RU2739868C1

RU2739868C1 - Annular slot antenna

Info

Publication number: RU2739868C1
Application number: RU2020117706A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Вертей; Михаил Иванович Мигачев; Константин Васильевич Троцюк
Priority date: 2020-05-18
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2020-12-29

Abstract

FIELD: radio equipment.

SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used as transceiving antennas of various radio systems, for example, on mobile objects. Annular slot antenna comprises coaxially installed hollow metal outer cylinder, metal screen made in form of cylinder with closed end, and a hollow metal inner cylinder, first and second conductive rings, first, second, third and fourth feed points. First conducting ring connects end faces of the external cylinder, the screen and the internal cylinder. Another end of the inner cylinder is connected to the shield by means of the second conducting ring. First, second, third and fourth supply points are located on the inner side surface of the screen. Second feed point is radially displaced relative to first feed point by 90°. Third and the fourth feed points are located diametrically opposite to the first and second feed points, respectively. First, second, third and fourth feed points are respectively connected to first, second, third and fourth coaxial connectors, central conductors of which are elongated and connected to outer cylinder.

EFFECT: technical result consists in emitting a field with circular polarization and simplifying the design.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, например, на подвижных объектах.The invention relates to the field of radio engineering and can be used as transceiver antennas of various radio engineering systems, for example, on mobile objects.

Известна антенна (патент SU №1806430 приоритет от 24.05.1990. «Антенна», авторы: Бычкова Л.В., Князев С.Т., Нечаев Ю.Б., Шабунин С.Н., МПК: H01Q 13/10, опубликовано 30.03.1993, бюл. №12), содержащая соосно расположенные металлический цилиндрический экран, первую кольцевую металлическую пластину, первый короткозамыкатель, соединяющий один край первой кольцевой металлической пластины с металлическим цилиндрическим экраном, коаксиальный соединитель, внутренний проводник которого подключен к первой кольцевой металлической пластине, а внешний - к металлическому цилиндрическому экрану, вторую кольцевую металлическую пластину, размещенную над первой соосно с ней, и второй короткозамыкатель, соединяющий край второй кольцевой металлической пластины, ближайший к свободному краю первой кольцевой металлической пластины, с металлическим экраном.Known antenna (patent SU No. 1806430 priority from 24.05.1990. "Antenna", authors: Bychkova L.V., Knyazev S.T., Nechaev Yu.B., Shabunin S.N., IPC: H01Q 13/10, published 03/30/1993, bul. No. 12), containing coaxially arranged metal cylindrical shield, the first annular metal plate, the first short-circuiter connecting one edge of the first annular metal plate with the metal cylindrical screen, a coaxial connector, the inner conductor of which is connected to the first annular metal plate , and the outer one - to the metal cylindrical screen, the second annular metal plate located above the first coaxially with it, and the second short-circuit connector connecting the edge of the second annular metal plate closest to the free edge of the first annular metal plate with the metal screen.

Недостатками известной антенны являются невозможность работы в режиме излучения поля с круговой поляризацией и сложность конструкции.The disadvantages of the known antenna are the impossibility of operating in the field radiation mode with circular polarization and the complexity of the design.

