RU2629893C1 - Super-wide band antenna for the dmv2 range - Google Patents

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: device contains three radiating elements (RE) located on one longitudinal axis oriented vertically, and a coaxial cable (CC). The first lower RE is in the form of an inverted glass. The second RE is made in the form of a glass turned by its bottom to the bottom of the inverted glass of the first lower IE. The third RE is a rod made of cylindrical, the lower end of which is connected to the bottom of the glass of the second IE, and the upper end is located outside this glass. The CC is passed inside the inverted glass of the first lower RE, its braid is connected to the bottom of the inverted glass, and its central core through the hole in the bottom of the inverted cup is connected to the bottom of the glass of the second RE. The rod of the third RE is made stepwise. The step is located inside the glass of the second RE. The glass of the second RE is made smaller than the length of the inverted glass of the first lower RE.

EFFECT: achieving the maximum possible overlap in frequency, providing a directional pattern without crushing the main lobe, higher gain in the direction of the horizon, reducing the longitudinal dimensions and simplifying the design.

1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к широкополосным антеннам приемопередающих устройств для связи между стационарными объектами или наземными объектами с изменяющимся во времени их взаимным расположением, функционирующих в диапазоне 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 broadband antennas of transceiver devices for communication between stationary objects or ground objects with a time-varying relative position thereof, operating in the DMV2 range. In addition, the invention relates to antennas with vertical polarization and a circular radiation pattern in the horizontal plane.

Известны антенны диапазона ДМВ2, использующие несимметричный вибратор с широкополосным согласующим устройством в основании, например, антенны MVDP500X6 фирмы Hascall-Denke (США), WB525G фирмы COJOT (Финляндия), AD-64/A фирмы TRIVAL ANTENE (Словения), RF-3186-АТ320 фирмы HARRIS (США). Наиболее полно технические характеристики приведены для антенны MVDP500X6 фирмы Hascall-Denke: коэффициент стоячей волны КСВ в диапазоне рабочих частот антенны составляет не более 3,0; коэффициент усиления Ку находится в пределах от -1,5 до 2,5 dBi. Необходимо отметить, что Ку приведен не в направлении горизонта, а в направлении максимального усиления, что следует из графика, приведенного в спецификации, на котором в направлении горизонта виден «провал» Ку более -10 dBi на частоте 2450 МГц. На практике для получения необходимой дальности связи важен Ку именно в направлении горизонта.Antennas of the DMV2 range are known that use an asymmetric vibrator with a broadband matching device at the base, for example, antennas MVDP500X6 from Hascall-Denke (USA), WB525G from COJOT (Finland), AD-64 / A from TRIVAL ANTENE (Slovenia), RF-3186- AT320 company HARRIS (USA). The most complete specifications are given for the Hascall-Denke MVDP500X6 antenna: SWR standing wave coefficient in the antenna operating frequency range is not more than 3.0; gain Ku ranges from -1.5 to 2.5 dBi. It should be noted that Ku is not shown in the direction of the horizon, but in the direction of maximum gain, which follows from the schedule given in the specification, in which the “dip” of Ku is seen in the horizon direction of more than -10 dBi at a frequency of 2450 MHz. In practice, in order to obtain the necessary communication range, Ku is important precisely in the direction of the horizon.

Несимметричный вибратор с широкополосным согласующим устройством в основании может быть небольшого диаметра, но имеет небольшой коэффициент перекрытия по частотному диапазону без дробления диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Кроме того, неизбежны дополнительные потери в широкополосном согласующем устройстве.An asymmetric vibrator with a broadband matching device at the base can be of small diameter, but has a small overlap coefficient in the frequency range without splitting the radiation pattern in the vertical plane. In addition, additional losses in the broadband matching device are inevitable.

Использование дипольных схем, построенных с использованием коаксиальных излучателей цилиндрической формы, известно давно, например из патентов США US 2462865 (опубликован 01.03.1949; МПК Н01Р 5/02, H01Q 9/16) и US 3100893 (опубликован 13.08.1963; МПК H01Q 9/14, H01Q 9/18).The use of dipole circuits constructed using coaxial cylindrical emitters has long been known, for example, from US patents US 2462865 (published 01.03.1949; IPC H01P 5/02, H01Q 9/16) and US 3100893 (published 13.08.1963; IPC H01Q 9 / 14, H01Q 9/18).

