WO2018004393A1 - Ultra-wideband two-port antenna - Google Patents

Ultra-wideband two-port antenna Download PDF

Info

Publication number
WO2018004393A1
WO2018004393A1 PCT/RU2017/000460 RU2017000460W WO2018004393A1 WO 2018004393 A1 WO2018004393 A1 WO 2018004393A1 RU 2017000460 W RU2017000460 W RU 2017000460W WO 2018004393 A1 WO2018004393 A1 WO 2018004393A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiating
wire
cylindrical element
coaxial cable
cup
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000460
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич АЛЬШЕНЕЦКИЙ
Артем Сергеевич КРУГЛОВ
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Ангстрем"
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 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Ангстрем" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение Ангстрем"
Publication of WO2018004393A1 publication Critical patent/WO2018004393A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/40—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements
    • H01Q5/45—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device
    • H01Q5/47—Imbricated or interleaved structures; Combined or electromagnetically coupled arrangements, e.g. comprising two or more non-connected fed radiating elements using two or more feeds in association with a common reflecting, diffracting or refracting device with a coaxial arrangement of the feeds

Definitions

  • the invention relates to radio engineering, and in particular to antennas of transceiver devices for communication between stationary objects or ground objects with a time-varying relative position thereof, operating simultaneously or separately in time in the ranges of MB, DMV1 and DMV2.
  • the invention relates to antennas with vertical polarization and a circular radiation pattern in the horizontal plane.
  • Antennas built on this principle have a significant drawback due to the fact that the lower part of the antenna emitter operates at the higher frequencies of the range. This significantly reduces the range of radio communications, since higher frequencies require line of sight for the passage of radio waves, and the distance of line of sight depends on the height of the antenna emitter.
  • the radiation patterns of such antennas in the high frequency region are split into several lobes, forming “dips” in the gain in the horizon, especially at high frequency overlap coefficients (the ratio of the upper frequency f max and the lower frequency f m i n is more than 3; 1). This is due to the excess length of the emitter compared to half the wavelength for the upper part of the range, since sections with antiphase currents appear in the emitter.
  • the use of a single SHS for subbands does not allow to obtain a sufficiently large band of operating frequencies with an acceptable gain in the entire band, the design of the SHS is complicated and the losses introduced by it increase.
  • Known antenna AD-18 / D-3512-DF firm TRIVAL ANTENE (Slovenia), operating in the frequency ranges 30-108 and 225-512 MHz. From the manufacturer's data it is known that the gain of the antenna AD-18 / D-3512-DF in the working range frequencies varies from minus 6 to plus 2.8 dB.
  • the antenna is built using a single emitter common to the two ranges of the broadband matching device, made in the form of a broadband transformer with a ring ferrite core and an RF isolation filter located at the base, and has all the disadvantages described above.
  • Known dual-port antenna according to the application for US patent US2010283699 (published 1 1.1 1.2010; IPC H01 Q5 / 00, H01 Q9 / 16) containing the first emitter for the first range and the second emitter for the second range.
  • the first radiator for the first range is based on an asymmetric vertically oriented dipole of cylindrical elements and a coaxial cable passed inside the cylindrical element, while the length of the upper cylindrical element is less than the length of the lower cylindrical element.
  • This antenna includes six radiating cylindrical elements of various lengths, combined in dipoles and interconnected by chokes in the form of meander-like lines. The antenna operates in three bands: 30-190, 225 ⁇ 50 and 700-2000 MHz.
  • the frequency ranges 30-190 and 225 ⁇ -50 MHz are one continuous range, which has a significant drawback - the lack of reception (transmission) of frequencies in the region from 190 to 225 MHz.
  • This lack of reception (transmission) is essentially a “failed” region of the frequency range extending from 190 to 225 MHz within the range of 30-450 MHz.
  • the signals of the 700-2000 MHz range are removed from the first port, and the ranges 30-190 and 225 ⁇ 150 MHz - from the second.
  • the limitations of the antenna according to the application US2010283699 are:
  • the combined sectioned radiator cannot work effectively in all three ranges.
  • the main lobe of the radiation pattern begins to fragment when the length of the combined emitter exceeds half the wavelength
  • This device is made on the basis of asymmetric vertically oriented dipoles of radiating elements, while the first coaxial cable, as well as the second, is passed through the radiating elements, and their central cores and braids are connected respectively to the radiating elements to form dipoles and the free ends of coaxial cables act as ports for signals with frequencies from 100 to 800 MHz (I port) and signals from 800 MHz to 2 GHz (II port), respectively.
  • I port frequencies from 100 to 800 MHz
  • II port 800 MHz to 2 GHz
  • SWR standing wave coefficient
  • the lower short section of the entire combined sectioned antenna is connected to the radiating element located above through an RLC circuit. In total, five radiating elements are used.
  • the disadvantages of this device are:
  • the combined sectioned radiator cannot work effectively in all ranges.
  • the main lobe of the radiation pattern begins to distort (split) when the length of the combined sectioned emitter exceeds half the wavelength;
  • the problem solved by the invention is to improve the technical and operational characteristics of a broadband dual-port antenna.
  • the technical result achieved by using the invention is to increase the width of the operating frequency range, improve the shape of the radiation pattern in the upper frequency range, ensure the maximum possible frequency overlap, increase the gain.
  • the broadband two-port antenna comprises emitting elements located on one vertical axis and made cylindrical and hollow, a first coaxial cable, a second coaxial cable passed inside the cavities of the radiating elements.
  • the outer free ends of the first and second coaxial cables form two ports for two subbands of the common frequency range.
  • the antenna is formed by electrically separate radiating elements for each of the two subbands.
  • the first coaxial cable is connected through an impedance transformer to the lower edge of the lower radiating cylindrical element having a length greater than the length of the remaining radiating elements.
  • a second coaxial cable is passed inside the lower radiating cylindrical element and brought to the middle radiating cylindrical element, made in the form of an inverted glass with a length less than the length of the lower radiating cylindrical element.
  • the central core of the second coaxial cable is brought out through an opening in the bottom of the inverted cup of the middle radiating cylindrical element, and its braid is connected to the bottom of the specified inverted cup.
  • the upper radiating cylindrical element is made shorter than the length of the middle radiating cylindrical element.
  • the upper radiating cylindrical element is made in the form of a glass with a bottom facing the bottom of the inverted glass of the middle radiating cylindrical element.
  • the central core of the second coaxial cable is connected to the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element.
  • the first wire is connected at one end to the bottom of the glass of the upper radiating a cylindrical element, and its other end is brought out.
  • the second wire is connected at one end through a hole in the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element to the bottom of the inverted glass of the middle radiating cylindrical element, and its other end is brought out.
  • An asymmetric vibrator installed coaxially with the indicated radiating elements, an inductor and a capacitor are introduced into the device, one of the terminals of which are interconnected and connected to the asymmetric vibrator.
  • the other terminal of the inductor is connected to the outward end of the first wire, and the other terminal of the capacitor is connected to the outward end of the second wire.
  • the impedance transformer is designed to convert the impedance of the first port of 50 Ohms to an impedance of 200 Ohms;
  • the impedance transformer is made on a ferrite ring core, the end of its primary winding is connected to the beginning of the secondary winding, and the point of their connection is connected to the braid of the first coaxial cable, the beginning of the primary winding is connected to the central core of the first coaxial cable, and the end of the secondary winding is connected to the lower edge of the lower a radiating cylindrical element;
  • a dielectric ring is introduced, mounted in the lower radiating cylindrical element at a distance in the region of one third of its length from the lower edge of the lower radiating cylindrical element;
  • the inductor is made radiating in the form of a copper-plated steel spring
  • a pin is used as an asymmetric vibrator - a rigid metal rod, solid or from mating links, or a metallized dielectric rod, or a wire bundle.
  • FIG. 1 schematically illustrates the construction of an ultra-wideband dual port antenna according to the invention.
  • An ultra-wide dual-port antenna contains radiating elements located on one vertical axis, made cylindrical and hollow.
  • the device is equipped with a first coaxial cable 1 and a second coaxial cable 2.
  • the second coaxial cable 2 passes inside the cavities of the radiating elements.
  • the outer free ends of the first and second coaxial cables 1, 2 form two ports for two subbands of the common frequency range and can be equipped with connectors 3,4, respectively.
  • the antenna is formed by electrically separated radiating elements for each of the two subbands.
  • the first coaxial cable 1 is connected via an impedance transformer 5 to the lower edge of the lower radiating cylindrical element 6, which has a length greater than the length of any of the remaining radiating elements.
  • the second coaxial cable 2 is passed inside the lower radiating cylindrical element 6 and brought to the middle radiating cylindrical element 7, made in the form of an inverted glass, the length of which is less than the length of the lower radiating element 6.
  • the central core of the second coaxial cable 2 is led out through the hole in the bottom of the inverted cup of the middle radiating cylindrical element 7 (hereinafter also referred to as the “inverted cup”) without the formation of electrical contact with it, and the braid of the second xial cable 2 is connected to the bottom of the inverted glass.
  • the upper radiating cylindrical element 8 is made in the form of a glass with a bottom facing the bottom of the inverted glass, and has a length less than the length of the inverted glass.
  • the central core of the second coaxial cable 2 is connected to the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element 8.
  • the first wire 9 and the second wire 10 are placed inside the upper radiating cylindrical element 8 inside the upper radiating cylindrical element 8 inside the upper radiating cylindrical element 8 .
  • the first wire 9 is connected at one end to the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element 8 (therefore , and with the central core of the second coaxial cable 2), and the other end of the specified wire brought out.
  • the second wire 10 at one end passes without the formation of electrical contact through an opening in the bottom of the glass of the upper radiating a cylindrical element 8 and is connected to the bottom of the inverted cup of the middle radiating cylindrical element 7, therefore, with the braid of the second coaxial cable 2.
  • the other end of the second wire 10 is brought out from the cup of the upper radiating cylindrical element 8.
  • An asymmetric vibrator 1 1 is inserted into the device, mounted coaxially to the radiating elements 6, 7, 8, an inductor 12 and a capacitor 13.
  • One terminal of the inductor 12 and the capacitor 13 are interconnected and connected to the asymmetric vibrator 1 1.
  • the other terminal of the inductor 12 is connected with the outward end of the first wire 9, and the other terminal of the capacitor 13 connected to the outward end of the second wire 10.
  • the impedance transformer 5 is designed to convert the impedance of 50 Ohms of the first port to an impedance of 200 Ohms.
  • the impedance transformer 5 can be performed on a ferrite ring core.
  • the end of its primary winding is connected to the beginning of the secondary winding, and the connection point is connected to the braid of the first coaxial cable 1.
  • the beginning of the primary winding of the transformer 5 is connected to the central core of the first coaxial cable 1, and the end of the secondary winding is connected to the lower edge of the lower radiating cylindrical element 6, as shown in FIG. one.
  • a dielectric ring 14 may be introduced, which is installed in the lower radiating cylindrical element 6 at a distance of about one third of its length from the lower edge of the lower radiating cylindrical element 6.
  • the inductor 12 is made radiating in the form of a copper-plated steel spring and is designed to further expand the operating frequency band at high antenna efficiency.
  • a rigid metal rod solid or from mating links, or a metallized dielectric rod, or wire harness, etc. can be used.
  • the claimed design of an ultra-wideband two-port antenna provides an SWR of no more than 3.5 in the sub-bands of operating frequencies from 27 to 220 MHz and from 220 to 2700 MHz (total frequency overlap factor of 100: 1) and Ku gain from minus 5 to 4 dB in the horizontal direction .
  • the proposed antenna is obtained by combining two previously electrically separate radiating parts, each of which is matched in its wide frequency sub-band, into one ultra-wide-band dual-port antenna.
  • a lower radiating cylindrical element 6 operating in the lower frequency sub-band (from 27 to 220 MHz).
  • a second coaxial cable 2 passes inside the indicated cylindrical element 6, supplying a system of emitters operating in the upper frequency sub-range from 220 to 2700 MHz located at the top (as shown in Fig. 1) of the combined antenna.
  • Both parts of the combined antenna have their own ports I and II for connecting the respective subbands to the transceivers using connectors 3 and 4.
  • the sub-system of the upper radiating elements 7, 8, 1 1, 12 can be a continuation of the sub-range of the lower radiating cylindrical element 6 in the region of higher frequencies or can be assigned in frequency to a specified interval up or, with overlapping sub-bands, down. If necessary, each of the subbands can be further divided by a duplex or triplex filter.
  • an impedance transformer 5 is used, made on a ferrite ring core.
  • the transformation coefficient is selected for optimal operation of the lower radiating cylindrical element 6, taking into account the second coaxial cable 2 passing inside it.
  • the lower radiating cylindrical element 6 in a particular embodiment of the invention is a metal pipe 1200 mm long with an inner diameter of 15 mm.
  • An impedance transformer 5 converts an impedance of a transceiver port of 50 Ohms into an impedance of 200 Ohms. This value is optimal for matching the radiating cylindrical element 6 in the frequency band 27-220 MHz.
  • the impedance transformer 5 in a particular embodiment of the invention is made on a ferrite ring core of size K 16 x 8 x 4 with an initial magnetic permeability of 30.
  • the primary winding contains 3 turns of wire with a diameter of 0.45 mm, the secondary winding contains 6 turns of the same wire.
  • the turns of the primary winding are laid between the turns of the secondary winding.
  • the end of the primary winding is connected to the beginning of the secondary winding, and the connection point is connected to the shielding braid of the coaxial cable 1.
  • the beginning of the primary winding is connected to the central core of the coaxial cable 1.
  • the end of the secondary winding is connected to the lower radiating cylindrical element 6.
  • a dielectric ring 14 can be introduced, which is installed in the lower radiating cylindrical element 6 at a distance of about one third of its length from the lower edge of the lower radiating cylindrical element 6.
  • the lower radiating the cylindrical element 6 is divided along the length of the capacitive insert.
  • the capacitance between the two separated parts is preferably about 2 pF.
  • the length of the lower part to the capacitive insert of the radiating cylindrical element 6, which is connected to the impedance transformer 5, is preferably 350-400 mm.
  • the inductor 12 is a copper-plated steel spring.
  • the spring contains 7 turns of wire with a diameter of 1, 2 mm, a pitch of turns of 2.7 mm, an inner diameter of 4 mm.
  • the bandwidth of the circuit depends on the quality factor of the circuit elements and in practice is determined mainly by the quality factor of the inductor 12. Since in the proposed design the inductor 12 is part of the emitter, its quality factor is reduced due to the useful energy transfer to the radiation, and not due to heat loss. Therefore, a wide operating frequency band is additionally achieved while maintaining a high antenna efficiency.
  • a wire 9 (as shown in Fig. 1) connected to the central core of the coaxial cable 2 is connected to the lower end of the coil 12.
  • the upper end of the coil 12 is connected to the output of the capacitor 13 having a capacitance of 1, 3 pF.
  • an asymmetric vibrator 1 1 is connected, which is, for example, a metal rod 200 mm long and 6 mm in diameter.
  • the second terminal of the capacitor 13 is connected to the second wire 10.
  • the wires 9 and 10 connecting the coaxial cable 2 to the input of the LC link pass inside the upper radiating cylindrical element 8, made in the form of a glass, the bottom of which is connected to the first wire 9.
  • the second wire 10 passes without the formation of electrical contact through the hole in the bottom of the glass of the upper a radiating cylindrical element 8 and connected to the bottom of the inverted glass of the middle radiating cylindrical element 7.
  • the upper radiating cylindrical element 8 has an inner diameter of 20 mm and a height of 55 mm
  • the first wire 9 is electrically connected to the central core of the coaxial cable 2
  • the second wire 10 is electrically connected to the shielding braid of the coaxial cable 2.
  • the main emitter is the upper radiating cylindrical element 8.
  • the low-frequency part is mainly operated by an asymmetric vibrator 1 1.
  • the separation of the emitter in length into two parallel coaxial elements not only extends the operating frequency range, but also significantly reduces the fragmentation of the main lobe of the radiation pattern in the high-frequency part of the subband.
  • the middle radiating cylindrical element 7 connected together with the second wire 10 to the braid of the second coaxial cable 2, is a counterbalance for the asymmetric vibrator 1 1 and the upper radiating cylindrical element 8.
  • the middle radiating cylindrical element 7 has an inner diameter of 15 mm and a height of 180 mm.
  • the lower radiating cylindrical element 6, which is larger, is used only in the lower frequency subband, and a separate, shorter radiator is used on the upper subband, which, in turn, consists of two parts, the radiation pattern is obtained without crushing the main lobe.
  • the total frequency band of the combined antenna is composed of two wide subbands in which emitters operate with separate matching devices, so the overall frequency overlap coefficient is greater than can be obtained using a single matching device, for example, a broadband transformer on a ferrite core.
  • the proposed antenna has a higher gain in the entire frequency band.
  • the proposed antenna of the broadband transformer is used only in a limited upper frequency range, its design and performance requirements are simplified.
  • the most successfully announced ultra-wideband dual-port antenna is used for communication between stationary objects or moving objects, for example, mobile radio stations.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

