RU2118017C1

RU2118017C1 - Double-range antenna (options)

Info

Publication number: RU2118017C1
Application number: RU94020607A
Authority: RU
Inventors: Николай Петрович Тарасов
Original assignee: Николай Петрович Тарасов
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: linearly polarized antennas operating in two ranges having frequency ratio about 2. SUBSTANCE: antenna is, built up of nonsplit printed-circuit dipole on one side of insulating sheet, as well as parallel open-circuit stub on half the length and additional perpendicular stubs (the latter may be absent) on other side of sheet; inner and outer conductors of coaxial cable may be connected to dipole or to stubs. For unidirectional radiation in two ranges, dipole is placed above screen at height not to exceed 0.25 of average length of first range. For shifting frequency band towards higher frequencies, passive dipole of smaller length electromagnetically coupled with main dipole is placed in parallel with the latter. Optional design is non-printed antenna using nonsplit dipole and matching-balancing open stub parallel to dipole as well as matching conductor perpendicular to both. Inner and outer conductors of coaxial waveguide may be connected to nonsplit dipole or to stub. EFFECT: improved design. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области вибраторных антенн и может быть использовано в радиосвязи, телевидении и радиовещании. The invention relates to the field of vibrator antennas and can be used in radio communications, television and radio broadcasting.

Известно, что на практике в основном используют симметричные полуволновые и одноволновые вибраторы, имеющие два главных лепестка. Для получения однонаправленного излучения их помещают перед экраном. It is known that in practice mainly use symmetrical half-wave and single-wave vibrators having two main lobes. To obtain unidirectional radiation, they are placed in front of the screen.

Использование одноволнового вибратора затруднено из-за сложности согласования с коаксиальным фидером, так как его входное сопротивление имеет значительную величину, хотя вследствие своей большей протяженности он несколько эффективнее, чем полуволновый и имеет усиление 1,8 дБ по отношению к полуволновому вибратору. The use of a single-wave vibrator is difficult due to the difficulty of matching with a coaxial feeder, since its input impedance is significant, although due to its greater length it is somewhat more effective than a half-wave and has a gain of 1.8 dB with respect to a half-wave vibrator.

Однако на практике часто возникает необходимость приема на одну и ту же антенну передач разных частот, например метрового и дециметрового диапазонов. Решить эту задачу с помощью известных антенн (симметричных вибраторов в свободном пространстве или над экраном) невозможно вследствие сложности согласования и симметрирования вибратора. However, in practice, it often becomes necessary to receive transmissions of different frequencies, for example, meter and decimeter ranges, on the same antenna. It is impossible to solve this problem using known antennas (symmetrical vibrators in free space or above the screen) due to the difficulty of matching and balancing the vibrator.

Решение этой технической задачи можно достигнуть, если использовать неразрезной вибратор с новым согласующе-симметрирующим устройством, который в отличие от обычного симметричного разрезного вибратора имеет хорошее согласование с 50- или 75-омным кабелем при работе как в полуволновом, так и одноволновом режиме. The solution to this technical problem can be achieved by using a continuous vibrator with a new matching-balancing device, which, unlike a conventional symmetrical split vibrator, has good agreement with a 50- or 75-ohm cable when operating in both half-wave and single-wave modes.

Следовательно, наиболее близким по технической сущности к изобретению является обычный цилиндрический или любой другой формы вибратор, в том числе ленточный печатный неразрезной вибратор длиной в полволны и одну волну. Therefore, the closest in technical essence to the invention is a conventional cylindrical or any other form of vibrator, including a tape printed continuous vibrator half-wavelength and one wavelength.

