RU2394319C2

RU2394319C2 - Broad-band symmetric antenna

Info

Publication number: RU2394319C2
Application number: RU2008137818/09A
Authority: RU
Inventors: Рафаэль Накипович Каримов (RU); Рафаэль Накипович Каримов; Олег Александрович Бесков (RU); Олег Александрович Бесков
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-07-10
Also published as: RU2008137818A

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: broad-band symmetric antenna includes flat metal dipole and the matching element, which are applied to insulating substrate. Metal dipole consists of a pair of triangular-shaped arms symmetrically located relative to H plane and the central angle of which has been chosen depending on wave resistance of power feeder connected to feed points located in central angles of arms of dipole in E plane orthogonal to H plane. Matching element is made in the form of two metal shunts, each of which is located parallel to E plane with a gap relative to one-sided peripheral angles of arms of the dipole, two bonding strips, each of which connects in pairs the ends of both shunts and is located parallel to H plane with a gap relative to the edge of the dipole arms and two triangular-shaped conducting planes symmetrically located relative to E plane, each of which is located symmetrically to H plane with a gap relative to lateral sides of both dipole arms and with a gap relative to the shunt.

EFFECT: providing the matching degree and increasing directivity index.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в широкополосных приемо-передающих устройствах.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to antennas, and can be used in broadband transceiver devices.

Известна широкополосная антенна, содержащая вибратор, выполненный в виде пластины, преимущественно квадратной формы, противовес в виде пластины прямоугольной формы, средство для подключения вибратора и противовеса к линии передачи, при этом противовес своей длинной стороной изогнут в плоскости, ортогональной плоскости вибратора, а последний расположен между кромками малой стороны противовеса компланарной плоскости, включающей эти кромки (Патент RU №2111584 С1. Широкополосная антенна. - МПК₆: H01Q 9/02. - 1998.05.20). Недостатком известной широкополосной антенны является сложность конструкции и малый коэффициент усиления.Known broadband antenna containing a vibrator made in the form of a plate, mainly square in shape, a counterweight in the form of a rectangular plate, means for connecting a vibrator and a counterweight to the transmission line, while the counterweight is curved with its long side in a plane orthogonal to the vibrator plane, and the latter is located between the edges of the small side of the counterweight of the coplanar plane that includes these edges (Patent RU No. 2111584 C1. Broadband antenna. - IPC ₆ : H01Q 9/02. - 1998.05.20). A disadvantage of the known broadband antenna is the design complexity and low gain.

Ближайшим аналогом является широкополосная симметричная антенна, содержащая плоский металлический вибратор, состоящий из пары плеч треугольной формы, симметрично расположенных относительно плоскости Н, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам питания, расположенным в центральных углах плеч вибратора в плоскости Е, и согласующий элемент, выполненный в виде двух металлических шунтов, каждый из которых расположен параллельно плоскости Е с зазором относительно периферийных углов плеч вибратора, и двух перемычек, каждая из которых попарно соединяет концы шунтов и расположена параллельно плоскости Н с зазором относительно торца плеча вибратора (Кочержевский Г.Н. и др. Антенно-фидерные устройства: Учебник для вузов / Г.Н.Кочержевский, Г.А.Ерохин, Н.Д.Козырев. - М.: Радио и связь, 1989. - 352 с., ил. - с.147-148, рис.7.16, б). Данная широкополосная симметричная антенна принята за прототип.The closest analogue is a broadband symmetric antenna containing a flat metal vibrator consisting of a pair of triangular arms symmetrically located relative to the plane H, the central angle θ of which is selected depending on the wave impedance of the feed feeder connected to the feed points located in the central corners of the vibrator arms in plane E, and a matching element made in the form of two metal shunts, each of which is parallel to plane E with a gap relative to the peripheral angles of the vibrator’s shoulders, and two jumpers, each of which connects the ends of the shunts in pairs and is parallel to the H plane with a gap relative to the end of the vibrator’s shoulder (GN Kocherzhevsky et al. Antenna-feeder devices: Textbook for universities / GN Kocherzhevsky G.A. Erokhin, N.D. Kozyrev. - M .: Radio and communications, 1989 .-- 352 p., Ill. - p. 147-148, fig. 7.16, b). This broadband symmetric antenna is adopted as a prototype.

Недостатком известной широкополосной симметричной антенны является большое входное сопротивление, а согласующий элемент не обеспечивает достаточной степени согласования в диапазоне частот с различными питающими линиями.A disadvantage of the known broadband symmetric antenna is a large input impedance, and the matching element does not provide a sufficient degree of coordination in the frequency range with different supply lines.

