UA141130U

UA141130U - EXTENSIVE BANDWIDE ANTENNA WITH SHIMPING POLARIZATION

Info

Publication number: UA141130U
Application number: UAU201908722U
Authority: UA
Inventors: Сергій Володимирович Панченко; Олександр Анатолійович Серков; Карина Артурівна Трубчанінова; Максим Сергійович Курцев; Богдан Олександрович Лазуренко
Original assignee: Український Державний Університет Залізничного Транспорту
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2020-03-25

Abstract

Надширокосмугова антена містить два антенних блоки, кожен з яких має полозкову діелектричну основу з металізованими шарами, в яких виконана система збудження і пов'язані з ними випромінюючі розкриви. До складу кожного блока антен включено два випромінювачі, кожний з яких являє собою розширюючу щілину, ширина якої змінюється за експоненційним законом, розділювач сигналу, інвертор та лінію затримки. При цьому перший з випромінюючих розкривів під'єднано безпосередньо до першого виходу розділювача сигналу, а другий - до іншого виходу через інвертор та лінію затримки, величина затримки якої дорівнює половині тривалості моноімпульсу. Перший та другий блоки антен розташовані ортогонально один до одного. Перший блок антен підключено безпосередньо до генератора, а інший - через лінію затримки, величина якої складає половину періоду надходження імпульсів з генератора надширокосмугового уніполярного імпульсного сигналу.The ultra-wideband antenna contains two antenna blocks, each of which has a sliding dielectric base with metallized layers, in which the excitation system and the associated radiating openings are made. Each antenna unit includes two emitters, each of which is an expansion slit, the width of which varies exponentially, a signal splitter, an inverter and a delay line. In this case, the first of the radiating flaps is connected directly to the first output of the signal divider, and the second to the other output through the inverter and the delay line, the delay value of which is equal to half the duration of the monopulse. The first and second antenna blocks are orthogonal to each other. The first block of antennas is connected directly to the generator, and the other - through the delay line, the value of which is half the period of pulses from the generator of the ultra-wideband unipolar pulse signal.

Description

Корисна модель належить до радіотехнічної галузі, зокрема до антенної техніки, та може бути використана під час розробки надширокосмугових антен систем для транспортного та мобільного зв'язку.The utility model belongs to the field of radio engineering, in particular to antenna technology, and can be used during the development of ultra-wideband antennas for transport and mobile communication systems.

Найбільш близькою за технічною суттю до заявленої корисної моделі є конструкція антени та спосіб її збудження, який надано в патенті США (05 Мо 4843403, МПК НІ0О13/00, 19891. У відомому технічному рішенні інформаційний імпульсний сигнал перетворюють до лінійно поляризованого електромагнітного поля, яке розподіляють на ряд каналів із подальшим збудженням відповідних рупорних випромінювачів.The closest in technical essence to the declared useful model is the design of the antenna and the method of its excitation, which is provided in the US patent (05 Mo 4843403, МПК НИ0О13/00, 19891. In a known technical solution, the information pulse signal is converted to a linearly polarized electromagnetic field, which is distributed on a number of channels with subsequent excitation of the corresponding horn emitters.

Однак недоліком відомого способу є великі втрати електромагнітного поля під час його розподілення, що не дозволяє отримати низький рівень внутрішніх віддзеркалень електромагнітного поля у всьому робочому діапазоні частот надширокосмугової антени, а застосування лінійної поляризації випромінювання суттєво обмежують радіус ««диії випромінювання електромагнітного поля, особливо для систем транспортного та мобільного зв'язку. Це обумовлено рівнем співпадіння осі приймальної антени з напрямом поляризації. Чим менше рівень співпадіння осі приймальної антени системи транспортного чи мобільного зв'язку з напрямом поляризації, тим менший рівень сигналу, наведеного в приймальній антені системи мобільного зв'язку |Драбкин А.Л. и др. Антенно-фидерньюе устройства. Изд. 2-е, доп. и переработ. М.: "Советское радио". - 1974).However, the disadvantage of the known method is the large losses of the electromagnetic field during its distribution, which does not allow obtaining a low level of internal reflections of the electromagnetic field in the entire operating frequency range of the ultra-wideband antenna, and the use of linear polarization of radiation significantly limits the radius of the electromagnetic field radiation, especially for systems transport and mobile communications. This is due to the level of coincidence of the axis of the receiving antenna with the direction of polarization. The smaller the level of coincidence of the axis of the receiving antenna of the transport or mobile communication system with the direction of polarization, the lower the level of the signal given in the receiving antenna of the mobile communication system |Drabkin A.L. etc. Antenna-feeder devices. Ed. 2nd, add. and reworked M.: "Soviet Radio". - 1974).

