каждый из которых имеет в основании точку питания.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111896A RU2755589C1 (ru) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решётка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111896A RU2755589C1 (ru) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решётка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2755589C1 true RU2755589C1 (ru) | 2021-09-17 |
Family
ID=77745746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020111896A RU2755589C1 (ru) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решётка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2755589C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808162C1 (ru) * | 2023-02-03 | 2023-11-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации | Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решётка с адаптированным амплитудным распределением |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2252666A1 (en) * | 1973-11-22 | 1975-06-20 | Kathrein Werke Kg | Whip antenna for vehicles and portable broadcasting installations - with a spring surrounding a plastics rod, for oscillation damping |
US4435713A (en) * | 1981-11-20 | 1984-03-06 | Motorola, Inc. | Whip antenna construction |
DE3919884C2 (de) * | 1989-06-19 | 1994-05-19 | Bosch Gmbh Robert | Stabförmige Funkantenne |
RU176445U1 (ru) * | 2017-06-22 | 2018-01-18 | Любовь Михайловна Любина | Штыревая антенна |
-
2020
- 2020-03-23 RU RU2020111896A patent/RU2755589C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2252666A1 (en) * | 1973-11-22 | 1975-06-20 | Kathrein Werke Kg | Whip antenna for vehicles and portable broadcasting installations - with a spring surrounding a plastics rod, for oscillation damping |
US4435713A (en) * | 1981-11-20 | 1984-03-06 | Motorola, Inc. | Whip antenna construction |
DE3919884C2 (de) * | 1989-06-19 | 1994-05-19 | Bosch Gmbh Robert | Stabförmige Funkantenne |
RU176445U1 (ru) * | 2017-06-22 | 2018-01-18 | Любовь Михайловна Любина | Штыревая антенна |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2808162C1 (ru) * | 2023-02-03 | 2023-11-24 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации | Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решётка с адаптированным амплитудным распределением |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Pan et al. | Singly-Fed Wideband 45$^\circ $ Slant-Polarized Omnidirectional Antennas | |
RU2755589C1 (ru) | Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решётка | |
Fallahzadeh et al. | Beam shaping of X-band stepped choke ring antenna for LED satellite applications | |
US11431096B2 (en) | Patch antenna assembly with grounded posts | |
Lee et al. | A 60-GHz Yagi-Uda circular array antenna with omni-direcitional pattern for millimeter-wave WBAN applications | |
US11417962B2 (en) | Tower based antenna including multiple sets of elongate antenna elements and related methods | |
Maity et al. | A high gain narrowband microstrip antenna array for wireless applications | |
RU2808162C1 (ru) | Синфазная прямолинейная штыревая УКВ антенная решётка с адаптированным амплитудным распределением | |
Gao et al. | A Novel Co-planar Waveguide-fed Direct Current Wide Band Printed Dipole Antenna. | |
Kenari | Ultra wideband patch antenna for Ka band applications | |
Yousaf et al. | Design of circularly polarized omnidirectional bifilar helix antennas with optimum wide axial ratio beamwidth | |
Takano et al. | A partially driven array antenna backed by a reflector with a reduction in the number of driven elements by up to 67% | |
Mappatao | Radiation characteristics of patterns derived from shunt-fed slanted dipole linear arrays | |
Makanae et al. | A Study on gain enhancement of a leaf-shaped bowtie slot antenna array employing dielectric superstrates | |
Radha et al. | A Compact broadband quasi-isotropic antenna for wireless energy harvesting applications | |
Yousaf et al. | Circularly polarized wide axial ratio beamwidth omnidirectional bifilar helix antennas | |
Jangam et al. | Design of J Pole Antenna for GPS-based Radiosonde Receiver Station | |
Ismail et al. | Rectangular Microstrip Yagi Array Antenna for Wifi Applications | |
RU115569U1 (ru) | Сверхширокополосный излучающий элемент с коаксиальным входом и антенная решетка, содержащая такой излучающий элемент | |
Farhan et al. | Printed monopole antenna array: A technique to improve directive gain | |
Saetia et al. | A wideband antenna using modified magneto-electric curved strip dipole | |
Gopalakrishnan et al. | Radiation Pattern Reconfigurable FM Antenna | |
RU2526766C2 (ru) | Антенна типа волновой канал | |
RU2180151C1 (ru) | Всенаправленная антенна | |
Bhavya et al. | Annular slot ring antenna with enhanced radiation characteristics for radiolocation applications |