Известна кольцевая щелевая антенна (патент РФ №2593422 приоритет от 15.05.2015, «Кольцевая щелевая антенна» авторы: Вертей С.В., Мигачев М.И., МПК: H03Q 13/10, опубликовано 10.08.2016, бюл. №22), содержащая коаксиально расположенные полые металлические внешний и внутренний закрытый с одного конца цилиндры, проводящее кольцо, первый и второй коаксиальные соединители, первая и вторая точки питания, первый и второй проводящие штыри. Проводящее кольцо соединяет цилиндры и установлено со стороны открытого торца внутреннего цилиндра в полости, образованной между внешним и внутренним цилиндрами. Первая и вторая точки питания расположены на внутренней боковой поверхности внутреннего цилиндра. Вторая точка питания радиально смещена относительно первой точки питания на 90°. К первой точке питания подключен первый коаксиальный соединитель, центральный проводник которого удлинен в образованную полость и соединен с внешним цилиндром. Ко второй точке питания подключен второй коаксиальный соединитель, центральный проводник которого удлинен в образованную полость и соединен с внешним цилиндром. Первый и второй проводящие штыри установлены в образованную полость и соединяют внешний и внутренний цилиндры соответственно. Точки соединения первого и второго штырей с цилиндрами расположены диаметрально противоположно первой и второй точкам питания соответственно. Данная кольцевая щелевая антенна является наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению.Known annular slot antenna (RF patent No. 2593422 priority dated 05/15/2015, "Ring slot antenna" authors: Vertey S.V., Migachev M.I., IPC: H03Q 13/10, published 10.08.2016, bull. No. 22 ), containing coaxially located hollow metal outer and inner cylinders closed at one end, a conductive ring, first and second coaxial connectors, first and second power points, first and second conductive pins. The conductive ring connects the cylinders and is installed on the side of the open end of the inner cylinder in the cavity formed between the outer and inner cylinders. The first and second feed points are located on the inner side surface of the inner cylinder. The second feed point is radially offset from the first feed point by 90 °. A first coaxial connector is connected to the first feed point, the central conductor of which is extended into the formed cavity and connected to the outer cylinder. A second coaxial connector is connected to the second feed point, the central conductor of which is extended into the formed cavity and connected to the outer cylinder. The first and second conductive pins are installed in the formed cavity and connect the outer and inner cylinders, respectively. The connection points of the first and second pins with the cylinders are located diametrically opposite to the first and second feed points, respectively. This annular slot antenna is the closest analogue to the claimed invention.

Недостатками данной антенны являются невозможность работы антенны в режиме осевого излучения с круговой поляризацией и большие продольные габариты.The disadvantages of this antenna are the impossibility of operating the antenna in the mode of axial radiation with circular polarization and large longitudinal dimensions.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание антенны, способной излучать поле круговой поляризации и уменьшение продольных габаритов антенны.The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of an antenna capable of emitting a circular polarization field and reducing the longitudinal dimensions of the antenna.

Достигаемыми техническими результатами являются излучение поля с круговой поляризацией и упрощение конструкции.The achieved technical results are radiation of the field with circular polarization and design simplification.

Данные технические результаты достигаются тем, что в кольцевой щелевой антенне, содержащей полый металлический внешний цилиндр, внутри которого соосно расположен металлический экран, выполненный в виде цилиндра с закрытым торцом, первое проводящее кольцо, первую и вторую точки питания, расположенные на внутренней боковой поверхности экрана или внешней боковой поверхности внешнего цилиндра и к которым подключены соответственно первый и второй коаксиальные соединители, центральные проводники которых удлинены и соединены соответственно с внешним цилиндром или экраном, при этом вторая точка питания радиально смещена относительно первой точки питания на 90°, новым является то, что дополнительно введены полый металлический внутренний цилиндр и второе проводящее кольцо, при этом внутренний цилиндр установлен внутри и соосно экрану, первое проводящее кольцо установлено со стороны открытого торца экрана и соединено с торцами внешнего цилиндра, экрана и внутреннего цилиндра, другой торец которого соединен с экраном посредством второго проводящего кольца, дополнительно введены третья и четвертая точки питания, к которым подключены соответственно третий и четвертый коаксиальные соединители, при этом третий и четвертый соединители расположены на внутренней боковой поверхности металлического экрана или внешней боковой поверхности внешнего металлического цилиндра, центральные проводники третьего и четвертого коаксиальных соединителей удлинены и соединены соответственно с внешним металлическим цилиндром или металлическим экраном, при этом третья и четвертая точки питания расположены диаметрально противоположно первой и второй точкам питания соответственно.These technical results are achieved by the fact that in an annular slot antenna containing a hollow metal outer cylinder, inside which a metal shield made in the form of a cylinder with a closed end is located coaxially, the first conducting ring, the first and second feed points located on the inner side surface of the shield or the outer side surface of the outer cylinder and to which, respectively, the first and second coaxial connectors are connected, the central conductors of which are lengthened and connected, respectively, to the outer cylinder or screen, while the second feed point is radially displaced relative to the first feed point by 90 °, new is that additionally a hollow metal inner cylinder and a second conducting ring are introduced, while the inner cylinder is installed inside and coaxially with the screen, the first conducting ring is installed on the side of the open end of the screen and is connected to the ends of the outer cylinder, screen and inner cylinder, the other end of which o is connected to the screen by means of the second conductive ring, the third and fourth power points are additionally introduced, to which the third and fourth coaxial connectors are connected, respectively, while the third and fourth connectors are located on the inner side surface of the metal screen or the outer side surface of the outer metal cylinder, the central conductors the third and fourth coaxial connectors are elongated and connected, respectively, to an outer metal cylinder or metal shield, with the third and fourth feed points located diametrically opposite the first and second feed points, respectively.

