RU2571516C2

RU2571516C2 - Circular antenna

Info

Publication number: RU2571516C2
Application number: RU2013132808/08A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Антропов; Илья Брониславович Вассерман; Людмила Давыдовна Конягина; Олег Юрьевич Перфилов; Валерий Евгеньевич Фидельман
Original assignee: Центр перспективных программ Военно-Морского Флота; Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2015-12-20
Also published as: RU2013132808A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: invention relates to antenna feeder devices and can be used to provide stable radio communication of fixed and mobile objects in any azimuthal direction. The circular antenna comprises a supply feeder, a power divider for dividing power by the number of log-periodic dipole antennae, the frequency range of each of which coincides with the operating frequency range of the antenna, connected to the supply feeder on one side and on the other side by additional cables with inputs of the log-periodic dipole antennae arranged in lateral faces of a conditional polygonal truncated pyramid with an even number of faces, and additionally used log-periodic dipole antennae, arranged in the horizontal plane outside the conditional pyramid, except the longest dipoles, which are simultaneously equal thereto by length and the used dipoles of the log-periodic dipole antennae, arranged in the faces of the conditional pyramid.

EFFECT: wider range of antenna properties in the horizontal plane and providing the required protective signal power to interference power radio in a wide frequency range.

3 dwg

Description

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно - к антеннам метрового и дециметрового диапазонов длин волн и может быть использовано для обеспечения радиосвязи стационарных и подвижных объектов в условиях воздействия радиопомех.The invention relates to antenna-feeder devices, namely, to antennas meter and decimeter wavelength ranges and can be used to provide radio communications of stationary and moving objects in the presence of radio interference.

Известны кольцевые антенны, предназначенные для формирования в азимутальной плоскости равномерных круговых диаграмм направленности, провалы в которых не превышают уровня 3 дБ /1, 2/. Однако указанные антенны отличаются работой в узком диапазоне частот - на резонансной частоте и вблизи ее окрестностей.Known ring antennas designed to form in the azimuthal plane of uniform circular radiation patterns, the dips in which do not exceed the level of 3 dB / 1, 2 /. However, these antennas differ in their operation in a narrow frequency range - at the resonant frequency and in the vicinity of its surroundings.

Существуют также кольцевые антенны, обеспечивающие формирование равномерных круговых диаграмм направленности (ДН) в азимутальной плоскости в широкополосном диапазоне частот /3/.There are also ring antennas that provide the formation of uniform circular radiation patterns (MD) in the azimuthal plane in the broadband frequency range / 3 /.

Кроме того, известны кольцевые антенны, формирующие специально искаженные круговые ДН в сторону приема полезных сигналов для обеспечения необходимого защитного отношения мощности сигнала к мощности помехи в радиолинии /4/.In addition, ring antennas are known that form specially distorted circular beams in the direction of receiving useful signals to provide the necessary protective ratio of signal power to interference power in the radio line / 4 /.

Прототипом изобретения является кольцевая антенна /4/, включающая в себя фидер питания, делитель мощности по количеству используемых логопериодических вибраторных антенн (ЛПВА), симметричные вибраторы, расположенные по сторонам кольцевого многоугольника, дополнительные кабели питания к входам этих симметричных вибраторов, собирательные линии и симметричные вибраторы различной длины, образующие ЛВПА, расположенных в плоскостях боковых поверхностей условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней. Причем нижнее многоугольное основание этой пирамиды совпадает с кольцевым многоугольником, а верхнее основание пирамиды, имеющее форму кольцевого многоугольника, имеет сторону, незначительно превышающую длину самого короткого из вибраторов ЛПВА.The prototype of the invention is a ring antenna / 4 /, which includes a power feeder, a power divider according to the number of log-periodic vibrator antennas (LPAA), symmetric vibrators located on the sides of the ring polygon, additional power cables to the inputs of these symmetric vibrators, collective lines and symmetric vibrators of different lengths, forming HDLA, located in the planes of the lateral surfaces of the conditional multifaceted truncated pyramid with an even number of faces. Moreover, the lower polygonal base of this pyramid coincides with the ring polygon, and the upper base of the pyramid, having the shape of a circular polygon, has a side slightly exceeding the length of the shortest of the LPVA vibrators.