Як найближчий аналог надширокосмугової антени вибрано антену, яку надано в патентіThe antenna provided in the patent was selected as the closest analogue of the ultra-broadband antenna

ІРФ Мо 2052878; МПК НО1021/00 від 01.04.93, 1989). Надширокосмугова антена має плоску діелектричну основу з металізованими шарами, в яких виконана система збудження і пов'язані з ним випромінюючі розкриви, котрі виконано з рупорних випромінювачів. Наявність двох випромінювачів з лінійною поляризацією та зсувом за фазою на 90" гармонічних електромагнітних коливань дозволяє отримати випромінювання з обертаючою поляризацією.IRF Mo 2052878; IPC NO1021/00 dated 01.04.93, 1989). The ultra-broadband antenna has a flat dielectric base with metallized layers, in which the excitation system and related radiating openings, which are made of horn emitters, are made. The presence of two emitters with linear polarization and phase shift by 90" of harmonic electromagnetic oscillations allows to obtain radiation with rotating polarization.

Це дає можливість частково усунути недоліки, які характерні для систем транспортного та мобільного зв'язку. Однак, це рішення застосовують для збудження антен та випромінювання вузькосмугових гармонічних електромагнітних коливань, та воно непридатне для цифрових технологій. Відома антена збуджується у широкій смузі частот, однак, вона не дозволяє отримати низький рівень внутрішнього віддзеркалення електромагнітного поля у всьомуThis makes it possible to partially eliminate the shortcomings that are characteristic of transport and mobile communication systems. However, this solution is used to excite antennas and emit narrow-band harmonic electromagnetic oscillations, and it is unsuitable for digital technologies. The known antenna is excited in a wide frequency band, however, it does not allow to obtain a low level of internal reflection of the electromagnetic field throughout

Зо робочому діапазоні частот та уникнути втрат електромагнітного поля, що обмежує радіус дії випромінювання широкосмугового електромагнітного поля. Завдяки довільному розташуванню у просторі приймально-передавальних антен відносно вектору поляризації, циркулюючого у просторі електромагнітного інформаційного сигналу, що притаманно системам транспортного та мобільного зв'язку, радіус дії випромінювання інформаційного сигналу також суттєво обмежується.From the operating frequency range and avoid losses of the electromagnetic field, which limits the radius of action of the radiation of the broadband electromagnetic field. Thanks to the arbitrary location in space of the receiving and transmitting antennas relative to the polarization vector of the electromagnetic information signal circulating in space, which is inherent in transport and mobile communication systems, the radius of action of the information signal radiation is also significantly limited.

В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення радіуса дії надширокосмугового електромагнітного випромінювання для систем транспортного та мобільного зв'язку.The useful model is based on the task of increasing the radius of action of ultra-broadband electromagnetic radiation for transport and mobile communication systems.