Изобретение позволяет использовать одну и ту же антенну для приема или передачи сигналов в двух разнесенных частотных диапазонах. Эта цель для печатных ленточных вибраторов достигается тем, что в качестве излучателя применен неразрезной вибратор, расположенный на одной стороне диэлектрического листа, к которому в середине присоединен центральный или внешний проводник (оплетка) коаксиального кабеля или соединителя. На обратной стороне листа под вибратором расположено согласующе-симметрирующее устройство, состоящее из параллельного на половине длины вибратора основного шлейфа и перпендикулярных ему дополнительных шлейфов длиной от нуля до четверти длины волны. К согласующе-симметрирующему устройству присоединен соответственно внешний или внутренний проводник коаксиального фидера или соединителя. The invention allows the use of the same antenna for receiving or transmitting signals in two separated frequency ranges. This goal for printed tape vibrators is achieved by the fact that a continuous vibrator is used as a radiator, located on one side of the dielectric sheet, to which a central or external conductor (braid) of a coaxial cable or connector is attached in the middle. On the back of the sheet under the vibrator is a matching-balancing device, consisting of a main loop parallel to half the length of the vibrator and additional loops perpendicular to it from zero to a quarter wavelength. An external or internal conductor of a coaxial feeder or connector is connected to a matching-balancing device, respectively.

Для перемещения в основном 2-го поддиапазона в сторону более высоких частот предлагается вблизи вибратора располагать пассивный вибратор (цилиндрический или плоский, или другой формы) длиной меньше длины самого активного вибратора. To move mainly the 2nd subband towards higher frequencies, it is proposed to place a passive vibrator (cylindrical or flat, or another shape) with a length less than the length of the active vibrator near the vibrator.

Для излучателей над экраном в свободном полупространстве (без диэлектрического листа) эта цель достигается применением полуволнового неразрезного вибратора и четвертьволнового разомкнутого шлейфа, параллельного основному вибратору, причем центральный проводник коаксиального кабеля соединяется со шлейфом или центром вибратора, а оплетка кабеля (внешний проводник) соединяется соответственно с полуволновым вибратором в его середине или со шлейфом у его конца. Для согласования и лучшего симметрирования используется металлическая стойка-крепление, внутри которого может проходить кабель питания. For emitters above the screen in a free half-space (without a dielectric sheet), this goal is achieved by using a half-wave continuous vibrator and a quarter-wave open loop parallel to the main vibrator, the central conductor of the coaxial cable being connected to the cable or the center of the vibrator, and the cable braid (external conductor) being connected respectively half-wave vibrator in its middle or with a loop at its end. For coordination and better balancing, a metal stand-mount is used, inside of which a power cable can pass.

Не было обнаружено решений со сходными признаками, поэтому предлагаемая антенна соответствует критерию "изобретательский уровень". No solutions were found with similar features, therefore, the proposed antenna meets the criterion of "inventive step".

На фиг.1 показан общий вид предлагаемого устройства в печатном исполнении для получения однонаправленного излучения в 2-х частотных диапазонах. На фиг. 2 и 3 показаны неразрезной активный и пассивный вибраторы и согласующе-симметрирующее устройство (без экрана). На фиг.4 и 5 показаны проволочные (в виде трубок или стержней) варианты антенны, причем на фиг.4 центральный проводник кабеля присоединен к шлейфу, а внешний проводник - к центру неразрезного вибратора; на фиг.5 - центральный проводник кабеля присоединен к полуволновому неразрезному вибратору в его середине, а внешний проводник кабеля - к шлейфу у его конца; на фиг.6 представлены кривые коэффициента стоячей волны от частоты в 2-х диапазонах печатной антенны; на фиг.7 - типичная диаграмма направленности в плоскости E этой антенны в 2-х диапазонах частот с печатным полосковым вибратором. Figure 1 shows a General view of the proposed device in a printed version to obtain unidirectional radiation in 2 frequency ranges. In FIG. Figures 2 and 3 show continuous active and passive vibrators and a matching-balancing device (without screen). In Figs. 4 and 5, wire (in the form of tubes or rods) antenna variants are shown, and in Fig. 4, the central conductor of the cable is connected to the cable, and the external conductor is connected to the center of the continuous vibrator; figure 5 - the Central conductor of the cable is connected to a half-wave continuous vibrator in its middle, and the outer conductor of the cable to the cable at its end; figure 6 presents the curves of the coefficient of the standing wave from the frequency in 2 ranges of the printed antenna; 7 is a typical radiation pattern in the E plane of this antenna in 2 frequency bands with a printed strip vibrator.