Недостатком прототипа является то, что специально искаженная круговая ДН антенны обеспечивает требуемое защитное отношение Q_п (дБ) мощности сигнала к мощности помехи в выбранном азимутальном направлении только в ограниченном частотном диапазоне.The disadvantage of the prototype is that a specially distorted circular antenna bottom of the antenna provides the required protective ratio Q _p (dB) of signal power to interference power in the selected azimuthal direction only in a limited frequency range.

Поставленной задачей является разработка кольцевой антенны, позволяющей обеспечить высокие эксплуатационно-технические характеристики, увеличить устойчивость применения средств радиосвязи в сложной электромагнитной обстановке.The task is to develop a ring antenna that allows you to provide high operational and technical characteristics, to increase the stability of the use of radio communications in a complex electromagnetic environment.

Кольцевая антенна включает в себя фидер питания, делитель мощности на восемь, выполняемый их двух делителей на четыре и одного делителя на два, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя на восемь, подключаемые дополнительными кабелями питания к входам каждого из симметричных вибраторов, лежащих в основании условной пирамиды, которые служат также входами собирательных линий ЛВПА, а сами симметричные вибраторы с вибраторами ЛПВА образуют активные зоны возбуждения вибраторов и, соответственно, элементов кольцевого тока J в излучателе, при этом вибраторы ЛПВА располагаются в боковых поверхностях условной усеченной пирамиды для того, чтобы расстояние между концами смежных симметричных вибраторов в элементе кольцевого тока оставалось одинаковым в длинах волн, а также антенны типа ЛВПА, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды в выбранном азимутальном направлении на корреспондента φ=φ_а (град), при этом ее наибольший по геометрическим размерам вибратор является одновременно равным ему по длине вибратором ЛПВА, размещенной в боковой грани условной пирамиды.The ring antenna includes a power feeder, a power divider of eight, performed by two dividers of four and one divider of two, connected to the power feeder, common-mode outputs of the divider by eight, connected by additional power cables to the inputs of each of the symmetrical vibrators lying at the base conditional pyramids, which also serve as inputs of the LCVA collective lines, while the symmetric vibrators with the LPVA vibrators themselves form the active excitation zones of the vibrators and, accordingly, the elements of the ring current J in a radiator, while LPVA vibrators are located in the lateral surfaces of a conditional truncated pyramid so that the distance between the ends of adjacent symmetrical vibrators in the ring current element remains the same in wavelengths, as well as an antenna of the LCVA type located in a horizontal plane outside the conditional pyramid in the selected azimuthal direction to the correspondent φ = φ _а (city), while its largest geometrical vibrator is at the same time equal to its length by the LPVA vibrator located in the side face conditional pyramid.

Кольцевая антенна отличается от прототипа наличием антенны типа ЛВПА, расположенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, в выбранном азимутальном направлении на корреспондента, при этом наибольший вибратор ЛВПА является одновременно равным ему по длине вибратором ЛВПА, размещенной в одной из граней условной пирамиды с четным количеством граней. В приведенном варианте (фиг. 1) количество граней условной пирамиды равно восьми. При необходимости количество антенн типа ЛВПА, расположенных в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, может быть увеличено до максимального числа ее граней. Требование по четному количеству граней условной пирамиды обусловлено конструктивными особенностями делителей напряжения.The ring antenna differs from the prototype in the presence of an antenna of the LCVA type located in a horizontal plane outside the conditional pyramid, in the selected azimuthal direction to the correspondent, while the largest LCAA vibrator is simultaneously equal to it along the length of the LCAA vibrator located in one of the faces of the conventional pyramid with an even number of faces . In the above embodiment (Fig. 1), the number of faces of the conditional pyramid is eight. If necessary, the number of HDLA antennas located in a horizontal plane outside the conventional pyramid can be increased to the maximum number of its faces. The requirement for an even number of faces of the conditional pyramid is due to the design features of voltage dividers.