Поставлена задача вирішується шляхом того, що у надширокосмуговій антені, що містить два антенних блоки, кожен з яких має полозкову діелектричну основу з металізованими шарами, в яких виконана система збудження і пов'язані з ними випромінюючі розкриви, згідно з корисною моделлю, до складу першого блока антен включено два випромінювачі, кожний з яких являє собою розширюючу щілину, ширина якої змінюється за експоненційним законом, розділювач сигналу, інвертор та лінію затримки, причому перший з випромінюючих розкривів під'єднано безпосередньо до першого виходу розділювача сигналу, а другий - до іншого виходу через інвертор та лінію затримки, величина затримки якої дорівнює половині тривалості моноімпульсу; до складу іншого блока антен включено два випромінювачі, кожний з яких являє собою розширюючу щілину, ширина якої змінюється за експоненційним законом, розділювач сигналу, інвертор та лінію затримки, причому перший з випромінюючих розкривів під'єднано безпосередньо до першого виходу розділювача сигналу, а другий - до іншого виходу через інвертор та лінію затримки, величина затримки якої дорівнює половині тривалості моноіїмпульсу, причому перший та другий блоки антен розташовані ортогонально один до одного, перший блок антен підключено безпосередньо до генератора, а інший - через лінію затримки, величина якої складає половину періоду надходження імпульсів з генератора надширокосмугового уніполярного імпульсного сигналу.The problem is solved by the fact that in the ultra-broadband antenna, which contains two antenna units, each of which has a strip dielectric base with metallized layers, in which the excitation system and the radiating openings associated with them are made, according to a useful model, as part of the first the antenna unit includes two emitters, each of which is an expanding gap, the width of which varies according to the exponential law, a signal splitter, an inverter and a delay line, and the first of the radiating gaps is connected directly to the first output of the signal splitter, and the second - to another output through an inverter and a delay line, the delay value of which is equal to half the duration of a monopulse; another block of antennas includes two emitters, each of which is an expanding gap, the width of which changes according to an exponential law, a signal splitter, an inverter and a delay line, and the first of the radiating gaps is connected directly to the first output of the signal splitter, and the second - to another output through an inverter and a delay line, the delay value of which is equal to half the duration of the monopulse, and the first and second blocks of antennas are located orthogonally to each other, the first block of antennas is connected directly to the generator, and the other - through a delay line, the value of which is half the arrival period pulses from the ultra-broadband unipolar pulse signal generator.

Більш детально, перший з двох блоків антен, кожен з яких складає дві широкосмугові антени, підключено до генератора широкосмугового уніполярного імпульсного сигналу.In more detail, the first of two antenna units, each of which constitutes two broadband antennas, is connected to a broadband unipolar pulse signal generator.

Інформаційний уніполярний сигнал поділяють навпіл, одну частину якого послідовно інвертують, затримують на час, який дорівнює половині тривалості моноїмпульсу, та обома моноїмпульсними сигналами збуджують відповідно обидві поряд розташовані на єдиній бо діелектричній основі антени. Електромагнітні поля двох уніполярних імпульсів інтерферують у еквівалентному загальному розкриві обох антен, збуджуючи у ньому електромагнітне поле біполярного імпульсу.The informational unipolar signal is divided in half, one part of which is successively inverted, delayed for a time equal to half the duration of the monopulse, and the two monopulse signals respectively excite both antennas located next to each other on the same dielectric base. Electromagnetic fields of two unipolar pulses interfere in the equivalent common opening of both antennas, exciting in it the electromagnetic field of a bipolar pulse.

Інший блок антен ідентичний першому, але конструктивно повернутий відносно першого на 907 та підключений до генератора широкосмугового уніполярного імпульсного сигналу через лінії затримки, причому величина затримки складає половину періоду надходження імпульсів з генератора широкосмугового уніполярного імпульсного сигналу.Another block of antennas is identical to the first, but structurally rotated relative to the first at 907 and connected to the generator of a wide-band unipolar pulse signal through delay lines, and the amount of delay is half the period of arrival of pulses from the generator of a wide-band unipolar pulse signal.