Устройство содержит четвертьволновый отрезок - основной шлейф 1 ( длина волны берется 1-го диапазона), неразрезной активный вибратор 2, пассивный вибратор 3, дополнительные шлейфы 4 и 5, диэлектрический лист 6, экран 7, возбудитель 8, к которому присоединяется кабель питания. Пассивный вибратор 3 расположен сверху активного вибратора 2. Можно видеть, что пассивный вибратор 3 расположен несимметрично относительно точки питания вибратора. Пассивный вибратор 3 не имеет контакта с активным вибратором 2. The device contains a quarter-wave segment - the main loop 1 (the wavelength is taken in the 1st range), continuous active vibrator 2, passive vibrator 3, additional loops 4 and 5, dielectric sheet 6, screen 7, exciter 8, to which the power cable is connected. The passive vibrator 3 is located on top of the active vibrator 2. You can see that the passive vibrator 3 is located asymmetrically relative to the power point of the vibrator. Passive vibrator 3 has no contact with the active vibrator 2.

Длина вибратора 2 и основного шлейфа 1 и их ширина, а также длина и ширина пассивного вибратора 3 и его расположение определяют среднюю резонансную частоту антенну в первом и втором диапазонах частот и ее широкополосность. The length of the vibrator 2 and the main loop 1 and their width, as well as the length and width of the passive vibrator 3 and its location determine the average resonant frequency of the antenna in the first and second frequency ranges and its broadband.

Для смещения полосы частот в основном 2-го диапазона в сторону более высоких частот изменения ширины полосы пропускания пассивный вибратор 3, который обычно имеет меньшую длину, чем сам активный вибратор 2, должен иметь достаточно сильную электромагнитную связь с активным вибратором 2. Величина связи регулируется изменением длины и ширины пассивного вибратора 3 и его расположением. Чем больше связь, тем сильнее воздействие пассивного вибратора. Вибратор размещен над экраном 7 на высоте H, которая может меняться приблизительно от 0,05 длины волны до 0,25 длины волны первого диапазона. To shift the frequency band mainly of the 2nd range towards higher frequencies of changing the bandwidth, the passive vibrator 3, which usually has a shorter length than the active vibrator 2 itself, must have a sufficiently strong electromagnetic coupling with the active vibrator 2. The magnitude of the coupling is controlled by a change the length and width of the passive vibrator 3 and its location. The greater the connection, the stronger the effect of the passive vibrator. The vibrator is placed above the screen 7 at a height H, which can vary from approximately 0.05 wavelength to 0.25 wavelength of the first range.

На фиг.6 изображен график зависимости КСВ от частоты при наличии пассивного вибратора и без него печатной антенны со следующими параметрами: длина вибратора L= 685 мм, его ширина W=30 мм, длина шлейфа l=320 мм, его ширина W₁= 50 мм, длина дополнительных шлейфов l₁=50 мм, l₂=50 мм, их ширина 15 мм. Длины плеч пассивного вибратора от точки питания L₁=290 мм, L₂=130 мм. Пассивный вибратор 3 может быть, например, выполнен на стеклотекстолите толщиной 1,5 мм с относительной диэлектрической проницаемостью ε=3. Материал диэлектрического листа, на котором выполнены вибратор и шлейфы, стеклотекстлит толщиной 3 мм и ε=3,5. Расстояние до экрана H=150 мм. Размеры экрана 1000 мм •800 мм.Figure 6 shows a graph of the SWR versus frequency in the presence of a passive vibrator and without it a printed antenna with the following parameters: vibrator length L = 685 mm, its width W = 30 mm, loop length l = 320 mm, its width W ₁ = 50 mm, the length of additional loops l ₁ = 50 mm, l ₂ = 50 mm, their width is 15 mm. The lengths of the shoulders of the passive vibrator from the power point L ₁ = 290 mm, L ₂ = 130 mm Passive vibrator 3 can, for example, be made on fiberglass with a thickness of 1.5 mm with a relative dielectric constant ε = 3. The material of the dielectric sheet on which the vibrator and loops are made is fiberglass 3 mm thick and ε = 3.5. Distance to the screen H = 150 mm. Screen sizes 1000 mm • 800 mm.