Наличие в кольцевой антенне фидера питания, делителя мощности по количеству ЛПВА, симметричных вибраторов, расположенных по сторонам нижнего кольцевого многоугольника условной пирамиды, дополнительных кабелей питания к входам симметричных вибраторов, ЛВПА, расположенных в плоскости боковой поверхности условной многогранной усеченной пирамиды с четным количеством граней, а также ЛВПА, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды в выбранном азимутальном направлении на корреспондента, при этом наибольший вибратор ЛПВА, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, одновременно является равным ему по геометрической длине вибратором ЛПВА, размещенной в гранях условной пирамиды, позволяет получить технический результат: расширение диапазонных свойств антенны в горизонтальной плоскости и обеспечение необходимого защитного отношения мощности сигнала к мощности помехи в расширенном диапазоне частот.The presence in the ring antenna of a power feeder, power divider by the number of LPVA, symmetric vibrators located on the sides of the lower ring polygon of the conditional pyramid, additional power cables to the inputs of symmetric vibrators, HDLA, located in the plane of the side surface of the conditional polyhedral truncated pyramid with an even number of faces, and also HDL located in a horizontal plane outside the conventional pyramid in the selected azimuthal direction to the correspondent, with the largest PL vibrator And, placed in a horizontal plane outside the conditional pyramid, at the same time it is equal to it in geometric length with an LPVA vibrator placed in the faces of the conditional pyramid, it allows to obtain the technical result: expanding the range properties of the antenna in the horizontal plane and providing the necessary protective ratio of signal power to interference power in the extended frequency range.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема кольцевой антенны; на фиг. 2 приведен пример ДН различных вариантов кольцевой антенны в азимутальной плоскости; на фиг. 3 показаны сравнительные частотные характеристики макетов кольцевой антенны и ее прототипа, полученные по итогам испытаний.In FIG. 1 is a schematic diagram of a ring antenna; in FIG. Figure 2 shows an example of DNs of various variants of a ring antenna in the azimuthal plane; in FIG. 3 shows the comparative frequency characteristics of the models of the ring antenna and its prototype, obtained from the test results.

Кольцевая антенна (фиг. 1) содержит фидер питания 1, делитель мощности на восемь 2, выполняемый из двух делителей на четыре и одного делителя на два, соединенный с фидером питания, синфазные выходы делителя на восемь, подключаемые дополнительными кабелями питания 3 к входам каждого из симметричных вибраторов 4, которые служат также входами собирательных линий ЛПВА, а сами симметричные вибраторы 4 с наименьшими по длине вибраторами ЛПВА 5 вместе с остальными вибраторами 6 образуют активные зоны возбуждения вибраторов и, соответственно, элементов кольцевого тока J в излучателе 7, при этом вибраторы ЛПВА 5 располагаются в боковых поверхностях условной усеченной пирамиды 8 для того, чтобы расстояние между концами смежных симметричных вибраторов в элементе кольцевого тока оставалось одинаковым в длинах волн, ЛВПА 9, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды в выбранном азимутальном направлении на корреспондента φ=φ_а (град), при этом в ЛПВА 9 ее наибольший по геометрическим размерам вибратор 10 является одновременно равным ему по длине вибратором первой ЛПВА, размещенной в первой боковой грани условной пирамиды.The ring antenna (Fig. 1) contains a power feeder 1, a power divider of eight 2, made of two dividers of four and one divider of two, connected to the power feeder, common-mode outputs of the divider of eight, connected by additional power cables 3 to the inputs of each of symmetric vibrators 4, which also serve as inputs of the LPVA collective lines, and the symmetric vibrators 4 with the smallest length of the LPVA vibrators 5, together with the rest of the vibrators 6, form the active excitation zones of the vibrators and, accordingly, the element ring current J in the emitter 7, while the LPVA vibrators 5 are located on the lateral surfaces of the conditional truncated pyramid 8 so that the distance between the ends of adjacent symmetrical vibrators in the ring current element remains the same in wavelengths, the HDL 9, located in a horizontal plane outside the conditional pyramids in the selected azimuthal direction to the correspondent φ = φ _а (degree), while in the LPVA 9 its largest geometrical vibrator 10 is simultaneously the same length vibrator of the first LPVA, the size nested in the first side face of the conditional pyramid.