За счет введения третьей и четвертой точек питания и их расположения диаметрально противоположно первой и второй точкам питания, позволяет обеспечить работу антенны в режиме осевого излучения с круговой поляризацией. Введение полого металлического внутреннего цилиндра и второго проводящего кольца, при том что, внутренний цилиндр установлен внутри и соосно экрану, первое проводящее кольцо установлено со стороны открытого торца экрана и соединено с торцами внешнего цилиндра, экрана и внутреннего цилиндра, другой торец которого соединен с экраном посредством второго проводящего кольца, позволяет сократить резонансный размер антенны, тем самым уменьшив ее продольные габариты.Due to the introduction of the third and fourth feed points and their location diametrically opposite to the first and second feed points, it allows the antenna to operate in the mode of axial radiation with circular polarization. Introduction of a hollow metal inner cylinder and a second conducting ring, while the inner cylinder is installed inside and coaxially with the screen, the first conducting ring is installed on the side of the open end of the screen and is connected to the ends of the outer cylinder, screen and inner cylinder, the other end of which is connected to the screen by the second conductive ring, allows you to reduce the resonant size of the antenna, thereby reducing its longitudinal dimensions.

На фиг. 1 представлен вариант выполнения кольцевой щелевой антенны. На фиг. 2 представлено продольное сечение кольцевой щелевой антенны.FIG. 1 shows an embodiment of an annular slot antenna. FIG. 2 shows a longitudinal section of an annular slot antenna.

Кольцевая щелевая антенна (фиг. 1 и фиг. 2) содержит полый металлический внешний цилиндр 1, металлический экран 2, полый металлический внутренний цилиндр 3, первое 4 и второе 5 проводящие кольца, первую 6 (на фиг. 2 не показана), вторую 7, третью 8 и четвертую 9 точки питания.The annular slot antenna (Fig. 1 and Fig. 2) contains a hollow metal outer cylinder 1, a metal shield 2, a hollow metal inner cylinder 3, the first 4 and second 5 conducting rings, the first 6 (not shown in Fig. 2), the second 7 , third 8 and fourth 9 food points.

Металлический экран 2 выполнен в виде цилиндра с закрытым торцом, при этом внешний цилиндр 1, экран 2 и внутренний цилиндр 3 расположены коаксиально.The metal shield 2 is made in the form of a cylinder with a closed end, while the outer cylinder 1, the shield 2 and the inner cylinder 3 are arranged coaxially.

Первое проводящее кольцо 4 установлено со стороны открытого торца экрана 2 и соединено с торцами внешнего цилиндра 1, экрана 2 и внутреннего цилиндра 3. Другой торец внутреннего цилиндра 3 посредством второго проводящего кольца 5 соединен с экраном 2.The first conducting ring 4 is installed on the side of the open end of the screen 2 and is connected to the ends of the outer cylinder 1, the screen 2 and the inner cylinder 3. The other end of the inner cylinder 3 is connected to the screen 2 by means of the second conducting ring 5.

Первая 6, вторая 7, третья 8 и четвертая 9 точки питания расположены на внутренней боковой поверхности экрана 2. Вторая точка питания 7 радиально смещена относительно первой точки питания 6 на 90°. Третья 8 и четвертая 9 точки питания расположены диаметрально противоположно первой 6 и второй 7 точкам питания соответственно. К первой 6, второй 7, третьей 8 и четвертой 9 точкам питания подключены соответственно первый, второй, третий и четвертый коаксиальные соединители. Центральный проводник каждого коаксиального соединителя 6 (7, 8, 9) удлинен и соединен с внешним цилиндром 1.The first 6, second 7, third 8 and fourth 9 feed points are located on the inner side surface of the screen 2. The second feed point 7 is radially offset from the first feed point 6 by 90 °. The third 8 and fourth 9 feed points are located diametrically opposite the first 6 and second 7 feed points, respectively. First, second, third and fourth coaxial connectors are connected to the first 6, second 7, third 8 and fourth 9 power points, respectively. The center conductor of each coaxial connector 6 (7, 8, 9) is extended and connected to the outer cylinder 1.

Кольцевая щелевая антенна работает следующим образом.The ring slit antenna works as follows.

