RU86355U1

RU86355U1 - BROADBAND COAXIAL ANTENNA

Info

Publication number: RU86355U1
Application number: RU2009105513/22U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Александрович Кульша; Владимир Алексеевич Золотарев; Денис Геннадьевич Решетов; Сергей Владимирович Дружкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ВТФ-Плюс"
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2009-08-27

Abstract

1. Широкополосная коаксиальная антенна, содержащая внутренний и внешний проводники, выполненные из токопроводящего материала, верхние края обоих проводников соединены токопроводящей перемычкой, центральный проводник питающего фидера подключен к внешнему проводнику антенны, оплетка питающего фидера - к внутреннему, отличающаяся тем, что введены стержень, установленный по оси симметрии антенны и выполненный из диэлектрического материала, на котором размещены верхнее подвижное и нижнее неподвижное основания антенны, края каждого из которых представляют собой замкнутые произвольные кривые, на верхнем основании установлен фиксирующий механизм, при этом внутренний и внешний проводники выполнены из гибкого материала с разрезами на пластины по образующим и формируют при перемещении верхнего основания по стержню выпуклые токопроводящие поверхности, верхние и нижние края проводников прикреплены соответственно к верхнему и нижнему основаниям антенны и соединены между собой соответственно, основания антенны выполнены из диэлектрического материала. ! 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что внутренний и внешний проводники выполнены сплошными без разрезов. ! 3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что основания выполнены в виде сплошного диска с отверстием по центру. ! 4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что основания выполнены в виде сплошного диска с отверстием по центру и дополнительными отверстиями произвольной формы, сохраняющими жесткость конструкции. ! 5. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что фиксирующий механизм выполнен с автоматическим управлением. ! 6. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что фиксирующий механизм в1. A broadband coaxial antenna containing internal and external conductors made of conductive material, the upper edges of both conductors are connected by a conductive jumper, the central conductor of the supply feeder is connected to the external conductor of the antenna, the braid of the supply feeder is connected to the inner one, characterized in that a rod installed along the axis of symmetry of the antenna and made of dielectric material on which the upper movable and lower stationary bases of the antenna are placed, the edges of each of the cats They are closed arbitrary curves, a fixing mechanism is installed on the upper base, while the inner and outer conductors are made of flexible material with cuts on the plates along the generatrices and form convex conductive surfaces when the upper base moves along the rod, the upper and lower edges of the conductors are attached respectively to the upper and lower bases of the antenna and are interconnected respectively, the base of the antenna is made of dielectric material. ! 2. The antenna according to claim 1, characterized in that the inner and outer conductors are solid without cuts. ! 3. The antenna according to claim 1, characterized in that the base is made in the form of a solid disk with a hole in the center. ! 4. The antenna according to claim 1, characterized in that the bases are made in the form of a solid disk with a hole in the center and additional holes of arbitrary shape, preserving the rigidity of the structure. ! 5. The antenna according to claim 1, characterized in that the locking mechanism is made with automatic control. ! 6. The antenna according to claim 1, characterized in that the locking mechanism in

Description

Устройство относится к антенным системам и может найти применение в радиопередающих и радиоприемных устройствах.The device relates to antenna systems and may find application in radio transmitting and receiving devices.

Известен конический симметричный вибратор, описанный в книге Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ, т.1, изд. «Связь», М., 1977, стр.187, обладающий расширенной полосой рабочих частот. Его недостатком является неравномерность диаграммы направленности в горизонтальной плоскости из-за наличия шунтов, а так же недостаточно широкая полоса рабочих частот.Known conical symmetric vibrator described in the book Aizenberg G.Z., Yampolsky V.G., Tereshin ON VHF Antennas, vol. 1, ed. "Communication", M., 1977, p. 187, with an expanded band of operating frequencies. Its disadvantage is the irregularity of the radiation pattern in the horizontal plane due to the presence of shunts, as well as an insufficiently wide operating frequency band.

Известны антенный блок, способ управления им и мобильное устройство с использованием такого блока, описанные в патенте 8 H01Q 1/24 WO 2007073068 A1 от 28.06.2007, пространственная антенна из формованных гибких схемных элементов с электромагнитной связью с питающей линией, описанная в патенте 8 Н01Р 11/00 JP 3899024 В2 2004518318 А от 28.03.2007, антенна (несимметричный вибратор) по патенту США №3931625, опубл. 6 января 1976 г., недостатком которых является недостаточно широкая полоса рабочих частот.Known antenna unit, a method for controlling it and a mobile device using such a unit, described in patent 8 H01Q 1/24 WO 2007073068 A1 of 06.28.2007, a spatial antenna of molded flexible circuit elements with electromagnetic coupling with a power line, described in patent 8 H01P 11/00 JP 3899024 B2 2004518318 A dated 03/28/2007, the antenna (unbalanced vibrator) according to US patent No. 3931625, publ. January 6, 1976, the disadvantage of which is not a sufficiently wide band of operating frequencies.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является антенна из коаксиального кабеля, описанная в статье Радиолюбитель KB и УКВ 3/2000, с.35, принятая за прототип.The closest in technical essence to the proposed device is an antenna made of coaxial cable, described in the article Amateur radio KB and VHF 3/2000, p.35, adopted as a prototype.