Таким чином, у загальному антенному просторі обох блоків формується послідовність моноциклів, поляризація яких змінюється послідовно від імпульсу до імпульсу на 90", створюючи мерехтливу поляризацію інформаційного сигналу. В залежності від взаємного розташування вектора поляризації електромагнітного сигналу та приймальної антени транспортного засобу рівень наведеного сигналу ІВзнс З.Ф. Влияние злектромагнитньіїх полей на зкранированнье кабели: Пер. с англ. / Под ред. Л.Д. Разумова. - М.: Радио и связь, 1982. - 120 с., ил. стр.39| змінюється пропорційно функції спрямованості: - для вертикальної поляризації інформаційного сигналу:Thus, in the common antenna space of both units, a sequence of monocycles is formed, the polarization of which changes successively from pulse to pulse by 90", creating a flickering polarization of the information signal. Depending on the mutual location of the polarization vector of the electromagnetic signal and the receiving antenna of the vehicle, the level of the induced signal .F. Influence of electromagnetic fields on screening cables: Trans. from English / Edited by L. D. Razumov - Moscow: Radio and Communication, 1982. - 120 p., illus. p. 39 | changes proportionally to the directionality function : - for vertical polarization of the information signal:

ОМ, Ф)евіп фсо5ф1-совху со5Ф), (1) - для горизонтальної поляризації інформаційного сигналу:OM, F)evip fso5f1-sovhu so5F), (1) - for horizontal polarization of the information signal:

Ом, Ф)-5іпр/1-совуу сов), (2) де: уу - кут підйому; ф - кут азимуту.Ohm, F)-5ipr/1-sovuu sov), (2) where: уу - angle of elevation; f - azimuth angle.

Аналіз співвідношення (1, 2) показує, що в залежності від типу лінійної поляризації інформаційного сигналу функція Оу (у, Ф) змінюється від 0 до 2,4, що виключає приймання сигналу при деяких комбінаціях взаємної орієнтації векторів. У той же час застосування мерехтливої поляризації дозволяє використовувати обидва типи поляризації, виключаючи комбінації, за яких сигнал буде відсутнім. При цьому функція спрямованості Бу, Ф) буде знаходитися в межах від 1 до 2,4, що більш ніж удвічі підвищує радіус дії електромагнітного випромінювання.Analysis of the ratio (1, 2) shows that depending on the type of linear polarization of the information signal, the function Оу (y, Ф) varies from 0 to 2.4, which excludes reception of the signal with some combinations of mutual orientation of the vectors. At the same time, the use of flickering polarization allows the use of both types of polarization, excluding combinations in which the signal will be absent. At the same time, the directivity function Bu, F) will be in the range from 1 to 2.4, which more than doubles the radius of action of electromagnetic radiation.

На фіг. 1 наведено схему надширокосмугової антени з мерехтливою поляризацією та спосіб її збудження, де: 1 - генератор широкосмугового уніполярного імпульсного сигналу; 2 - діелектрична основа; 3-1, 3-2 - металізовані шари; 4-1, 4-2 - системи збудження; 5-1,In fig. 1 shows the scheme of an ultra-broadband antenna with flickering polarization and the method of its excitation, where: 1 - a generator of a broadband unipolar pulse signal; 2 - dielectric base; 3-1, 3-2 - metallized layers; 4-1, 4-2 - excitation systems; 5-1,

Зо 5-2 - випромінюючі розкриви; б - розподілювач сигналу, суміщений з інвертором; 7 - лінія затримки, 8 - перший блок антен, 9 - другий блок антен, 10, 11 - лінії затримки.From 5-2 - radiating openings; b - signal distributor combined with an inverter; 7 - delay line, 8 - first block of antennas, 9 - second block of antennas, 10, 11 - delay lines.