Сигналы по коаксиальным кабелям питания подаются на коаксиальные соединители 6, 7, 8 и 9 соответственно. Производят возбуждение точек питания 6, 7, 8, 9 равноамплитудными сигналами с фазами соответственно 0°, 90°, 180°, 270°. При длине резонатора, образованным внешним цилиндром 1, металлическим экраном 2, внутренним цилиндром 3, первым 4 и вторым 5 проводящим кольцами, выбрать равной λ_В/4, где λ_В - длина волны в резонаторе для волны типа Н₁, то напряжение в щели между внешним цилиндром 1 и экраном 2 (без учета высших типов волн) будет изменяться по закону бегущей волны. Кольцевая щелевая антенна с бегущей волной напряжения будет излучать вдоль своей оси электромагнитное поле круговой поляризации.Signals from the coaxial power cables are fed to coaxial connectors 6, 7, 8, and 9, respectively. Power points 6, 7, 8, 9 are excited with equal-amplitude signals with phases of 0 °, 90 °, 180 °, 270 °, respectively. With the length of the resonator formed by the outer cylinder 1, the metal screen 2, the inner cylinder 3, the first 4 and the second 5 conducting rings, choose equal to λ _V / 4, where λ _B is the wavelength in the resonator for a wave of type H ₁ , then the voltage in the slot between the outer cylinder 1 and the screen 2 (without taking into account the higher types of waves) will change according to the law of a traveling wave. An annular slot antenna with a traveling voltage wave will emit an electromagnetic field of circular polarization along its axis.

Таким образом, использование заявляемой кольцевой щелевой антенны позволяет уменьшить продольный размер антенны и обеспечить излучение поля с круговой поляризацией.Thus, the use of the inventive ring slot antenna allows you to reduce the longitudinal size of the antenna and ensure the radiation of a circularly polarized field.

Claims

Кольцевая щелевая антенна, содержащая полый металлический внешний цилиндр, внутри которого соосно расположен металлический экран, выполненный в виде цилиндра с закрытым торцом, первое проводящее кольцо, первую и вторую точки питания, расположенные на внутренней боковой поверхности экрана или внешней боковой поверхности внешнего цилиндра и к которым подключены соответственно первый и второй коаксиальные соединители, центральные проводники которых удлинены и соединены соответственно с внешним цилиндром или экраном, при этом вторая точка питания радиально смещена относительно первой точки питания на 90°, отличающаяся тем, что дополнительно введены полый металлический внутренний цилиндр и второе проводящее кольцо, при этом внутренний цилиндр установлен внутри и соосно экрану, первое проводящее кольцо установлено со стороны открытого торца экрана и соединено с торцами внешнего цилиндра, экрана и внутреннего цилиндра, другой торец которого соединен с экраном посредством второго проводящего кольца, дополнительно введены третья и четвертая точки питания, к которым подключены соответственно третий и четвертый коаксиальные соединители, при этом третий и четвертый соединители расположены на внутренней боковой поверхности металлического экрана или внешней боковой поверхности внешнего металлического цилиндра, центральные проводники третьего и четвертого коаксиальных соединителей удлинены и соединены соответственно с внешним металлическим цилиндром или металлическим экраном, при этом третья и четвертая точки питания расположены диаметрально противоположно первой и второй точкам питания соответственно.An annular slit antenna containing a hollow metal outer cylinder, inside which a metal screen made in the form of a cylinder with a closed end is located coaxially, a first conducting ring, first and second feed points located on the inner side surface of the screen or the outer side surface of the outer cylinder and to which the first and second coaxial connectors are connected, respectively, the central conductors of which are lengthened and connected, respectively, to the outer cylinder or screen, while the second feed point is radially displaced relative to the first feed point by 90 °, characterized in that a hollow metal inner cylinder and a second conductive ring are additionally introduced , while the inner cylinder is installed inside and coaxially with the screen, the first conducting ring is installed on the side of the open end of the screen and is connected to the ends of the outer cylinder, screen and inner cylinder, the other end of which is connected to the screen by means of the second conductive to rings, the third and fourth power points are additionally introduced, to which the third and fourth coaxial connectors are connected, respectively, while the third and fourth connectors are located on the inner side surface of the metal shield or the outer side surface of the outer metal cylinder, the central conductors of the third and fourth coaxial connectors are lengthened and are connected, respectively, to an external metal cylinder or a metal screen, while the third and fourth feed points are located diametrically opposite the first and second feed points, respectively.