Устройство-прототип является антенной из коаксиального кабеля. Центральным проводником этого кабеля является медная трубка, а оплеткой - тонкостенная гофрированная медная трубка. На верхнем конце центральный проводник соединен с оплеткой проволочной перемычкой, центральный проводник питающего фидера подключен на внешний проводник антенны, оплетка питающего фидера - на центральный.The prototype device is an antenna made of coaxial cable. The central conductor of this cable is a copper tube, and the braid is a thin-walled corrugated copper tube. At the upper end, the central conductor is connected to the braid by a wire jumper, the central conductor of the supply feeder is connected to the external conductor of the antenna, the braid of the supply feeder to the central.

Устройство-прототип работает следующим образом. При расчете на среднюю частоту 150 МГц в полосе 140…160 МГц, ее КСВ не превышал 1,4 при минимуме 1,05. Эффективность оценивалась путем сравнения с промышленным диполем При более чем вдвое меньшей длине, коаксиальная антенна не уступала вплоть до частоты 170 МГц, а в полосе частот 140…147 МГц превосходила диполь на 3 дБ (рабочий диапазон - 48…175 МГц).The prototype device operates as follows. When calculating the average frequency of 150 MHz in the band 140 ... 160 MHz, its SWR did not exceed 1.4 with a minimum of 1.05. Efficiency was estimated by comparison with an industrial dipole. With more than half the length, the coaxial antenna was not inferior up to the frequency of 170 MHz, and in the frequency band 140 ... 147 MHz it exceeded the dipole by 3 dB (operating range - 48 ... 175 MHz).

Общая длина антенны корректируется при расчете или в процессе настройки.The total antenna length is adjusted during calculation or during the tuning process.

Недостатком устройства прототипа является недостаточно широкая полоса рабочих частот.The disadvantage of the prototype device is not wide enough operating frequency band.

Для устранения указанного недостатка в антенну, содержащую внутренний и внешний проводники, выполненные из токопроводящего материала, верхние края обоих проводников соединены токопроводящей перемычкой, центральный проводник питающего фидера подключен к внешнему проводнику антенны, оплетка питающего фидера - к внутреннему, согласно полезной модели, введены стержень, установленный по оси симметрии антенны и выполненный из диэлектрического материала, на котором размещены верхнее подвижное и нижнее неподвижное основания антенны, края каждого из которых представляют собой замкнутые произвольные кривые, на верхнем основании установлен фиксирующий механизм, при этом внутренний и внешний проводники выполнены из гибкого материала с разрезами на пластины по образующим и формируют при перемещении верхнего основания по стержню выпуклые токопроводящие поверхности, верхние и нижние края проводников прикреплены соответственно к верхнему и нижнему основаниям антенны и соединены между собой соответственно, основания антенны выполнены из диэлектрического материала.To eliminate this drawback, an antenna containing internal and external conductors made of conductive material, the upper edges of both conductors are connected by a jumper, the central conductor of the supply feeder is connected to the external conductor of the antenna, the braid of the supply feeder is connected to the inner, according to the utility model, a rod is inserted, mounted along the axis of symmetry of the antenna and made of dielectric material on which the upper movable and lower stationary bases of the antenna are placed, the edges to each of which are closed arbitrary curves, a fixing mechanism is installed on the upper base, while the inner and outer conductors are made of flexible material with cuts on the plates along the generatrices and form convex conductive surfaces when the upper base moves along the rod, the upper and lower edges of the conductors are attached respectively, to the upper and lower bases of the antenna and are interconnected respectively, the base of the antenna is made of dielectric material.

На фиг 1а - представлена схема предлагаемой антенны; на фиг.1б - вид сверху; на фиг.2а - схема предлагаемой антенны в несжатом положении с основанием в виде круга; на фиг.2б - схема предлагаемой антенны в сжатом положении; на фиг.2в - вид сверху; на фиг.2г - поперечный разрез предлагаемой антенны; на фиг.3 - результаты экспериментальной проверки эффективности работы заявляемой антенны.On figa - presents a diagram of the proposed antenna; on figb - top view; on figa is a diagram of the proposed antenna in an uncompressed position with the base in the form of a circle; on figb is a diagram of the proposed antenna in a compressed position; on figv - top view; Fig.2g is a cross section of the proposed antenna; figure 3 - the results of experimental verification of the operational efficiency of the claimed antenna.