The invention relates to radio engineering, and more particularly to antennas for transceiving devices. The present antenna allows an increase in frequency bandwidth, an improvement in radiation pattern shape in the upper frequency band, an increase in frequency ratio, and an increase in gain. The antenna is comprised of electrically separate radiating elements for each of two subbands. For a first subband, a first coaxial cable is connected via an impedance transformer to the bottom edge of a bottom cylindrical radiating element. For a second subband, a second coaxial cable passes through the bottom cylindrical radiating element and into a middle cylindrical radiating element in the form of an inverted cup. The centre conductor of the second coaxial cable extends outward via an opening in the bottom of this inverted cup, and the shield of the coaxial cable is connected to the bottom of the inverted cup. A top cylindrical radiating element is in the form of a cup with its bottom oriented toward the bottom of the inverted cup of the middle cylindrical radiating element. The centre conductor of the second coaxial cable is connected to the bottom of the cup of the top cylindrical radiating element, the latter being provided with a first wire and a second wire, arranged thereinside. The first wire is connected by one end to the bottom of the cup of the top cylindrical radiating element, and the other end of the wire extends outward. The second wire is connected by one end, via an opening in the bottom of the cup of the top cylindrical radiating element, to the bottom of the inverted cup of the middle cylindrical radiating element, and the other end of the wire extends outward. The device includes a monopole element, an inductance coil, and a capacitor. One output of the inductance coil and one output of the capacitor are connected to each other and to the monopole element. The other output of the inductance coil is connected to the outwardly extending end of the first wire, and the other output of the capacitor is connected to the outwardly extending end of the second wire.