Надширокосмутова антена з мерехтливою поляризацією має два антенних блоки, кожен з яких має єдину полозкову діелектричну основу 2 з металізованими шарами 3, в яких виконана система збудження 4 та пов'язані з ними випромінюючі розкриви 5, кожний з яких являє собою розширюючу щілину, ширина якої змінюється за експоненційним законом, розподілювач сигналу, суміщений з інвертором 6 та лінію затримки 7. При цьому перший з випромінюючих розкривів 5-1 під'єднано безпосередньо до першого виходу В1 розподілювача 6, а другий 5-2 - до іншого виходу через інвертор, який суміщено з розподілювачем сигналу 6 та лінію затримки 7, величина затримки якої дорівнює половині тривалості моноїмпульсу. Перший з антенних блоків 8 безпосередньо під'єднано до генератора уніполярних імпульсних сигналів 1. Другий антенний блок 9 розташовано ортогонально до першого 8 та під'єднано до генератора уніполярних імпульсних сигналів 1 через лінії затримки 10, 11.The ultra-wideband antenna with flickering polarization has two antenna units, each of which has a single strip dielectric base 2 with metallized layers 3, in which the excitation system 4 and the radiating openings 5 associated with them are made, each of which is a widening gap, the width of which changes according to the exponential law, the signal distributor combined with the inverter 6 and the delay line 7. At the same time, the first of the radiating openings 5-1 is connected directly to the first output B1 of the distributor 6, and the second 5-2 - to another output through the inverter, which combined with the signal distributor 6 and the delay line 7, the delay value of which is equal to half the duration of the monopulse. The first of the antenna units 8 is directly connected to the generator of unipolar pulse signals 1. The second antenna unit 9 is located orthogonally to the first 8 and is connected to the generator of unipolar pulse signals 1 through delay lines 10, 11.

Реалізація способу збудження надширокосмугової антени з мерехтливою поляризацією здійснюється наступним чином.The implementation of the method of excitation of the ultra-broadband antenna with flickering polarization is carried out as follows.

Інформаційний уніполярний імпульсний інформаційний сигнал поділяють навпіл, одну частину якого послідовно інвертують, на час, який дорівнює половині тривалості моноіїмпульсу, та обома сигналами збуджують відповідно обидві поряд розташовані антени, електромагнітні поля яких інтерферують, випромінюючи у загальному антенному розкриві біполярний електромагнітний імпульс, причому обидва створені інформаційні сигнали подаютьThe information unipolar pulse information signal is divided in half, one part of which is successively inverted, for a time equal to half the duration of the monopulse, and both signals are respectively excited by both adjacent antennas, the electromagnetic fields of which interfere, emitting a bipolar electromagnetic pulse in the common antenna opening, and both are created information signals are provided

БО безпосередньо на обидві поряд розташовані антени першого блока антен, а на інший блок антен, ідентичний першому, але конструктивно повернутий відносно першого на 90" та підключений до генератора широкосмугового уніполярного імпульсного сигналу, подається через лінії затримки, причому величина затримки складає половину періоду надходження імпульсів з генератора широкосмугового уніполярного імпульсного сигналу.Because the antennas of the first block of antennas are located directly on both sides, and the other block of antennas, identical to the first, but structurally turned relative to the first by 90" and connected to the generator of a broadband unipolar pulse signal, is fed through delay lines, and the delay value is half the period of the arrival of pulses from a broadband unipolar pulse signal generator.

Більш детально, інформаційний уніполярний імпульсний сигнал з генератора 1 безпосередньо надходить до першого блока антен 8 розподілювача сигналу 6, який поділяє його навпіл. Розподілювач сигналу б створено послідовним з'єднанням однакових безіндуктивних резисторів НІ! та 82. З першого виходу НВ1 розподілювача сигналу моноїмпульсний сигнал подається безпосередньо до системи збудження 4-1, створюючи у бо випромінюючому розкриві 5-1 моноїмпульсне електромагнітне поле. Одночасно з іншого виходуIn more detail, the informational unipolar pulse signal from the generator 1 directly enters the first unit of antennas 8 of the signal distributor 6, which divides it in half. The signal distributor would be created by a series connection of the same non-inductive resistors NO! and 82. From the first output HB1 of the signal distributor, a single-pulse signal is fed directly to the excitation system 4-1, creating a single-pulse electromagnetic field in the radiating opening 5-1. At the same time from another exit