Основной задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение необходимой степени согласования в диапазоне частот с различными питающими линиями, в том числе при установке рефлектора в плоскости, параллельной плоскости антенны на расстоянии порядка четверти средней длины волны.The main task to which the claimed invention is directed is to provide the necessary degree of coordination in the frequency range with various supply lines, including when installing the reflector in a plane parallel to the antenna plane at a distance of about a quarter of the average wavelength.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого технического решения, является обеспечение степени согласования, характеризующейся коэффициентом стоячей волны по напряжению (КСВН) не выше 2 в диапазоне частот, составляющем 50÷55% от средней частоты с различными питающими линиями, имеющими стандартизованные входные сопротивления 37,5 Ом и более, в том числе при установке рефлектора в плоскости, параллельной плоскости антенны на расстоянии порядка четверти средней длины волны, обеспечивающем увеличение коэффициента направленного действия антенны (Ку) до величины порядка 7 дБ.The technical result achieved by the implementation of the proposed technical solution is to ensure the degree of coordination, characterized by a standing wave voltage coefficient (VSWR) of not higher than 2 in the frequency range of 50 ÷ 55% of the average frequency with various supply lines having standardized input resistances 37, 5 ohms or more, including when installing the reflector in a plane parallel to the plane of the antenna at a distance of the order of a quarter of the average wavelength, providing an increase in the coefficient of ION antenna action (Ku) to a value of around 7 dB.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной широкополосной симметричной антенне, содержащей плоский металлический вибратор, состоящий из пары плеч треугольной формы, симметрично расположенных относительно плоскости Н, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам питания, расположенным в центральных углах плеч вибратора в плоскости Е, и согласующий элемент, выполненный в виде двух металлических шунтов, расположенных параллельно плоскости Е с зазором относительно односторонних периферийных углов плеч вибратора, и двух металлических перемычек, соединяющих попарно концы шунтов, каждая из которых расположена параллельно плоскости H с зазором относительно торца плеча вибратора, согласно предложенному техническому решению,The specified technical result is achieved by the fact that in the known broadband symmetric antenna containing a flat metal vibrator consisting of a pair of triangular shoulders symmetrically located relative to the plane H, the central angle θ of which is selected depending on the wave impedance of the supply feeder connected to the power points located in the central corners of the vibrator arms in the E plane, and a matching element made in the form of two metal shunts parallel to the E plane with Azores relatively unilateral peripheral shoulder angles vibrator, and two metal webs connecting pairwise the ends of shunts, each of which is disposed in parallel with the H plane of the gap relative to the shoulder end of the vibrator according to the proposed technical solution,

согласующий элемент дополнен двумя проводящими плоскостями треугольной формы, симметрично расположенными относительно плоскости Е, каждая из которых расположена симметрично плоскости Н с зазором относительно боковых сторон обоих плеч вибратора и шунта;the matching element is supplemented by two conductive planes of a triangular shape, symmetrically located relative to the plane E, each of which is located symmetrically to the plane H with a gap relative to the sides of both shoulders of the vibrator and the shunt;

металлический вибратор и согласующий элемент нанесены на диэлектрическую подложку.a metal vibrator and matching element are applied to a dielectric substrate.

Приведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной широкополосной симметричной антенне, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна».The analysis of the prior art cited by the applicant has made it possible to establish that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed broadband symmetric antenna. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "novelty."

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками из заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».The search results for known solutions in the art in order to identify features that match the distinctive features of the prototype of the features of the claimed technical solution have shown that they do not follow explicitly from the prior art. From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed technical solution on the achievement of the specified technical result is not known. Therefore, the claimed technical solution meets the condition of patentability "inventive step".

На чертеже показана предлагаемая широкополосная симметричная антенна.The drawing shows the proposed broadband balanced antenna.

Широкополосная симметричная антенна содержит диэлектрическую подложку 1, на поверхности которой нанесен плоский металлический вибратор и согласующий элемент. Металлический вибратор состоит из пары плеч 2 треугольной формы, симметрично расположенных относительно плоскости H, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам 3 питания, расположенным в центральных углах плеч 2 вибратора в плоскости Е, ортогональной плоскости H. Согласующий элемент выполнен в виде двух металлических шунтов 4 с поперечным размером а, каждый из которых расположен параллельно плоскости Е с зазором b относительно односторонних периферийных углов 5 плеч 2 вибратора, двух металлических перемычек 6 с поперечным размером с, каждая из которых попарно соединяет концы обоих шунтов 4 и расположена параллельно плоскости H с зазором d относительно торца плеча 2 вибратора, и двух симметрично расположенных относительно плоскости Е проводящих плоскостей 7 треугольной формы, каждая из которых расположена симметрично плоскости H с зазором е относительно боковых сторон обоих плеч 2 вибратора и с зазором f относительно шунта 4. Значения а, b, с, d, е и f определяются компьютерным моделированием.The symmetric broadband antenna contains a dielectric substrate 1, on the surface of which a flat metal vibrator and a matching element are applied. The metal vibrator consists of a pair of triangular-shaped shoulders 2, symmetrically located relative to the H plane, the central angle θ of which is selected depending on the wave impedance of the supply feeder connected to the supply points 3 located in the central corners of the vibrator shoulders 2 in the E plane, orthogonal to the H. The matching element is made in the form of two metal shunts 4 with a transverse dimension a, each of which is parallel to the plane E with a gap b relative to the one-sided peripheral angles 5 of the shoulders 2 vibrators, two metal jumpers 6 with a transverse size c, each of which connects the ends of both shunts 4 in pairs and is parallel to the plane H with a gap d relative to the end face of the arm 2 of the vibrator, and two triangular-shaped conductive planes 7 symmetrically located relative to the plane E, each of which are located symmetrically to the plane H with a gap e relative to the sides of both arms 2 of the vibrator and with a gap f relative to the shunt 4. The values a, b, c, d, e and f are determined by computer simulation.

