RU2293408C1 - Mirror antenna feed - Google Patents
Mirror antenna feed Download PDFInfo
- Publication number
- RU2293408C1 RU2293408C1 RU2005127542/09A RU2005127542A RU2293408C1 RU 2293408 C1 RU2293408 C1 RU 2293408C1 RU 2005127542/09 A RU2005127542/09 A RU 2005127542/09A RU 2005127542 A RU2005127542 A RU 2005127542A RU 2293408 C1 RU2293408 C1 RU 2293408C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- conductor
- irradiator
- inductive
- reflector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенной технике, в частности в технике связи и спутникового телевидения.The invention relates to radio engineering and can be used in antenna technology, in particular in communications and satellite television.
Известен облучатель зеркальной антенны, состоящий из волновода, рефлектора и защитной диэлектрической пластины, расположенной в раскрыве рефлектора [1, стр.534, 535, рис.10-22а]. Согласование облучателя основано на компенсации волн, отраженных от горловины рефлектора и диэлектрической пластины. Недостатком этого облучателя является согласование в узком диапазоне частот из-за того, что расстояние между горловиной рефлектора и пластиной составляет значительную величину.Known irradiator mirror antenna, consisting of a waveguide, a reflector and a protective dielectric plate located in the aperture of the reflector [1, p. 544, 535, Fig. 10-22a]. The matching of the feed is based on the compensation of waves reflected from the neck of the reflector and the dielectric plate. The disadvantage of this irradiator is matching in a narrow frequency range due to the fact that the distance between the neck of the reflector and the plate is significant.
Известна также согласованная опора в круглом волноводе, состоящая из диэлектрического тонкого диска и расположенных на его поверхностях двух соосных кольцевых плоских проводников с индуктивным характером проводимости [2]. Тонкий диэлектрический диск представляет собой проводимость емкостного типа. Эта проводимость компенсируется индуктивной проводимостью колец, расположенных на диэлектрическом диске. Благодаря этому шайба оказывается согласованной в широком диапазоне частот. Недостатком этой согласованной шайбы является то, что при ее установке в апертуре в качестве защитной диэлектрической крышки не происходит компенсации скачка волнового сопротивления волновода и свободного пространства, что приводит к ухудшению согласования облучателя.A coordinated support in a circular waveguide is also known, consisting of a dielectric thin disk and two coaxial ring flat conductors located on its surfaces with an inductive character of conductivity [2]. A thin dielectric disk is a capacitive type conductivity. This conductivity is compensated by the inductive conductivity of the rings located on the dielectric disk. Due to this, the washer is consistent in a wide range of frequencies. The disadvantage of this matched washer is that when it is installed in the aperture as a protective dielectric cover, compensation for the jump in the wave resistance of the waveguide and free space does not occur, which leads to a deterioration in the matching of the irradiator.
Известен также облучатель для симметричной параболической антенны, содержащий круглый волновод, выступающий над ребристым рефлектором с канавками прямоугольной формы, диэлектрического кольца и радиопрозрачной диэлектрической пленки для исключения воздействия климатических факторов [3]. Согласование облучателя основано на применении тонкой диэлектрической пленки, обладающей радиопрозрачными свойствами. Недостатком этого облучателя является наличие тонкой пленки, не обеспечивающей достаточной прочности при эксплуатации. В частности, такая пленка может быть легко разорвана клювами ворон.Also known is an irradiator for a symmetrical parabolic antenna, containing a round waveguide protruding above a ribbed reflector with rectangular grooves, a dielectric ring and a radiolucent dielectric film to exclude the influence of climatic factors [3]. The matching of the irradiator is based on the use of a thin dielectric film having radiolucent properties. The disadvantage of this irradiator is the presence of a thin film that does not provide sufficient strength during operation. In particular, such a film can be easily torn by the beaks of the raven.
Известен также облучатель зеркальной антенны, содержащий волновод, рефлектор и защитный диэлектрический кожух, установленный на рефлекторе [1, стр.535, рис.10-22в]. Кожух предназначен для защиты облучателя от атмосферных условий. Кожух расположен за раскрывом рефлектора. Согласование облучателя основано на компенсации волн, отраженных от апертуры облучателя и диэлектрического кожуха. Недостатком этого облучателя является согласование в узком диапазоне частот из-за того, что расстояние между апертурой облучателя и диэлектрическим кожухом составляет значительную величину. Этот облучатель зеркальной антенны выбран в качестве прототипа.Also known is an irradiator of a mirror antenna containing a waveguide, a reflector and a protective dielectric casing mounted on a reflector [1, p. 535, Fig. 10-22b]. The casing is designed to protect the irradiator from atmospheric conditions. The casing is located behind the opening of the reflector. The matching of the irradiator is based on the compensation of waves reflected from the aperture of the irradiator and the dielectric casing. The disadvantage of this irradiator is matching in a narrow frequency range due to the fact that the distance between the aperture of the irradiator and the dielectric casing is significant. This mirror antenna feed is selected as a prototype.