В2 розподілювача сигналу інвертований моноіїмпульсний сигнал подається через лінію затримки 7 на систему збудження 4-2, створюючи у випромінюючому розкриві 5-2 інвертоване моноїмпульсне електромагнітне поле, затримане на половину тривалості моноїмпульсного сигналу. Лінія затримки 7 являє собою відрізок однорідної передавальної лінії, заданої довжиниB2 of the signal distributor, the inverted monopulse signal is fed through the delay line 7 to the excitation system 4-2, creating in the radiating opening 5-2 an inverted monopulse electromagnetic field delayed for half the duration of the monopulse signal. The delay line 7 is a segment of a uniform transmission line of a given length

ІА.Л. Фельдштейн и др. Справочник по злементам волноводной техники. Изд.-2 у, М., Сов.I.L. Feldshtein et al. Reference book on elements of wave technology. Izd.-2 in, M., Sov.

Радио. - 1967. - С. 36, рис. 1.18). Електромагнітні поля двох уніполярних імпульсів основного та інвертованого інтерферують у еквівалентному загальному розкриві антени, збуджуючи в ньому електромагнітне поле біполярного імпульсу.Radio. - 1967. - P. 36, fig. 1.18). The electromagnetic fields of the two unipolar pulses of the main and inverted pulses interfere in the equivalent general opening of the antenna, exciting the electromagnetic field of the bipolar pulse in it.

Одночасно інформаційний: уніполярний імпульсний сигнал з генератора 1 надходить через лінії затримки 10, 11 до іншого блока антен 9, який має аналогічну структуру та конструктивно розташований ортогонально відносно першого блока.At the same time, it is informative: the unipolar pulse signal from the generator 1 comes through the delay lines 10, 11 to another block of antennas 9, which has a similar structure and is structurally located orthogonally to the first block.

На фіг. 2 наведено схему ортогонального розташування антенних блоків 8 та 9.In fig. 2 shows a diagram of the orthogonal arrangement of antenna units 8 and 9.

Технічним результатом від впровадження заявленої корисної моделі у порівнянні з найближчим аналогом є підвищення більш ніж удвічі радіуса дії широкосмугового електромагнітного випромінювання за рахунок створення у розкриві антен надкороткого біполярного імпульсного сигналу з мерехтливою поляризацією.The technical result of the implementation of the declared useful model in comparison with the nearest analogue is the increase of the radius of action of broadband electromagnetic radiation by more than two times due to the creation of an ultra-short bipolar pulse signal with flickering polarization in the opening of the antennas.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA An ultra-wideband antenna comprising two antenna units, each of which has a strip dielectric base with metallized layers, in which the excitation system and associated radiating gaps are made, which is distinguished by the fact that two emitters are included in the composition of the first antenna unit , each of which is an expanding slit whose width varies exponentially, a signal splitter, an inverter, and a delay line, with the first of the radiating slits connected directly to the first output of the signal splitter and the second to the other output via an inverter and a delay line , the delay value of which is equal to half the duration of the monopulse; another block of antennas includes two emitters, each of which is an expanding gap, the width of which varies according to an exponential law, a signal splitter, an inverter and a delay line, and the first of the radiating gaps is connected directly to the first output of the signal splitter, and the second - to another output through an inverter and a delay line, the delay value of which is equal to half the duration of the monopulse, and the first and second blocks of antennas are located orthogonally to each other, the first block of antennas is connected directly to the generator, and the other - through a delay line, the value of which is half the period arrival of pulses from the ultra-broadband unipolar pulse signal generator. i, i u, ON M yaki schi ut schu t moh 7 tu, y U kotttiteritt U Y Kesh ni NK i sake ne o zh- i nnia he SHE A U aa S u I z N AK t | and Ver and K N x : : and Y nenny and ; k- in mn x Still -5th ST her poEch h iya VI u ha | y, xx x for x and z.

K ih I U x ХК Shi i a nych y hi yi - ch hi 7 shiy U I y lush K u dnyny yn nyny Z U Fig. 1 schu Uveh she nsh Fo 0000 shi x v000:i:YD ХК h a r NO ХХ Ki odnnlnniankАAnnAnnЯ Ko p. 553 : DEN AK . from the checkpoint WRITE Z S o X Z he

Fig. 2