Description

СВЕРХШИРОКОПОЛОСНАЯ ДВУХПОРТОВАЯ АНТЕННА  ULTRA-BAND TWO-PORT ANTENNA
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемопередающих устройств для связи между стационарными объектами или наземными объектами с изменяющимся во времени их взаимным расположением, функционирующих одновременно или раздельно во времени в диапазонах MB, ДМВ1 и ДМВ2. Кроме того, изобретение относится к антеннам с вертикальной поляризацией и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости. The invention relates to radio engineering, and in particular to antennas of transceiver devices for communication between stationary objects or ground objects with a time-varying relative position thereof, operating simultaneously or separately in time in the ranges of MB, DMV1 and DMV2. In addition, the invention relates to antennas with vertical polarization and a circular radiation pattern in the horizontal plane.
Из уровня техники известен следующий принцип построения двухпортовых двухдиапазонных антенн с круговой диаграммой направленности и вертикальной поляризацией. В основании антенны, имеющей единственный штыревой излучатель, располагается широкополосное согласующее устройство (ШСУ), которое обеспечивает согласование антенны во всей рабочей полосе частот. Далее рабочий диапазон с помощью дуплексного радиочастотного фильтра, также размещённого в основании, делится на два или три поддиапазона (см., например, патент США US6429821 , опубликованный 06.08.2002; МПК H01 Q5/00, H01 Q5/02, H01 Q9/30).  The following principle is known from the prior art for constructing dual-port dual-band antennas with a circular radiation pattern and vertical polarization. At the base of the antenna, having a single pin emitter, there is a broadband matching device (SHS), which ensures the matching of the antenna in the entire working frequency band. Further, the operating range using a duplex RF filter, also located at the base, is divided into two or three sub-bands (see, for example, US patent US6429821, published 06.08.2002; IPC H01 Q5 / 00, H01 Q5 / 02, H01 Q9 / 30 )
Антенны, построенные по этому принципу, имеют существенный недостаток, связанный с тем, что на верхних частотах диапазона работает нижняя часть излучателя антенны. Это значительно уменьшает дальность радиосвязи, поскольку более высокие частоты требуют прямой видимости для прохождения радиоволн, а расстояние прямой видимости зависит от высоты излучателя антенны. Диаграммы направленности таких антенн в области верхних частот дробятся на несколько лепестков, образуя «провалы» по коэффициенту усиления в горизонт, особенно при больших коэффициентах перекрытия по частоте (соотношение верхней частоты fmax и нижней частоты fmin составляет более 3; 1 ). Это происходит из-за избыточной длины излучателя по сравнению с половиной длины волны для верхней части диапазона, поскольку в излучателе появляются участки с противофазными токами. Кроме того, использование единственного ШСУ для поддиапазонов не позволяет получить достаточно большую полосу рабочих частот с приемлемым коэффициентом усиления во всей полосе, усложняется конструкция ШСУ и возрастают вносимые им потери. Antennas built on this principle have a significant drawback due to the fact that the lower part of the antenna emitter operates at the higher frequencies of the range. This significantly reduces the range of radio communications, since higher frequencies require line of sight for the passage of radio waves, and the distance of line of sight depends on the height of the antenna emitter. The radiation patterns of such antennas in the high frequency region are split into several lobes, forming “dips” in the gain in the horizon, especially at high frequency overlap coefficients (the ratio of the upper frequency f max and the lower frequency f m i n is more than 3; 1). This is due to the excess length of the emitter compared to half the wavelength for the upper part of the range, since sections with antiphase currents appear in the emitter. In addition, the use of a single SHS for subbands does not allow to obtain a sufficiently large band of operating frequencies with an acceptable gain in the entire band, the design of the SHS is complicated and the losses introduced by it increase.
Известна антенна AD-18/D-3512-DF фирмы TRIVAL ANTENE (Словения), работающая в диапазонах частот 30-108 и 225-512 МГц. Из данных производителя известно, что коэффициент усиления антенны AD- 18/D-3512-DF в рабочем диапазоне частот меняется от минус 6 до плюс 2,8 дБ. Антенна построена с использованием единственного излучателя, общего для двух диапазонов широкополосного согласующего устройства, выполненного в виде широкополосного трансформатора с кольцевым ферритовым сердечником и разделительного радиочастотного фильтра, размещённых в основании, и имеет все описанные выше недостатки. Known antenna AD-18 / D-3512-DF firm TRIVAL ANTENE (Slovenia), operating in the frequency ranges 30-108 and 225-512 MHz. From the manufacturer's data it is known that the gain of the antenna AD-18 / D-3512-DF in the working range frequencies varies from minus 6 to plus 2.8 dB. The antenna is built using a single emitter common to the two ranges of the broadband matching device, made in the form of a broadband transformer with a ring ferrite core and an RF isolation filter located at the base, and has all the disadvantages described above.
Известна двухпортовая антенна согласно заявке на патент США US2010283699 (опубликована 1 1.1 1.2010; МПК H01 Q5/00, H01 Q9/16), содержащая первый излучатель для первого диапазона и второй излучатель для второго диапазона. Первый излучатель для первого диапазона выполнен на основе несимметричного вертикально ориентированного диполя из цилиндрических элементов и коаксиального кабеля, пропущенного внутри цилиндрического элемента, при этом длина верхнего цилиндрического элемента исполнена меньшей, чем длина нижнего цилиндрического элемента. Эта антенна включает шесть излучающих цилиндрических элементов различной длины, объединенных в диполи и соединенных между собой дросселями в виде меандрообразных линий. Антенна функционирует в трех диапазонах: 30-190, 225^50 и 700-2000 МГц. По сути, диапазоны частот 30-190 и 225^-50 МГц являются одним сплошным диапазоном, имеющим существенный недостаток - отсутствие приема (передачи) частот в области от 190 до 225 МГц. Это отсутствие приема (передачи) по существу является «провальной» областью диапазона частот, простирающегося от 190 до 225 МГц в рамках диапазона 30- 450 МГц. Сигналы диапазона 700-2000 МГц снимаются с первого порта, а диапазонов 30-190 и 225^150 МГц - со второго. Ограничениями антенны по заявке US2010283699 являются:  Known dual-port antenna according to the application for US patent US2010283699 (published 1 1.1 1.2010; IPC H01 Q5 / 00, H01 Q9 / 16) containing the first emitter for the first range and the second emitter for the second range. The first radiator for the first range is based on an asymmetric vertically oriented dipole of cylindrical elements and a coaxial cable passed inside the cylindrical element, while the length of the upper cylindrical element is less than the length of the lower cylindrical element. This antenna includes six radiating cylindrical elements of various lengths, combined in dipoles and interconnected by chokes in the form of meander-like lines. The antenna operates in three bands: 30-190, 225 ^ 50 and 700-2000 MHz. In fact, the frequency ranges 30-190 and 225 ^ -50 MHz are one continuous range, which has a significant drawback - the lack of reception (transmission) of frequencies in the region from 190 to 225 MHz. This lack of reception (transmission) is essentially a “failed” region of the frequency range extending from 190 to 225 MHz within the range of 30-450 MHz. The signals of the 700-2000 MHz range are removed from the first port, and the ranges 30-190 and 225 ^ 150 MHz - from the second. The limitations of the antenna according to the application US2010283699 are:
- недостаточно широкая рабочая полоса частот в диапазоне ДМВ2 и невозможность приема сигналов от 190 до 225 МГц;  - not wide enough operating frequency band in the DMV2 range and the inability to receive signals from 190 to 225 MHz;
- объединенный секционированный излучатель не может эффективно работать во всех трех диапазонах. В верхнем диапазоне главный лепесток диаграммы направленности начинает дробиться, когда длина объединенного излучателя превышает половину длины волны;  - The combined sectioned radiator cannot work effectively in all three ranges. In the upper range, the main lobe of the radiation pattern begins to fragment when the length of the combined emitter exceeds half the wavelength;
- недостаточно высокий коэффициент усиления в направлении горизонта; - сложность конструкции из-за использования меандрообразных дросселей между цилиндрическими элементами и других согласующих элементов и многочисленных распаек коаксиальной линии к шести цилиндрическим элементам. - insufficiently high gain in the horizontal direction; - the complexity of the design due to the use of meander-type chokes between the cylindrical elements and other matching elements and the numerous wiring of the coaxial line to the six cylindrical elements.
Наиболее близкой к заявляемой является широкополосная двухпортовая антенна согласно заявке на патент США US2014159975 (опубликована 12.06.2014; МПК H01Q5/00, H01 Q9/28), содержащая излучающие элементы, расположенные на одной вертикальной оси и выполненные цилиндрическими и полыми, а также первый коаксиальный кабель и второй коаксиальный кабель, пропущенный внутри полостей излучающих элементов.  Closest to the claimed one is a broadband two-port antenna according to US patent application US2014159975 (published on 06/12/2014; IPC H01Q5 / 00, H01 Q9 / 28), containing radiating elements located on one vertical axis and made cylindrical and hollow, as well as the first coaxial a cable and a second coaxial cable passed inside the cavities of the radiating elements.