Также известно использование перевернутого стакана цилиндрической формы в качестве нижнего плеча диполя, например из патента США US 6215451 стержень, выполненный цилиндрическим. Один конец стержня соединен с днищем стакана второго излучающего элемента 2, а другой его конец расположен снаружи стакана второго излучающего элемента 2. Коаксиальный кабель 4 пропущен внутри перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1. Оплетка коаксиального кабеля 4 соединена с днищем перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1, а его центральная жила через отверстие в днище перевернутого стакана соединена с днищем стакана второго излучающего элемента 2.It is also known to use an inverted cup of cylindrical shape as the lower arm of a dipole, for example, from US Pat. No. 6,215,451, a rod made cylindrical. One end of the rod is connected to the bottom of the cup of the second radiating element 2, and the other end is located outside the cup of the second radiating element 2. Coaxial cable 4 is passed inside the inverted cup of the first lower radiating element 1. The braid of the coaxial cable 4 is connected to the bottom of the inverted cup of the first lower radiating element 1, and its central core through an opening in the bottom of the inverted glass is connected to the bottom of the glass of the second radiating element 2.

Стержень третьего излучающего элемента 3 выполнен ступенчатым. Ступенька 5 расположена внутри стакана второго излучающего элемента 2. Длина стакана второго излучающего элемента 2 выполнена меньшей, чем длина перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1.The rod of the third radiating element 3 is made stepped. Step 5 is located inside the glass of the second radiating element 2. The length of the glass of the second radiating element 2 is made smaller than the length of the inverted glass of the first lower radiating element 1.

Дополнительно может быть введен коаксиальный разъем 6, подсоединенный к концу коаксиального кабеля 4, выведенного наружу перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1.Additionally, a coaxial connector 6 may be inserted connected to the end of the coaxial cable 4 brought out of the inverted cup of the first lower radiating element 1.

Работает широкополосная антенна следующим образом.A broadband antenna operates as follows.

Устройство представляет собой несимметричный вертикальный диполь. Антенна выполнена в виде системы внешних и внутренних излучателей, по которым распределяются токи в зависимости от частоты. Кроме того, третий излучающий элемент 3, стержень, имеет ступенчатую конструкцию, что дополнительно улучшает диаграмму направленности, которая получается без дробления главного лепестка.The device is an asymmetric vertical dipole. The antenna is made in the form of a system of external and internal radiators, according to which currents are distributed depending on the frequency. In addition, the third radiating element 3, the rod, has a stepped design, which further improves the radiation pattern, which is obtained without crushing the main lobe.

Коаксиальный кабель 4 от входного разъема 2 проходит внутри первого нижнего излучающего элемента 1, являющегося нижним плечом несимметричного диполя.Coaxial cable 4 from the input connector 2 passes inside the first lower radiating element 1, which is the lower arm of the asymmetric dipole.

Оплетка коаксиального кабеля 4 присоединяется к днищу (внутри) перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента 1, а центральная жила коаксиального кабеля 4 в изоляции проходит через отверстие в днище указанного перевернутого стакана и присоединяется к днищу стакана второго излучающего элемента 2, являющегося частью верхнего плеча несимметричного диполя.The braid of the coaxial cable 4 is attached to the bottom (inside) of the inverted cup of the first lower radiating element 1, and the central core of the coaxial cable 4 in isolation passes through the hole in the bottom of the specified inverted cup and is attached to the bottom of the cup of the second radiating element 2, which is part of the upper arm of the asymmetric dipole .

Один конец стержня со ступенькой 5 третьего излучающего элемента 3 соединен с днищем стакана второго излучающего элемента 2, а другой его конец выведен наружу.One end of the rod with a step 5 of the third radiating element 3 is connected to the bottom of the glass of the second radiating element 2, and the other end is brought out.

В высокочастотной части диапазона частот основным излучателем является более короткий стакан второго излучающего элемента 2. В низкочастотной части «работает», в основном третий излучающий элемент 3 - стержень со ступенькой 5. 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 диапазона. Кроме того, этой же цели служит ступенчатая конструкция третьего излучающего элемента 3, которая уменьшает эффект появления противофазных токов, когда длина излучателя превышает половину длины волны.In the high-frequency part of the frequency range, the main emitter is a shorter cup of the second radiating element 2. In the low-frequency part, it “works”, basically the third radiating element 3 is a rod with a step 5. Dividing the radiator along two parallel coaxial elements not only extends the operating frequency range , but also allows to significantly reduce the fragmentation of the main lobe of the radiation pattern in the high-frequency part of the range. In addition, the stepped design of the third radiating element 3 serves the same purpose, which reduces the effect of the appearance of out-of-phase currents when the emitter length exceeds half the wavelength.