Устройство работает следующим образом. При подведении высокочастотной энергии от передатчика к кольцевой антенне с помощью фидера питания 1 и составного делителя мощности на восемь 2 подводимая мощность сигнала делится равномерно и синфазно между его выходами. Дополнительными кабелями питания 3 деленная на восемь мощность сигнала подводится к входам восьми образованных ЛПВА и возбуждает их. По мере изменения частоты от нижних частот к верхним частотам рабочего диапазона синфазно в каждой ЛПВА 5 происходит последовательное возбуждение активных зон. Возбуждение вибраторов приводит к последовательному возбуждению элементов кольцевого тока по законам ЛПВА, в результате чего кольцевая антенна становится более широкополосной по диаграмме направленности, увеличивается ее согласование с питающим радиочастотным фидером. Для расширения диапазонных свойств кольцевой антенны в выбранном азимутальном направлении и обеспечения требуемого защитного отношения Q_п (дБ) используется антенна типа ЛПВА 9, наибольший по геометрическим размерам вибратор 10 которой одновременно является равным ему по длине вибратором ЛПВА 5, размещенной в одной из плоскостей условной усеченной пирамиды. При этом за счет появляющегося максимума диаграммы направленности в выбранном азимутальном направлении обеспечивается требуемое защитное отношение мощности сигнала к мощности радиопомехи на приеме, увеличивается энергетический потенциал радиолинии.The device operates as follows. When applying high-frequency energy from the transmitter to the ring antenna using a power feeder 1 and a composite power divider by eight 2, the input signal power is divided evenly and in phase between its outputs. Additional power cables 3 divided by eight signal power is supplied to the inputs of eight formed LPVA and excites them. As the frequency changes from lower frequencies to higher frequencies of the operating range, in series in each LPVA 5, successive excitation of active zones occurs. The excitation of vibrators leads to sequential excitation of the elements of the ring current according to the laws of LPAA, as a result of which the ring antenna becomes more broadband in the radiation pattern, its matching with the power RF feeder increases. To expand the range properties of the ring antenna in the selected azimuthal direction and provide the required protection ratio Q _p (dB), an antenna of the LPAA type 9 is used, the largest vibrator 10 of which is simultaneously equal in length to the length of the LPAA vibrator 5, placed in one of the planes the pyramids. In this case, due to the appearing maximum of the radiation pattern in the selected azimuthal direction, the required protective ratio of the signal power to the radio interference power at the reception is ensured, the energy potential of the radio line increases.

Изменяя размеры наибольших вибраторов антенны типа ЛПВА 9, размещенной в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, и, соответственно, места их подключения к вибраторам аналогичных размеров ЛПВА, размещенной в одной из граней условной пирамиды, можно регулировать диапазонные свойства кольцевой антенны в выбранном азимутальном направлении на корреспондента.By changing the sizes of the largest vibrators of the antenna of the LPVA 9 type, placed in a horizontal plane outside the conditional pyramid, and, accordingly, the places of their connection to vibrators of similar sizes of the LPVA placed in one of the faces of the conditional pyramid, it is possible to adjust the range properties of the ring antenna in the selected azimuth direction to the correspondent .

На фиг. 2 приведен пример ДН кольцевой антенны в азимутальной плоскости (представлена непрерывной линией). При этом количество введенных в горизонтальной плоскости и выбранных азимутальных направлениях φ₁ и φ₂ антенн типа ЛВПА равно двум. Поскольку число граней условной пирамиды равно восьми, то возможно введение еще до шести антенн типа ЛВПА в горизонтальной плоскости в выделенных азимутальных направлениях, не совпадающих с направлением источника радиопомехи φ_п. Дополнительные изменения в ДН кольцевой антенны в этом случае отмечены прерывистыми линиями.In FIG. Figure 2 shows an example of a DN of a ring antenna in the azimuthal plane (represented by a continuous line). In this case, the number of antennas of the HDLA type introduced in the horizontal plane and selected azimuthal directions φ ₁ and φ ₂ is equal to two. Since the number of faces of the conditional pyramid is eight, it is possible to introduce up to six HDLA antennas in the horizontal plane in the selected azimuthal directions, which do not coincide with the direction of the radio noise source φ _n. Additional changes in the bottom of the ring antenna in this case are indicated by broken lines.