Это устройство, также как и упомянутое раньше, выполнено на основе несимметричных вертикально ориентированных диполей излучающих элементов, при этом первый коаксиальный кабель, также как и второй, пропущен через излучающие элементы, и их центральные жилы и оплетки подсоединены соответствующим образом к излучающим элементам для образования диполей, а свободные концы коаксиальных кабелей выполняют функцию портов для сигналов с частотами соответственно от 100 до 800 МГц (I порт) и сигналов от 800 МГц до 2 ГГц (II порт). Для улучшения коэффициента стоячей волны (КСВ) в области частот ниже 150 МГц нижняя короткая секция всей объединенной секционированной антенны подсоединена к расположенному выше излучающему элементу через RLC-цепь. Всего используется пять излучающих элементов. Недостатками этого устройства являются:  This device, as mentioned above, is made on the basis of asymmetric vertically oriented dipoles of radiating elements, while the first coaxial cable, as well as the second, is passed through the radiating elements, and their central cores and braids are connected respectively to the radiating elements to form dipoles and the free ends of coaxial cables act as ports for signals with frequencies from 100 to 800 MHz (I port) and signals from 800 MHz to 2 GHz (II port), respectively. To improve the standing wave coefficient (SWR) in the frequency range below 150 MHz, the lower short section of the entire combined sectioned antenna is connected to the radiating element located above through an RLC circuit. In total, five radiating elements are used. The disadvantages of this device are:
- недостаточно широкий диапазон частот;  - not wide enough frequency range;
- объединенный секционированный излучатель не может эффективно работать во всех диапазонах. В верхнем поддиапазоне главный лепесток диаграммы направленности начинает искажаться (дробиться), когда длина объединенного секционированного излучателя превышает половину длины волны;  - The combined sectioned radiator cannot work effectively in all ranges. In the upper subband, the main lobe of the radiation pattern begins to distort (split) when the length of the combined sectioned emitter exceeds half the wavelength;
- сложность обеспечения большого коэффициента перекрытия поддиапазонов; - the difficulty of providing a large coefficient of overlap of the subbands;
- недостаточно высокий коэффициент усиления. - insufficiently high gain.
Решаемая изобретением задача заключается в улучшении технико- эксплуатационных характеристик широкополосной двухпортовой антенны. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является увеличение ширины диапазона рабочих частот, улучшение формы диаграммы направленности в верхнем диапазоне частот, обеспечение максимально возможного коэффициента перекрытия по частоте, повышение коэффициента усиления. The problem solved by the invention is to improve the technical and operational characteristics of a broadband dual-port antenna. The technical result achieved by using the invention is to increase the width of the operating frequency range, improve the shape of the radiation pattern in the upper frequency range, ensure the maximum possible frequency overlap, increase the gain.
Для решения поставленной задачи с достижением технического результата широкополосная двухпортовая антенна согласно изобретению содержит излучающие элементы, расположенные на одной вертикальной оси и выполненные цилиндрическими и полыми, первый коаксиальный кабель, второй коаксиальный кабель, пропущенный внутри полостей излучающих элементов. Наружные свободные концы первого и второго коаксиальных кабелей образуют два порта для двух поддиапазонов общего частотного диапазона. Согласно изобретению, антенна образована электрически раздельными излучающими элементами для каждого из двух поддиапазонов. Для первого поддиапазона первый коаксиальный кабель соединен через трансформатор импеданса с нижним краем нижнего излучающего цилиндрического элемента, имеющего длину больше, чем длины остальных излучающих элементов. Для второго поддиапазона второй коаксиальный кабель пропущен внутри нижнего излучающего цилиндрического элемента и подведен к среднему излучающему цилиндрическому элементу, выполненному в виде перевернутого стакана с длиной меньше, чем длина нижнего излучающего цилиндрического элемента. Центральная жила второго коаксиального кабеля выведена через отверстие в дне перевернутого стакана среднего излучающего цилиндрического элемента, а его оплетка соединена с дном указанного перевернутого стакана. Верхний излучающий цилиндрический элемент выполнен меньшей длины, чем длина среднего излучающего цилиндрического элемента. Верхний излучающий цилиндрический элемент выполнен в виде стакана с дном, обращенным к дну перевернутого стакана среднего излучающего цилиндрического элемента. Центральная жила второго коаксиального кабеля соединена с дном стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента. Внутри верхнего излучающего цилиндрического элемента расположены первый провод и второй провод. Первый провод одним концом соединен с дном стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента, а другой его конец выведен наружу. Второй провод одним концом соединен через отверстие в дне стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента с дном перевернутого стакана среднего излучающего цилиндрического элемента, а другой его конец выведен наружу. В устройство введены несимметричный вибратор, установленный соосно указанным излучающим элементам, катушка индуктивности и конденсатор, одни выводы которых соединены между собой и подсоединены к несимметричному вибратору. Другой вывод катушки индуктивности соединен с выведенным наружу концом первого провода, а другой вывод конденсатора соединен с выведенным наружу концом второго провода. To solve the problem with the achievement of the technical result, the broadband two-port antenna according to the invention comprises emitting elements located on one vertical axis and made cylindrical and hollow, a first coaxial cable, a second coaxial cable passed inside the cavities of the radiating elements. The outer free ends of the first and second coaxial cables form two ports for two subbands of the common frequency range. According to the invention, the antenna is formed by electrically separate radiating elements for each of the two subbands. For the first subband, the first coaxial cable is connected through an impedance transformer to the lower edge of the lower radiating cylindrical element having a length greater than the length of the remaining radiating elements. For the second subband, a second coaxial cable is passed inside the lower radiating cylindrical element and brought to the middle radiating cylindrical element, made in the form of an inverted glass with a length less than the length of the lower radiating cylindrical element. The central core of the second coaxial cable is brought out through an opening in the bottom of the inverted cup of the middle radiating cylindrical element, and its braid is connected to the bottom of the specified inverted cup. The upper radiating cylindrical element is made shorter than the length of the middle radiating cylindrical element. The upper radiating cylindrical element is made in the form of a glass with a bottom facing the bottom of the inverted glass of the middle radiating cylindrical element. The central core of the second coaxial cable is connected to the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element. Inside the upper radiating cylindrical element are the first wire and the second wire. The first wire is connected at one end to the bottom of the glass of the upper radiating a cylindrical element, and its other end is brought out. The second wire is connected at one end through a hole in the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element to the bottom of the inverted glass of the middle radiating cylindrical element, and its other end is brought out. An asymmetric vibrator installed coaxially with the indicated radiating elements, an inductor and a capacitor are introduced into the device, one of the terminals of which are interconnected and connected to the asymmetric vibrator. The other terminal of the inductor is connected to the outward end of the first wire, and the other terminal of the capacitor is connected to the outward end of the second wire.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых: Possible additional embodiments of the device, in which:
- трансформатор импеданса выполнен обеспечивающим преобразование импеданса первого порта 50 Ом в импеданс 200 Ом; - the impedance transformer is designed to convert the impedance of the first port of 50 Ohms to an impedance of 200 Ohms;
- трансформатор импеданса выполнен на ферритовом кольцевом сердечнике, конец его первичной обмотки соединен с началом вторичной обмотки, а точка их соединения подключена к оплётке первого коаксиального кабеля, начало первичной обмотки соединено с центральной жилой первого коаксиального кабеля, а конец вторичной обмотки соединен с нижним краем нижнего излучающего цилиндрического элемента;  - the impedance transformer is made on a ferrite ring core, the end of its primary winding is connected to the beginning of the secondary winding, and the point of their connection is connected to the braid of the first coaxial cable, the beginning of the primary winding is connected to the central core of the first coaxial cable, and the end of the secondary winding is connected to the lower edge of the lower a radiating cylindrical element;
- введено диэлектрическое кольцо, установленное в нижнем излучающем цилиндрическом элементе на расстоянии в области одной трети его длины от нижнего края нижнего излучающего цилиндрического элемента;  - a dielectric ring is introduced, mounted in the lower radiating cylindrical element at a distance in the region of one third of its length from the lower edge of the lower radiating cylindrical element;
- катушка индуктивности выполнена излучающей в виде омеднённой стальной пружины;  - the inductor is made radiating in the form of a copper-plated steel spring;
- в качестве несимметричного вибратора использован штырь - жесткий металлический стержень, сплошной или из сочленяющихся звеньев, или металлизированный диэлектрический стержень, или проволочный жгут.  - a pin is used as an asymmetric vibrator - a rigid metal rod, solid or from mating links, or a metallized dielectric rod, or a wire bundle.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются с помощью варианта выполнения антенны со ссылками на фигуру.  These advantages, as well as features of the present invention are explained using an embodiment of the antenna with reference to the figure.