КСВ антенны меньше 2,5 в полосе частот 200 - 240 МГц и 445 - 495 МГц без пассивного вибратора и 204 - 245 МГц и 450 - 511 МГц в присутствии пассивного элемента. The SWR of the antenna is less than 2.5 in the frequency band 200 - 240 MHz and 445 - 495 MHz without a passive vibrator and 204 - 245 MHz and 450 - 511 MHz in the presence of a passive element.

На фиг. 7 изображены диаграммы направленности антенны в плоскости E на частотах 210 МГц и 500 МГц. Ширина диаграммы направленности в первом диапазоне приблизительно 60^o, во втором - 30-35^o. Диаграмма направленности в плоскости H приблизительно 70-90^o.In FIG. 7 shows the radiation patterns of the antenna in the E plane at frequencies of 210 MHz and 500 MHz. The width of the radiation pattern in the first range is approximately 60 ^o , in the second - 30-35 ^o . The radiation pattern in the H plane is approximately 70-90 ^o .

Антенна с проволочными вибраторами, показанная на фиг.4, содержит четвертьволновый отрезок - основной шлейф 1 (длина волны берется 1-го диапазона), неразрезной полуволновый вибратор 2, металлическую стойку- согласователь 3, подставку из диэлектрика 4, экран 5, кабель 6, который своим центральным проводником присоединен к шлейфу 1, а внешним проводником - к вибратору 2. The antenna with wire vibrators, shown in figure 4, contains a quarter-wave segment - the main loop 1 (wavelength is taken in the 1st range), continuous half-wave vibrator 2, metal rack-coordinator 3, stand made of dielectric 4, screen 5, cable 6, which is connected to the cable 1 by its central conductor, and to the vibrator 2 by the external conductor.

На фиг. 5 показана антенна с проволочными вибраторами, но центральный проводник коаксиальной линии присоединен к центру вибратора, а внешний проводник -к шлейфу. На этой фигуре 1 - неразрезной вибратор длиной полволны 1-го диапазона, 2 - разомкнутый отрезок - шлейф длиной приблизительно в четверть длины волны 1-го диапазона, 3 - металлическая стойка, 5 - экран, 6 - коаксиальный кабель. In FIG. 5 shows an antenna with wire vibrators, but the central conductor of the coaxial line is connected to the center of the vibrator, and the external conductor is connected to the loop. In this figure, 1 is a continuous vibrator half a wavelength of the 1st range, 2 is an open segment is a loop about a quarter of the wavelength of the 1st range, 3 is a metal rack, 5 is a screen, 6 is a coaxial cable.

Антенна, показанная на фиг. 5, при испытании имела следующие размеры: длина разомкнутого шлейфа 150 мм, его диаметр 6 мм, длина неразрезного вибратора 270 мм, его диаметр 4 мм, длина металлической стойки 100 мм, ее диаметр 15 мм, высота над экраном 100 мм. Ее КСВ не хуже 2,5 в полосе частот 500 - 540 МГц и 3,5 в полосе 1150 - 1180 МГц, усиление примерно 7 дБ в первом диапазоне и 9 дБ во втором. The antenna shown in FIG. 5, during the test, it had the following dimensions: the length of the open loop was 150 mm, its diameter was 6 mm, the length of the continuous vibrator was 270 mm, its diameter was 4 mm, the length of the metal stand was 100 mm, its diameter was 15 mm, and the height above the screen was 100 mm. Its SWR is no worse than 2.5 in the frequency band 500 - 540 MHz and 3.5 in the band 1150 - 1180 MHz, the gain is about 7 dB in the first range and 9 dB in the second.

Claims

1. A dual-band antenna containing a continuous vibrator and an electromagnetically coupled open segment of the conductor and a coaxial line electromagnetically coupled to one half, characterized in that a screen and a metal strut are introduced, an external conductor of the coaxial line is connected to the open segment of the conductor and to the metal strut, and a central conductor attached to a continuous vibrator.

2. A dual-band antenna containing a continuous vibrator and an electromagnetically connected open segment of the conductor to which the external and internal conductors of the coaxial line are connected, respectively, characterized in that a screen and a metal column with an external conductor of the coaxial line connected to it are connected.