На фиг. 3 приведены экспериментально полученные частотные характеристики изготовленных макетов кольцевой антенны и ее прототипа. Так, например, при защитном отношении мощности сигнала к мощности помехи в выделенном азимутальном направлении Q_{п тр (вн)}=33 дБ и рабочем диапазоне частот 100-1450 МГц установлено, что диапазонные свойства кольцевой антенны в выделенном направлении ΔF_{устр(вн)} увеличились в нижней части рабочего диапазона частот на 130-150 МГц, а в верхней части рабочего диапазона частот на 180-200 МГц по сравнению с прототипом.In FIG. 3 shows the experimentally obtained frequency characteristics of the fabricated models of the ring antenna and its prototype. So, for example, with a protective ratio of signal power to interference power in the selected azimuthal direction Q _{p tr (vn)} = 33 dB and an operating frequency range of 100-1450 MHz, it was found that the range properties of the ring antenna in the allocated direction ΔF _{device (vn)} increased in the lower part of the working frequency range of 130-150 MHz, and the upper part of the working frequency range of 180-200 MHz in comparison with the prototype.

Таким образом, решена задача по разработке кольцевой антенны, обеспечивающей расширение диапазонных свойств в горизонтальной плоскости и обеспечение необходимого защитного отношения мощности сигнала к мощности помехи в расширенном диапазоне частот.Thus, the problem of developing a ring antenna that provides the extension of range properties in the horizontal plane and the necessary protective ratio of signal power to interference power in an extended frequency range is solved.

Источники информацииInformation sources

1. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенны. М.: Советское радио, 1961, с. 219, 313, рис. Х.15, Х.16.1. Drabkin A.L., Zuzenko V.L. Antennas M .: Soviet Radio, 1961, p. 219, 313, fig. X.15, X.16.

2. Мейнке X., Гудлах Ф.В. Радиотехнический справочник, т. 1, М.: Госэнергоиздат, 1961, рис. 9 - 109а, 9 - 109б, 9 - 109в.2. Meinke X., Goodluch F.V. Radio engineering reference book, t. 1, M .: Gosenergoizdat, 1961, fig. 9 - 109a, 9 - 109b, 9 - 109c.

3. Патент РФ №2191451 «Кольцевая антенна». Описание изобретения к патенту РФ, 2002.3. RF patent No. 2191451 "Ring antenna". Description of the invention to the patent of the Russian Federation, 2002.

4. Патент РФ №2346364 «Кольцевая антенна». Описание изобретения к патенту РФ, 2009 (прототип).4. RF patent No. 2346364 "Ring antenna". Description of the invention to the patent of the Russian Federation, 2009 (prototype).

Claims

Кольцевая антенна, содержащая фидер питания, делитель мощности на число логопериодических вибраторных антенн, диапазон частот каждой из которых совпадает с диапазоном частот работы антенны, соединенный с фидером питания с одной стороны и с другой стороны дополнительными кабелями с входами логопериодических вибраторных антенн, размещенных в боковых поверхностях-гранях условной многоугольной усеченной пирамиды с четным количеством граней, отличающаяся тем, что в составе кольцевой антенны применяются логопериодические вибраторные антенны, расположенные в горизонтальной плоскости вне условной пирамиды, за исключением самых длинных вибраторов, одновременно являющихся равными им по длине и используемыми вибраторами логопериодических вибраторных антенн, размещенных в гранях условной пирамиды. A ring antenna containing a power feeder, a power divider by the number of log-periodic vibrator antennas, the frequency range of each of which coincides with the frequency range of the antenna, connected to the power feeder on the one hand and on the other hand by additional cables with inputs of log-periodic vibrator antennas located in the side surfaces -facets of a conditional polygonal truncated pyramid with an even number of faces, characterized in that log-periodic vibrator an enny disposed in a horizontal plane is conditional pyramid except for the longest vibrators while they are equal in length and are used vibrators log-periodic dipole antennas, placed in a conventional pyramid faces.