Фиг. 1 схематично изображает конструкцию сверхширокополосной двухпортовой антенны согласно изобретению. Сверхширокополосная двухпортовая антенна содержит излучающие элементы, расположенные на одной вертикальной оси, выполненные цилиндрическими и полыми. Устройство снабжено первым коаксиальным кабелем 1 и вторым коаксиальным кабелем 2. Второй коаксиальный кабель 2 проходит внутри полостей излучающих элементов. Наружные свободные концы первого и второго коаксиальных кабелей 1, 2 образуют два порта для двух поддиапазонов общего частотного диапазона и могут быть снабжены разъемами соответственно 3, 4. FIG. 1 schematically illustrates the construction of an ultra-wideband dual port antenna according to the invention. An ultra-wide dual-port antenna contains radiating elements located on one vertical axis, made cylindrical and hollow. The device is equipped with a first coaxial cable 1 and a second coaxial cable 2. The second coaxial cable 2 passes inside the cavities of the radiating elements. The outer free ends of the first and second coaxial cables 1, 2 form two ports for two subbands of the common frequency range and can be equipped with connectors 3,4, respectively.
Антенна образована электрически разделенными излучающими элементами для каждого из двух поддиапазонов.  The antenna is formed by electrically separated radiating elements for each of the two subbands.
Для первого поддиапазона первый коаксиальный кабель 1 соединен через трансформатор 5 импеданса с нижним краем нижнего излучающего цилиндрического элемента 6, который имеет длину больше, чем длина любого из остальных излучающих элементов.  For the first subband, the first coaxial cable 1 is connected via an impedance transformer 5 to the lower edge of the lower radiating cylindrical element 6, which has a length greater than the length of any of the remaining radiating elements.
Для второго поддиапазона второй коаксиальный кабель 2 пропущен внутри нижнего излучающего цилиндрического элемента 6 и подведен к среднему излучающему цилиндрическому элементу 7, выполненному в виде перевернутого стакана, длина которого меньше, чем длина нижнего излучающего элемента 6. Центральная жила второго коаксиального кабеля 2 выведена через отверстие в дне перевернутого стакана среднего излучающего цилиндрического элемента 7 (далее также «перевернутый стакан») без образования электрического контакта с ним, а оплетка второго коаксиального кабеля 2 соединена с дном перевернутого стакана. Верхний излучающий цилиндрический элемент 8 выполнен в виде стакана с дном, обращенным к дну перевернутого стакана, и имеет длину меньше, чем длина перевернутого стакана. Центральная жила второго коаксиального кабеля 2 соединена с дном стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента 8. Кроме того, внутри верхнего излучающего цилиндрического элемента 8 размещены первый провод 9 и второй провод 10. Первый провод 9 одним концом соединен с дном стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента 8 (следовательно, и с центральной жилой второго коаксиального кабеля 2), а другой конец указанного провода выведен наружу. Второй провод 10 одним концом проходит без образования электрического контакта через отверстие в дне стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента 8 и соединен с дном перевернутого стакана среднего излучающего цилиндрического элемента 7, следовательно, с оплеткой второго коаксиального кабеля 2. Другой конец второго провода 10 выведен наружу из стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента 8. For the second subband, the second coaxial cable 2 is passed inside the lower radiating cylindrical element 6 and brought to the middle radiating cylindrical element 7, made in the form of an inverted glass, the length of which is less than the length of the lower radiating element 6. The central core of the second coaxial cable 2 is led out through the hole in the bottom of the inverted cup of the middle radiating cylindrical element 7 (hereinafter also referred to as the “inverted cup”) without the formation of electrical contact with it, and the braid of the second xial cable 2 is connected to the bottom of the inverted glass. The upper radiating cylindrical element 8 is made in the form of a glass with a bottom facing the bottom of the inverted glass, and has a length less than the length of the inverted glass. The central core of the second coaxial cable 2 is connected to the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element 8. In addition, inside the upper radiating cylindrical element 8 there are placed the first wire 9 and the second wire 10. The first wire 9 is connected at one end to the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element 8 (therefore , and with the central core of the second coaxial cable 2), and the other end of the specified wire brought out. The second wire 10 at one end passes without the formation of electrical contact through an opening in the bottom of the glass of the upper radiating a cylindrical element 8 and is connected to the bottom of the inverted cup of the middle radiating cylindrical element 7, therefore, with the braid of the second coaxial cable 2. The other end of the second wire 10 is brought out from the cup of the upper radiating cylindrical element 8.
В устройство введены несимметричный вибратор 1 1 , установленный соосно излучающим элементам 6, 7, 8, катушка 12 индуктивности и конденсатор 13. Одни выводы катушки 12 индуктивности и конденсатора 13 соединены между собой и подсоединены к несимметричному вибратору 1 1. Другой вывод катушки 12 индуктивности соединен с выведенным наружу концом первого провода 9, а другой вывод конденсатора 13 соединен с выведенным наружу концом второго провода 10.  An asymmetric vibrator 1 1 is inserted into the device, mounted coaxially to the radiating elements 6, 7, 8, an inductor 12 and a capacitor 13. One terminal of the inductor 12 and the capacitor 13 are interconnected and connected to the asymmetric vibrator 1 1. The other terminal of the inductor 12 is connected with the outward end of the first wire 9, and the other terminal of the capacitor 13 connected to the outward end of the second wire 10.
Для обеспечения КСВ менее 3 и нижней частоты первого поддиапазона 27 МГц трансформатор 5 импеданса выполнен обеспечивающим преобразование импеданса 50 Ом первого порта в импеданс 200 Ом.  To ensure an SWR of less than 3 and a lower frequency of the first sub-band of 27 MHz, the impedance transformer 5 is designed to convert the impedance of 50 Ohms of the first port to an impedance of 200 Ohms.
Трансформатор 5 импеданса может быть выполнен на ферритовом кольцевом сердечнике. Конец его первичной обмотки соединен с началом вторичной обмотки, а точка их соединения подключена к оплётке первого коаксиального кабеля 1. Начало первичной обмотки трансформатора 5 соединено с центральной жилой первого коаксиального кабеля 1 , а конец вторичной обмотки соединен с нижним краем нижнего излучающего цилиндрического элемента 6, как показано на фиг. 1.  The impedance transformer 5 can be performed on a ferrite ring core. The end of its primary winding is connected to the beginning of the secondary winding, and the connection point is connected to the braid of the first coaxial cable 1. The beginning of the primary winding of the transformer 5 is connected to the central core of the first coaxial cable 1, and the end of the secondary winding is connected to the lower edge of the lower radiating cylindrical element 6, as shown in FIG. one.
Дополнительно может быть введено диэлектрическое кольцо 14, установленное в нижнем излучающем цилиндрическом элементе 6 на расстоянии в области примерно одной трети его длины от нижнего края нижнего излучающего цилиндрического элемента 6.  Additionally, a dielectric ring 14 may be introduced, which is installed in the lower radiating cylindrical element 6 at a distance of about one third of its length from the lower edge of the lower radiating cylindrical element 6.
Катушка 12 индуктивности выполнена излучающей, в виде омеднённой стальной пружины и предназначена для дополнительного расширения полосы рабочих частот при высоком КПД антенны.  The inductor 12 is made radiating in the form of a copper-plated steel spring and is designed to further expand the operating frequency band at high antenna efficiency.
В качестве несимметричного вибратора 1 1 может быть использован жесткий металлический стержень, сплошной или из сочленяющихся звеньев, или металлизированный диэлектрический стержень, или проволочный жгут и т.п.  As an asymmetric vibrator 1 1, a rigid metal rod, solid or from mating links, or a metallized dielectric rod, or wire harness, etc. can be used.
Далее работа заявленной сверхширокополосной двухпортовой антенны поясняется на частном варианте осуществления изобретения. Заявленная конструкция сверхширокополосной двухпортовой антенны обеспечивает КСВ не более 3,5 в поддиапазонах рабочих частот от 27 до 220 МГц и от 220 до 2700 МГц (общий коэффициент перекрытия по частоте 100: 1) и коэффициент усиления Ку от минус 5 до 4 dB в направлении горизонта. Further, the operation of the claimed ultra-wideband dual-port antenna is explained in a private embodiment of the invention. The claimed design of an ultra-wideband two-port antenna provides an SWR of no more than 3.5 in the sub-bands of operating frequencies from 27 to 220 MHz and from 220 to 2700 MHz (total frequency overlap factor of 100: 1) and Ku gain from minus 5 to 4 dB in the horizontal direction .
В отличие от имеющихся аналогов предлагаемая антенна получена объединением ранее неизвестным образом двух электрически раздельных излучающих частей, каждая из которых согласована в своем широком поддиапазоне частот, в одну сверхширокополосную двухпортовую антенну.  Unlike the existing analogues, the proposed antenna is obtained by combining two previously electrically separate radiating parts, each of which is matched in its wide frequency sub-band, into one ultra-wide-band dual-port antenna.
В нижней части такой объединенной сверхширокополосной двухпортовой антенны расположен нижний излучающий цилиндрический элемент 6, работающий в нижнем поддиапазоне частот (от 27 до 220 МГц). Внутри указанного цилиндрического элемента 6 проходит второй коаксиальный кабель 2, питающий действующую в верхнем поддиапазоне частот от 220 до 2700 МГц систему излучателей, расположенных вверху (как показано на фиг. 1 ) объединенной антенны.  In the lower part of such a combined ultra-wideband dual-port antenna, there is a lower radiating cylindrical element 6 operating in the lower frequency sub-band (from 27 to 220 MHz). A second coaxial cable 2 passes inside the indicated cylindrical element 6, supplying a system of emitters operating in the upper frequency sub-range from 220 to 2700 MHz located at the top (as shown in Fig. 1) of the combined antenna.