Широкополосная антенна работает следующим образом.Broadband antenna operates as follows.

Под воздействием напряжения, приложенного к точкам 3 питания антенны, на плечах 2 вибратора возникают поверхностные токи, которые, с одной стороны, через зазоры d шунтируют токами перемычки 6, последние питают шунты 4, а с другой стороны, через зазоры е и f плечи 2 вибратора и шунты 4 шунтируют токами симметрично расположенные треугольные проводящие плоскости 7 согласующего элемента. Таким образом, на поверхности антенны возникает сложная картина токов, формирующих усиленное электромагнитное поле, которое обеспечивает необходимую степень согласования в диапазоне частот с различными питающими линиями.Under the influence of the voltage applied to the antenna power supply points 3, surface currents appear on the arms 2 of the vibrator, which, on the one hand, are connected by jumper currents 6 through the gaps d, the latter feed shunts 4, and, on the other hand, shoulders 2 through the gaps e and f vibrators and shunts 4 are shunted by currents symmetrically located triangular conductive plane 7 of the matching element. Thus, a complex picture of currents arises on the surface of the antenna, forming an amplified electromagnetic field, which provides the necessary degree of coordination in the frequency range with different supply lines.

Согласно предложенному изобретению создан макет широкополосной симметричной антенны с полосой пропускания по уровню КСВН=2 порядка 50÷55% от средней частоты и коэффициентом усиления К_у=1 дБ, шириной диаграммы направленности в плоскости Е, равной 70 градусам, и в плоскости H, равной 90 градусам.According to the proposed invention, a mock-up of a broadband symmetric antenna with a passband at the level of VSWR = 2 of the order of 50 ÷ 55% of the average frequency and a gain of K _y = 1 dB, a radiation pattern width in the E plane equal to 70 degrees, and in the H plane equal to 90 degrees.

Claims

1. Широкополосная симметричная антенна, содержащая плоский металлический вибратор, состоящий из пары плеч треугольной формы, симметрично расположенных относительно плоскости Н, центральный угол θ которых выбран в зависимости от волнового сопротивления питающего фидера, подключенного к точкам питания, расположенным в центральных углах плеч вибратора в плоскости Е, и согласующий элемент, выполненный в виде двух металлических шунтов, расположенных параллельно плоскости Е с зазором относительно односторонних периферийных углов плеч вибратора, и двух металлических перемычек, соединяющих попарно концы шунтов, каждая из которых расположена параллельно плоскости Н с зазором относительно торца плеча вибратора, отличающаяся тем, что согласующий элемент дополнен двумя проводящими плоскостями треугольной формы, симметрично расположенными относительно плоскости Е, каждая из которых расположена симметрично плоскости Н с зазором относительно боковых сторон обоих плеч вибратора и шунта.1. A broadband symmetric antenna containing a flat metal vibrator consisting of a pair of triangular-shaped shoulders symmetrically located relative to the plane H, the central angle θ of which is selected depending on the wave impedance of the supply feeder connected to the power points located in the central corners of the vibrator arms in the plane E, and a matching element made in the form of two metal shunts located parallel to the plane E with a gap relative to the one-sided peripheral angles of the shoulders vib ator, and two metal jumpers connecting in pairs the ends of the shunts, each of which is parallel to the plane H with a gap relative to the end face of the vibrator arm, characterized in that the matching element is supplemented by two conductive planes of a triangular shape, symmetrically located relative to the plane E, each of which is located symmetrically plane H with a gap relative to the sides of both shoulders of the vibrator and the shunt.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что металлический вибратор и согласующий элемент нанесены на диэлектрической подложке. 2. The antenna according to claim 1, characterized in that the metal vibrator and matching element are applied on a dielectric substrate.