Диаметры первого нижнего излучающего элемента 1 и второго излучающего элемента 2 выбираются минимально достаточными для получения заданной полосы рабочих частот. Длина первого нижнего излучающего элемента 1 выбирается примерно на 50% большей, чем длина второго излучающего элемента 4.The diameters of the first lower radiating element 1 and the second radiating element 2 are selected minimally sufficient to obtain a given band of operating frequencies. The length of the first lower radiating element 1 is selected approximately 50% greater than the length of the second radiating element 4.

Ближайший аналог согласно US 2014247193 описывает антенну, которая работает в диапазоне UHF, то есть между 300 и 3000 МГц, однако ширина именно рабочей полосы частот антенны-аналога лишь 4-кратная (как следует из фигуры 4В), например, от 300 до 1200 МГц или от 500 до 2000 МГц.The closest analogue according to US 2014247193 describes an antenna that operates in the UHF band, that is, between 300 and 3000 MHz, however, the working frequency band of the analog antenna is only 4 times (as follows from Figure 4B), for example, from 300 to 1200 MHz or from 500 to 2000 MHz.

Предлагаемая в настоящем изобретении антенна имеет 5-кратную ширину рабочего диапазона без дробления главного лепестка, а если его не учитывать, то гораздо шире - от 400 до 2800 МГц. Отсутствие дробления главного лепестка диаграммы направленности обеспечивается ступенчатым стержнем третьего излучающего элемента 3, расположенным коаксиально в верхнем стакане второго излучающего элемента 2. Кроме того, сверхширокополосная антенна диапазона ДМВ2 обеспечивает КСВ не более 3,0 в диапазоне рабочих частот от 500 до 2500 МГц и Ку от минус 2 до 3 дБ в направлении горизонта.The antenna proposed in the present invention has a 5-fold working range width without crushing the main lobe, and if it is not taken into account, it is much wider from 400 to 2800 MHz. The absence of crushing of the main lobe of the radiation pattern is ensured by a stepped rod of the third radiating element 3 located coaxially in the upper glass of the second radiating element 2. In addition, the ultra-wideband antenna of the DMV2 range provides an SWR of no more than 3.0 in the operating frequency range from 500 to 2500 MHz and Ku from minus 2 to 3 dB in the horizontal direction.

Наиболее успешно заявленная сверхширокополосная антенна диапазона ДМВ2 промышленно применима для связи между стационарными объектами или подвижными объектами, например передвижными радиостанциями.The most successfully declared ultra-wideband antenna of the DMV2 range is industrially applicable for communication between stationary objects or mobile objects, for example, mobile radio stations.

Claims (1)

Широкополосная антенна, содержащая три излучающих элемента, расположенных на одной продольной оси, ориентированной вертикально, и коаксиальный кабель, причем первый нижний излучающий элемент выполнен в виде перевернутого стакана, второй излучающий элемент выполнен в виде стакана, обращенного своим днищем к днищу перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента, третий излучающий элемент - стержень, выполненный цилиндрическим, один конец которого, нижний, соединен с днищем стакана второго излучающего элемента, а другой конец, верхний, расположен снаружи этого стакана, коаксиальный кабель пропущен внутри перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента, оплетка коаксиального кабеля соединена с днищем перевернутого стакана, а центральная жила коаксиального кабеля через отверстие в днище перевернутого стакана соединена с днищем стакана второго излучающего элемента, отличающаяся тем, что стержень выполнен ступенчатым, причем ступенька расположена внутри стакана второго излучающего элемента, и длина стакана второго излучающего элемента выполнена меньшей, чем длина перевернутого стакана первого нижнего излучающего элемента.A broadband antenna containing three radiating elements located on one longitudinal axis oriented vertically, and a coaxial cable, the first lower radiating element is made in the form of an inverted cup, the second radiating element is made in the form of a cup facing its bottom to the bottom of the inverted cup of the first lower radiating element, the third radiating element is a rod made cylindrical, one end of which, the lower, is connected to the bottom of the glass of the second radiating element, and the other end the upper one is located outside this cup, the coaxial cable is passed inside the inverted cup of the first lower radiating element, the braid of the coaxial cable is connected to the bottom of the inverted cup, and the central core of the coaxial cable through the hole in the bottom of the inverted cup is connected to the bottom of the cup of the second radiating element, characterized in that the rod is made stepped, and the step is located inside the glass of the second radiating element, and the length of the glass of the second radiating element shorter than the length of the inverted cup first lower radiating element.

Images