Обе части объединенной антенны имеют свои порты I и II для подключения к приёмопередающим устройствам соответствующих поддиапазонов при помощи соответственно разъемов 3 и 4. При этом поддиапазон системы верхних излучающих элементов 7, 8, 1 1 , 12, может быть продолжением поддиапазона нижнего излучающего цилиндрического элемента 6 в область более высоких частот или может быть отнесён по частоте на заданный интервал вверх или, с перекрытием поддиапазонов, вниз. При необходимости, каждый из поддиапазонов может быть дополнительно разделён дуплексным или триплексным фильтром.  Both parts of the combined antenna have their own ports I and II for connecting the respective subbands to the transceivers using connectors 3 and 4. The sub-system of the upper radiating elements 7, 8, 1 1, 12 can be a continuation of the sub-range of the lower radiating cylindrical element 6 in the region of higher frequencies or can be assigned in frequency to a specified interval up or, with overlapping sub-bands, down. If necessary, each of the subbands can be further divided by a duplex or triplex filter.
В качестве широкополосного согласующего устройства нижнего поддиапазона используется трансформатор 5 импеданса, выполненный на ферритовом кольцевом сердечнике. Коэффициент трансформации выбран для оптимальной работы нижнего излучающего цилиндрического элемента 6 с учётом проходящего внутри него второго коаксиального кабеля 2.  As a broadband matching device of the lower subband, an impedance transformer 5 is used, made on a ferrite ring core. The transformation coefficient is selected for optimal operation of the lower radiating cylindrical element 6, taking into account the second coaxial cable 2 passing inside it.
Нижний излучающий цилиндрический элемент 6 в частном варианте исполнения изобретения представляет собой металлическую трубу длиной 1200 мм с внутренним диаметром 15 мм. Трансформатор 5 импеданса преобразует импеданс порта приёмопередающего устройства, равный 50 Ом, в импеданс 200 Ом. Это значение является оптимальным для согласования излучающего цилиндрического элемента 6 в полосе частот 27- 220 МГц. The lower radiating cylindrical element 6 in a particular embodiment of the invention is a metal pipe 1200 mm long with an inner diameter of 15 mm. An impedance transformer 5 converts an impedance of a transceiver port of 50 Ohms into an impedance of 200 Ohms. This value is optimal for matching the radiating cylindrical element 6 in the frequency band 27-220 MHz.
Трансформатор 5 импеданса в частном варианте исполнения изобретения выполнен на ферритовом кольцевом сердечнике типоразмером К 16 χ 8 χ 4 с начальной магнитной проницаемостью 30. Первичная обмотка содержит 3 витка провода диаметром 0,45 мм, вторичная обмотка содержит 6 витков того же провода. Витки первичной обмотки уложены между витками вторичной обмотки. Конец первичной обмотки соединяется с началом вторичной обмотки, и точка их соединения подключается к экранирующей оплётке коаксиального кабеля 1. Начало первичной обмотки соединяется с центральной жилой коаксиального кабеля 1. Конец вторичной обмотки соединяется с нижним излучающим цилиндрическим элементом 6. The impedance transformer 5 in a particular embodiment of the invention is made on a ferrite ring core of size K 16 x 8 x 4 with an initial magnetic permeability of 30. The primary winding contains 3 turns of wire with a diameter of 0.45 mm, the secondary winding contains 6 turns of the same wire. The turns of the primary winding are laid between the turns of the secondary winding. The end of the primary winding is connected to the beginning of the secondary winding, and the connection point is connected to the shielding braid of the coaxial cable 1. The beginning of the primary winding is connected to the central core of the coaxial cable 1. The end of the secondary winding is connected to the lower radiating cylindrical element 6.
Для дополнительного улучшения диаграммы направленности в верхней части поддиапазона 27-220 МГц может быть введено диэлектрическое кольцо 14, установленное в нижнем излучающем цилиндрическом элементе 6 на расстоянии в области примерно одной трети его длины от нижнего края нижнего излучающего цилиндрического элемента 6. Таким образом, нижний излучающий цилиндрический элемент 6 разделяется по длине емкостной вставкой. Ёмкость между двумя разделенными частями предпочтительно составляет около 2 пФ. Длина нижней части до емкостной вставки излучающего цилиндрического элемента 6, которая подключается к трансформатору 5 импеданса, предпочтительно составляет 350- 400 мм.  To further improve the radiation pattern in the upper part of the 27-220 MHz sub-band, a dielectric ring 14 can be introduced, which is installed in the lower radiating cylindrical element 6 at a distance of about one third of its length from the lower edge of the lower radiating cylindrical element 6. Thus, the lower radiating the cylindrical element 6 is divided along the length of the capacitive insert. The capacitance between the two separated parts is preferably about 2 pF. The length of the lower part to the capacitive insert of the radiating cylindrical element 6, which is connected to the impedance transformer 5, is preferably 350-400 mm.
К контактам входного разъёма 4, который является вторым портом питания верхней части объединенной антенны, подключается коаксиальный кабель 2, проходящий через нижний излучающий цилиндрический элемент 6. Другой конец второго коаксиального кабеля 2 посредством первого и второго проводов 9 и 10 подключается к входу Г-образного LC-звена, состоящего из катушки 12 индуктивности и конденсатора 13. Катушка 12 индуктивности представляет собой омеднённую стальную пружину. Пружина содержит 7 витков провода диаметром 1 ,2 мм, шаг витков 2,7 мм, внутренний диаметр 4 мм. Таким образом, роль индуктивности выполняет спираль, являющаяся частью полотна антенны. Как известно, ширина полосы частот контура зависит от добротности элементов контура и на практике определяется, в основном, добротностью катушки 12 индуктивности. Поскольку в предлагаемой конструкции катушка 12 индуктивности является частью излучателя, её добротность уменьшается за счёт полезной отдачи энергии на излучение, а не за счёт тепловых потерь. Поэтому дополнительно достигается широкая полоса рабочих частот при сохранении высокого КПД антенны. To the contacts of the input connector 4, which is the second power port of the upper part of the combined antenna, is connected a coaxial cable 2 passing through the lower radiating cylindrical element 6. The other end of the second coaxial cable 2 is connected to the input of the L-shaped LC through the first and second wires 9 and 10 -link, consisting of an inductor 12 and a capacitor 13. The inductor 12 is a copper-plated steel spring. The spring contains 7 turns of wire with a diameter of 1, 2 mm, a pitch of turns of 2.7 mm, an inner diameter of 4 mm. Thus, the role of the inductance is played by a spiral, which is part of the antenna sheet. As you know, the bandwidth of the circuit depends on the quality factor of the circuit elements and in practice is determined mainly by the quality factor of the inductor 12. Since in the proposed design the inductor 12 is part of the emitter, its quality factor is reduced due to the useful energy transfer to the radiation, and not due to heat loss. Therefore, a wide operating frequency band is additionally achieved while maintaining a high antenna efficiency.
К нижнему концу катушки 12 подключается провод 9 (как показано на фиг. 1), присоединённый к центральной жиле коаксиатьного кабеля 2. Верхний конец катушки 12 соединяется с выводом конденсатора 13, имеющего ёмкость 1 ,3 пФ.  A wire 9 (as shown in Fig. 1) connected to the central core of the coaxial cable 2 is connected to the lower end of the coil 12. The upper end of the coil 12 is connected to the output of the capacitor 13 having a capacitance of 1, 3 pF.
К точке соединения катушки 12 и конденсатора 13 подключается несимметричный вибратор 1 1 , представляющий собой, например, металлический стержень длиной 200 мм и диаметром 6 мм. Второй вывод конденсатора 13 соединяется со вторым проводом 10.  To the connection point of the coil 12 and the capacitor 13, an asymmetric vibrator 1 1 is connected, which is, for example, a metal rod 200 mm long and 6 mm in diameter. The second terminal of the capacitor 13 is connected to the second wire 10.
Провода 9 и 10, соединяющие коаксиальный кабель 2 с входом LC-звена, проходят внутри верхнего излучающего цилиндрического элемента 8, выполненного в форме стакана, дно которого подсоединяется к первому проводу 9. Второй провод 10 проходит без образования электрического контакта через отверстие в дне стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента 8 и соединяется с дном перевернутого стакана среднего излучающего цилиндрического элемента 7. Верхний излучающий цилиндрический элемент 8 имеет внутренний диаметр 20 мм и высоту 55 мм. Таким образом, первый провод 9 электрически соединён с центральной жилой коаксиального кабеля 2, а второй провод 10 электрически соединён с экранирующей оплёткой коаксиального кабеля 2.  The wires 9 and 10 connecting the coaxial cable 2 to the input of the LC link pass inside the upper radiating cylindrical element 8, made in the form of a glass, the bottom of which is connected to the first wire 9. The second wire 10 passes without the formation of electrical contact through the hole in the bottom of the glass of the upper a radiating cylindrical element 8 and connected to the bottom of the inverted glass of the middle radiating cylindrical element 7. The upper radiating cylindrical element 8 has an inner diameter of 20 mm and a height of 55 mm Thus, the first wire 9 is electrically connected to the central core of the coaxial cable 2, and the second wire 10 is electrically connected to the shielding braid of the coaxial cable 2.
Несимметричный вибратор 1 1 , согласованный с помощью Г-образного LC- звена, совместно с верхним излучающим элементом 8 обеспечивает работу антенны в поддиапазоне 220-2700 МГц. В высокочастотной части этого поддиапазона основным излучателем является верхний излучающий цилиндрический элемент 8. В низкочастотной части действует, в основном, несимметричный вибратор 1 1. Разделение излучателя по длине на два параллельных коаксиальных элемента не только расширяет диапазон рабочих частот, но и позволяет значительно уменьшить дробление главного лепестка диаграммы направленности в высокочастотной части поддиапазона. The asymmetric vibrator 1 1, matched with the help of the L-shaped LC link, together with the upper radiating element 8 ensures the operation of the antenna in the subband 220-2700 MHz. In the high-frequency part of this subband, the main emitter is the upper radiating cylindrical element 8. In the low-frequency part is mainly operated by an asymmetric vibrator 1 1. The separation of the emitter in length into two parallel coaxial elements not only extends the operating frequency range, but also significantly reduces the fragmentation of the main lobe of the radiation pattern in the high-frequency part of the subband.