Схема заявляемой антенны приведена на фиг.1а, б; 2а, б, в, г, где обозначено:The scheme of the claimed antenna is shown in figa, b; 2a, b, c, d, where it is indicated:

1 - внутренний проводник;1 - inner conductor;

2 - внешний проводник;2 - external conductor;

3 - перемычка;3 - jumper;

4 - центральный проводник питающего фидера;4 - the central conductor of the feed feeder;

5 - оплетка питающего фидера.5 - braid supply feeder.

6 - центр симметрии;6 - center of symmetry;

7 - стержень крепления;7 - mounting rod;

8 - фиксирующий механизм;8 - locking mechanism;

9 - верхнее и нижнее основания.9 - upper and lower bases.

Предлагаемая антенна содержит внутренний 1 и внешний 2 проводники, выполненные из гибкого токопроводящего материала с разрезами на пластины по образующим, верхние и нижние края каждого проводника 1 и 2 соединены между собой, т.е. не разрезаны до краев или разрезаны, но соединены соответственно. Ширина пластин внутреннего 1 и внешнего 2 проводников и их количество определяется центральным углом α, в общем случае неодинаковым для различных пластин (на фиг.2г показана одна пара пластин). При этом ширина пластин внутреннего 1 и внешнего 2 проводников может быть неодинакова.The proposed antenna contains an inner 1 and an outer 2 conductors made of flexible conductive material with cuts into plates along the generatrices, the upper and lower edges of each conductor 1 and 2 are interconnected, i.e. not cut to the brim or cut, but connected accordingly. The width of the plates of the inner 1 and outer 2 conductors and their number is determined by the central angle α, which is generally not the same for different plates (Fig. 2d shows one pair of plates). The width of the plates of the inner 1 and outer 2 conductors may be different.

Верхние и нижние края проводников 1 и 2 прикреплены соответственно к верхнему подвижному и нижнему неподвижному основаниям 9 антенны, которые выполнены из диэлектрического материала, в виде сплошного диска с отверстием по центру или с дополнительными отверстиями произвольной формы, сохраняющими жесткость конструкции.The upper and lower edges of the conductors 1 and 2 are attached respectively to the upper movable and lower fixed bases 9 of the antenna, which are made of dielectric material, in the form of a solid disk with a hole in the center or with additional holes of arbitrary shape that preserve the rigidity of the structure.

Геометрической фигурой оснований 9 может быть часть плоскости, ограниченная замкнутыми произвольными кривыми (на фиг.2 для простоты представлена антенна, основания 9 которой выполнены в виде круга).The geometrical figure of the bases 9 can be a part of the plane bounded by closed arbitrary curves (in Fig. 2, for simplicity, an antenna is shown, the bases 9 of which are made in the form of a circle).

Верхние края пластин внутреннего 1 проводника соединены между собой токопроводящей перемычкой по внутреннему краю основания 9, верхние края пластин внешнего 2 проводника - по внешнему краю основания 9 и соединены между собой токопроводящей перемычкой 3 (фиг.1б и 2в) Ширина перемычки 3 больше ширины центрального проводника 4 питающего фидера в 3-5 раз. Расстояние между внешним и внутренним краями оснований 9 остаются одинаковыми (фиг.1б). По оси симметрии 6 антенны установлен стержень 7 из диэлектрического материала, на котором установлены верхнее и нижние основания 9 антенны. На верхнем основании закреплен фиксирующий механизм 8. Центральный проводник питающего фидера 4 подключен к внешнему проводнику 2 антенны, оплетка питающего фидера 5 - к внутреннему 1 (для упрощения чертежей показан на фиг.1а и 2а).The upper edges of the plates of the inner 1 conductor are interconnected by a jumper along the inner edge of the base 9, the upper edges of the plates of the outer 2 conductor are along the outer edge of the base 9 and interconnected by a jumper 3 (figb and 2c) The width of the jumper 3 is greater than the width of the central conductor 4 feeding feeders 3-5 times. The distance between the outer and inner edges of the bases 9 remain the same (figb). Along the axis of symmetry 6 of the antenna, a rod 7 of dielectric material is mounted on which the upper and lower bases 9 of the antenna are mounted. A fixing mechanism is fixed on the upper base 8. The central conductor of the supply feeder 4 is connected to the outer conductor 2 of the antenna, and the braid of the supply feeder 5 is connected to the inner 1 (to simplify the drawings, it is shown in FIGS. 1a and 2a).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