Средний излучающий цилиндрический элемент 7, подключённый вместе со вторым проводом 10 к оплётке второго коаксиального кабеля 2, является противовесом для несимметричного вибратора 1 1 и верхнего излучающего цилиндрического элемента 8. Средний излучающий цилиндрический элемент 7 имеет внутренний диаметр 15 мм и высоту 180 мм.  The middle radiating cylindrical element 7, connected together with the second wire 10 to the braid of the second coaxial cable 2, is a counterbalance for the asymmetric vibrator 1 1 and the upper radiating cylindrical element 8. The middle radiating cylindrical element 7 has an inner diameter of 15 mm and a height of 180 mm.
Так как нижний излучающий цилиндрический элемент 6, больший по размерам, используется только в нижнем поддиапазоне частот, а на верхнем поддиапазоне используется отдельный, более короткий излучатель, состоящий, в свою очередь, из двух частей, диаграмма направленности получается без дробления главного лепестка.  Since the lower radiating cylindrical element 6, which is larger, is used only in the lower frequency subband, and a separate, shorter radiator is used on the upper subband, which, in turn, consists of two parts, the radiation pattern is obtained without crushing the main lobe.
Общая полоса частот объединенной антенны складывается из двух широких поддиапазонов, в которых работают излучатели с отдельными согласующими устройствами, поэтому общий коэффициент перекрытия по частоте получается больше, чем можно получить при использовании единственного согласующего устройства, например, широкополосного трансформатора на ферритовом сердечнике. Кроме того, предложенная антенна имеет во всей полосе частот более высокий коэффициент усиления.  The total frequency band of the combined antenna is composed of two wide subbands in which emitters operate with separate matching devices, so the overall frequency overlap coefficient is greater than can be obtained using a single matching device, for example, a broadband transformer on a ferrite core. In addition, the proposed antenna has a higher gain in the entire frequency band.
Поскольку в предлагаемой антенне широкополосный трансформатор используется только в ограниченном сверху поддиапазоне частот, упрощаются его конструкция и требования к исполнению.  Since the proposed antenna of the broadband transformer is used only in a limited upper frequency range, its design and performance requirements are simplified.
Наиболее успешно заявленная сверхширокополосная двухпортовая антенна применяется для связи между стационарными объектами или подвижными объектами, например, передвижными радиостанциями.  The most successfully announced ultra-wideband dual-port antenna is used for communication between stationary objects or moving objects, for example, mobile radio stations.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Широкополосная двухпортовая антенна, содержащая излучающие элементы, расположенные на одной вертикальной оси и выполненные цилиндрическими и полыми, первый коаксиальный кабель, второй коаксиальный кабель, пропущенный внутри полостей излучающих элементов, при этом наружные свободные концы первого и второго коаксиальных кабелей образуют два порта для двух поддиапазонов общего частотного диапазона, отличающаяся тем, что антенна образована электрически раздельными излучающими элементами для каждого из двух поддиапазонов, для первого поддиапазона первый коаксиальный кабель соединен через трансформатор импеданса с нижним краем нижнего излучающего цилиндрического элемента большей длины, чем остальные излучающие элементы, для второго поддиапазона второй коаксиальный кабель пропущен внутри нижнего излучающего цилиндрического элемента и подведен к среднему излучающему цилиндрическому элементу, выполненному в виде перевернутого стакана с длиной меньшей, чем длина нижнего излучающего элемента, центральная жила второго коаксиального кабеля выведена через отверстие в дне перевернутого стакана, а его оплетка соединена с дном перевернутого стакана, верхний излучающий цилиндрический элемент выполнен в виде стакана с дном, обращенным к дну перевернутого стакана среднего излучающего цилиндрического элемента, и имеет длину меньше длины среднего излучающего цилиндрического элемента, центральная жила второго коаксиального кабеля соединена с дном стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента, снабженного первым проводом и вторым проводом, расположенными внутри верхнего излучающего цилиндрического элемента, первый провод одним концом соединен с дном стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента, а другой его конец выведен наружу, второй провод одним концом соединен через отверстие в дне стакана верхнего излучающего цилиндрического элемента с дном перевернутого стакана среднего излучающего цилиндрического элемента, а другой его конец выведен наружу, в устройство введены несимметричный вибратор, установленный соосно излучающим элементам, а также катушка индуктивности и конденсатор, одни выводы которых соединены между собой и подсоединены к несимметричному вибратору, другой вывод катушки индуктивности соединен с выведенным наружу концом первого провода, и другой вывод конденсатора соединен с выведенным наружу концом второго провода. 1. A broadband two-port antenna containing radiating elements located on one vertical axis and made cylindrical and hollow, a first coaxial cable, a second coaxial cable passed inside the cavities of the radiating elements, while the outer free ends of the first and second coaxial cables form two ports for two subbands of the total frequency range, characterized in that the antenna is formed by electrically separate radiating elements for each of the two subbands, for the first of the subband, the first coaxial cable is connected through the impedance transformer to the lower edge of the lower radiating cylindrical element longer than the other radiating elements, for the second subband, the second coaxial cable is passed inside the lower radiating cylindrical element and brought to the middle radiating cylindrical element, made in the form of an inverted glass with a length shorter than the length of the lower radiating element, the central core of the second coaxial cable is led out through the holes in the bottom of the inverted cup, and its braid is connected to the bottom of the inverted cup, the upper radiating cylindrical element is made in the form of a cup with a bottom facing the bottom of the inverted cup of the middle radiating cylindrical element, and has a length less than the length of the middle radiating cylindrical element, the central core of the second coaxial cable connected to the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element provided with a first wire and a second wire located inside the upper radiating cylinder of the element, the first wire is connected at one end to the bottom of the glass of the upper radiating cylindrical element and the other end is brought out, the second wire is connected at one end through the hole in the bottom of the glass of the upper radiating element to the bottom of the inverted glass of the middle radiating cylindrical element, and the other end brought out, an asymmetric vibrator is inserted into the device, mounted coaxially to the radiating elements, and also an inductor and a capacitor, one of the terminals of which are interconnected and connected to an asymmetric vibrator, another terminal of the inductor is connected to the outward end of the first wire, and another terminal of the capacitor is connected to the outward end of the second wire.
2. Широкополосная двухпортовая антенна по п.1 , отличающаяся тем, что трансформатор импеданса выполнен обеспечивающим преобразование импеданса первого порта 50 Ом в импеданс 200 Ом.  2. The broadband two-port antenna according to claim 1, characterized in that the impedance transformer is configured to convert the impedance of the first port of 50 Ohms to an impedance of 200 Ohms.
3. Широкополосная двухпортовая антенна по п.2, отличающаяся тем, что трансформатор импеданса выполнен на ферритовом кольцевом сердечнике, конец его первичной обмотки соединен с началом вторичной обмотки, а точка их соединения подключена к оплётке первого коаксиального кабеля, начало первичной обмотки соединено с центральной жилой первого коаксиального кабеля, а конец вторичной обмотки соединен с нижним краем нижнего излучающего цилиндрического элемента.  3. The broadband two-port antenna according to claim 2, characterized in that the impedance transformer is made on a ferrite ring core, the end of its primary winding is connected to the beginning of the secondary winding, and the point of their connection is connected to the braid of the first coaxial cable, the beginning of the primary winding is connected to the central core the first coaxial cable, and the end of the secondary winding is connected to the lower edge of the lower radiating cylindrical element.
4. Широкополосная двухпортовая антенна по п.1 , отличающаяся тем, что содержит диэлектрическое кольцо, установленное в нижнем излучающем цилиндрическом элементе на расстоянии в области одной трети его длины от нижнего края нижнего излучающего цилиндрического элемента.  4. The broadband two-port antenna according to claim 1, characterized in that it comprises a dielectric ring mounted in the lower radiating cylindrical element at a distance in the region of one third of its length from the lower edge of the lower radiating cylindrical element.
5. Широкополосная двухпортовая антенна по п.1 , отличающаяся тем, что катушка индуктивности выполнена излучающей, в виде омеднённой стальной пружины.  5. The broadband dual-port antenna according to claim 1, characterized in that the inductor is made radiating in the form of a copper-plated steel spring.
6. Широкополосная двухпортовая антенна по п.1 , отличающаяся тем, что в качестве несимметричного вибратора использован жесткий металлический стержень, сплошной или из сочленяющихся звеньев, или металлизированный диэлектрический стержень, или проволочный жгут.  6. The broadband two-port antenna according to claim 1, characterized in that a rigid metal rod, solid or from mating links, or a metallized dielectric rod, or a wire bundle is used as an asymmetric vibrator.
PCT/RU2017/000460 2016-06-28 2017-06-28 Ultra-wideband two-port antenna WO2018004393A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016125803 2016-06-28
RU2016125803A RU2634801C1 (en) 2016-06-28 2016-06-28 Ultra-wideband dual-port antenna