При уменьшении высоты антенны изменяется кривизна токопроводящих поверхностей внутреннего 1 и внешнего 2 проводников, за счет разрезов на пластины, появляются дополнительные резонансные частоты, что и определяет расширение частотного диапазона антенны. Расширение частотного диапазона антенны определяется так же тем, что в общем случае кривизна линий, ограничивающих основания - произвольна, и внутренний проводник 1 является объемной фигурой.With a decrease in antenna height, the curvature of the conductive surfaces of the inner 1 and outer 2 conductors changes, due to cuts on the plates, additional resonant frequencies appear, which determines the expansion of the frequency range of the antenna. The extension of the frequency range of the antenna is also determined by the fact that in the general case the curvature of the lines bounding the bases is arbitrary, and the inner conductor 1 is a three-dimensional figure.

Высота коаксиальной антенны регулируется путем перемещения верхнего основания 9 по диэлектрическому стержню 7 и закрепляется при помощи фиксирующего механизма 8, который может быть как ручным, (например, стопорный винт) так и автоматическим, (например, электромотор).The height of the coaxial antenna is adjusted by moving the upper base 9 along the dielectric rod 7 and is fixed using the locking mechanism 8, which can be either manual (for example, a locking screw) or automatic (for example, an electric motor).

Высота антенны определяется, исходя из диапазона частот, и равнаThe height of the antenna is determined based on the frequency range, and is equal to

H=Bλ/4,H = Bλ / 4,

где λ - длина волны, соответствующая минимальной частоте используемого диапазона;where λ is the wavelength corresponding to the minimum frequency of the range used;

В - коэффициент, значения которого определяются экспериментальным путем.B is a coefficient whose values are determined experimentally.

Эффективность работы заявляемой антенны проверена экспериментально. Результаты эксперимента приведены на фиг.3. Анализ результатов эксперимента позволяет сделать вывод, что частотный диапазон заявляемой антенны составляет 110…230 МГц, при условии, что уровень КСВ не превосходит 1,4, т.е. превышает диапазон рабочих частот антенны-прототипа в 5-6 раз.The performance of the claimed antenna is verified experimentally. The experimental results are shown in figure 3. Analysis of the experimental results allows us to conclude that the frequency range of the claimed antenna is 110 ... 230 MHz, provided that the level of SWR does not exceed 1.4, i.e. exceeds the operating frequency range of the prototype antenna by 5-6 times.

Внутренний 1 и внешний 2 проводники могут изготавливаться любым известным способом, например, методом прессования токопроводящего материала (медного или алюминиевого или другого материала), методом крепления токопроводящего материала на поверхности заданной формы, изготовленные, например, путем литья диэлектрического материала.The inner 1 and outer 2 conductors can be made by any known method, for example, by pressing a conductive material (copper or aluminum or other material), by attaching a conductive material to a surface of a given shape, made, for example, by casting a dielectric material.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство обеспечивает расширение диапазона частот в 5-6 раз при неизменном значении КСВ антенны.Thus, compared with the prototype, the proposed device provides an extension of the frequency range of 5-6 times with a constant value of the SWR antenna.

Claims

1. A broadband coaxial antenna containing internal and external conductors made of conductive material, the upper edges of both conductors are connected by a conductive jumper, the central conductor of the supply feeder is connected to the external conductor of the antenna, the braid of the supply feeder is connected to the inner one, characterized in that a rod installed along the axis of symmetry of the antenna and made of dielectric material on which the upper movable and lower stationary bases of the antenna are placed, the edges of each of the cats They are closed arbitrary curves, a fixing mechanism is installed on the upper base, while the inner and outer conductors are made of flexible material with cuts on the plates along the generatrices and form convex conductive surfaces when the upper base moves along the rod, the upper and lower edges of the conductors are attached respectively to the upper and lower bases of the antenna and are interconnected respectively, the base of the antenna is made of dielectric material.

2. The antenna according to claim 1, characterized in that the inner and outer conductors are solid without cuts.

3. The antenna according to claim 1, characterized in that the base is made in the form of a solid disk with a hole in the center.

4. The antenna according to claim 1, characterized in that the bases are made in the form of a solid disk with a hole in the center and additional holes of arbitrary shape, preserving the rigidity of the structure.

5. The antenna according to claim 1, characterized in that the locking mechanism is made with automatic control.

6. The antenna according to claim 1, characterized in that the locking mechanism is made with manual control.