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018004393A1 true WO2018004393A1 (en) 2018-01-04

Family

ID=60263900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000460 WO2018004393A1 (en) 2016-06-28 2017-06-28 Ultra-wideband two-port antenna

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2634801C1 (en)
WO (1) WO2018004393A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2683129C1 (en) * 2018-02-14 2019-03-26 Александр Александрович Введенский Circular antenna

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU33832U1 (en) * 2003-07-14 2003-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Broadband Antenna (Options)
RU39011U1 (en) * 2003-11-27 2004-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" BROADBAND WHEEL ANTENNA (OPTIONS)
US20100283699A1 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Broadband whip antenna
US20140159975A1 (en) * 2012-08-14 2014-06-12 AMI Research & Development, LLC Wideband compact dipole manpack antenna

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU33832U1 (en) * 2003-07-14 2003-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Broadband Antenna (Options)
RU39011U1 (en) * 2003-11-27 2004-07-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" BROADBAND WHEEL ANTENNA (OPTIONS)
US20100283699A1 (en) * 2009-05-06 2010-11-11 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Broadband whip antenna
US20140159975A1 (en) * 2012-08-14 2014-06-12 AMI Research & Development, LLC Wideband compact dipole manpack antenna

Also Published As

Publication number Publication date
RU2634801C1 (en) 2017-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7151497B2 (en) Coaxial antenna system
US4940989A (en) Apparatus and method for matching radiator and feedline impedances and for isolating the radiator from the feedline
CN100355148C (en) Multilever antenna
US7183992B2 (en) Ultra-wideband V-UHF antenna
KR101679555B1 (en) Patch antenna element
US5977920A (en) Double antenna especially for vehicles
CN108695598B (en) Antenna with a shield
CA2764005A1 (en) A compact ultra wide band antenna for transmission and reception of radio waves
US6836256B2 (en) Dual-band VHF-UHF antenna system
US5926149A (en) Coaxial antenna
US7839344B2 (en) Wideband multifunction antenna operating in the HF range, particularly for naval installations
CN111129752A (en) Self-decoupling MIMO antenna system
RU2634801C1 (en) Ultra-wideband dual-port antenna
WO2018004392A1 (en) Two-port dual-band antenna for the hf and uhf2 bands
US10374311B2 (en) Antenna for a portable communication device
US7586453B2 (en) Vehicular multiband antenna
JP2006325093A (en) Portable radio equipment
CN106252847B (en) Dual-frequency wall-mounted antenna
CN210628484U (en) Ultra-wideband dipole antenna
JP3742331B2 (en) Monopole antenna
RU225131U1 (en) Ultra-wideband dipole antenna for MV and UHF1 bands
CN210956990U (en) Ultra-wideband dipole antenna
CN112635982B (en) Short-circuit coplanar waveguide-fed dual-polarized broadband antenna
RU189384U1 (en) Broadband aerial based on vibrator with upper capacitive load
WO2018004395A1 (en) Ultra-wideband antenna for the uhf2 band

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17820626

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17820626

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1