В основу настоящего изобретения положена задача создать облучатель зеркальной антенны с согласованием в широком диапазоне частот.The present invention is based on the task of creating a reflector antenna reflector with matching in a wide frequency range.
Поставленная задача решается тем, что в облучателе зеркальной антенны, содержащей волновод, рефлектор и защитный диэлектрический кожух, установленный снаружи волновода, на нем закреплен проводник с индуктивным характером проводимости. Дополнительно проводник с индуктивным характером проводимости выполнен в виде плоского или проволочного кольца. Дополнительно проволочное кольцо выполнено в виде нескольких витков тонкой проволоки.The problem is solved in that in the irradiator of a mirror antenna containing a waveguide, a reflector and a protective dielectric casing mounted outside the waveguide, a conductor with an inductive nature of conductivity is fixed on it. Additionally, a conductor with an inductive nature of conductivity is made in the form of a flat or wire ring. Additionally, the wire ring is made in the form of several turns of thin wire.
Такое выполнение облучателя зеркальной антенны позволяет обеспечить согласование облучателя с хорошим качеством в широком диапазоне частот, повысить коэффициент усиления антенны и поляризационную развязку.This embodiment of the reflector antenna illuminator makes it possible to match the illuminator with good quality in a wide frequency range, increase the antenna gain and polarization isolation.
Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where
- на фиг.1 изображен вариант облучателя для осесимметричной зеркальной антенны;- figure 1 shows a variant of the irradiator for an axisymmetric reflector antenna;
- на фиг.2 изображен вариант облучателя для офсетной зеркальной антенны;- figure 2 shows a variant of the irradiator for offset mirror antenna;
- на фиг.3 изображены варианты выполнения индуктивного проводника;- figure 3 shows embodiments of the inductive conductor;
- на фиг.4 изображены кривые зависимости коэффициента отражения облучателя с индуктивным кольцом и без него.- figure 4 shows the curves of the reflection coefficient of the irradiator with an inductive ring and without it.
Облучатель для осесимметричной зеркальной антенны изображен на фиг.1 и состоит из, например, круглого волновода 1, фланца 2, волноводного перехода 3 овального поперечного сечения, рефлектора 4 и защитного диэлектрического кожуха 5, закрепленного в волноводе 1. Внутри волновода 1 может быть расположена диэлектрическая пластина 6 поляризатора, предназначенная для формирования поля круговой поляризации и ориентированная под углом 45 градусов к плоскости Е волноводного перехода 3. Рефлектор 4 выполнен по какой-либо известной схеме и служит для формирования соответствующей широкой диаграммы направленности. Плоскость 7 диэлектрического кожуха 5 расположена на расстоянии 0,125λ, где λ - рабочая длина волны от апертуры 8 волновода 1. На внутренней плоскости 7 диэлектрического кожуха 5 расположен проводник с индуктивным характером проводимости, выполненный, например, в виде плоского кольца 9. Кольцо 9 установлено соосно с волноводом 1. Рефлектор 4 присоединен к волноводу 1 с помощью винта 10.The irradiator for an axisymmetric mirror antenna is shown in Fig. 1 and consists of, for example, a circular waveguide 1, a
Облучатель для офсетной зеркальной антенны изображен на фиг. 2 и состоит из, например, круглого волновода 11, фланца 12, волноводного перехода 13 овального поперечного сечения, рефлектора 14 и защитного диэлектрического кожуха 15, закрепленного на рефлекторе 14. Внутри волновода 11 может быть расположена диэлектрическая пластина 16 поляризатора, предназначенная для формирования поля круговой поляризации и ориентированная под углом 45 градусов к плоскости Е волноводного перехода 13. Рефлектор 14 формирует более узкую диаграмму направленности, предназначенную для облучения офсетного зеркала. Плоскость 17 защитного диэлектрического кожуха 15 также расположена на расстоянии 0,125λ от апертуры 18 волновода 11. При этом на внутренней плоскости 17 диэлектрического кожуха 15 расположен проводник с индуктивным характером проводимости, выполненный, например, в виде плоского кольца 19. Кольцо 19 установлено соосно с волноводом 11. Рефлектор 14 закреплен на волноводе 1 с помощью винта 20.The irradiator for the offset mirror antenna is shown in FIG. 2 and consists of, for example, a
Рассмотрим принцип работы облучателя зеркальной антенны. Отражение волны в апертуре волновода происходит из-за скачка волновых сопротивлений волновода и свободного пространства. Зависимость коэффициента отражения круглого волновода от частоты имеет спадающий вид [4, стр.241, 242]. Величина коэффициента отражения для круглого волновода изменяется в диапазоне частот в пределах от 0,3 до 0,15. Для согласования апертуры волновода дополнительной проводимостью в соответствии с диаграммой Вольперта-Смита есть две возможности. Первая возможность заключается в установке проводимости емкостного типа внутри волновода на расстоянии 0,125λg, где λg - длина волны в волноводе. Вторая возможность заключается в установке проводимости индуктивного типа снаружи волновода на расстоянии 0,125λ от апертуры волновода. Как известно, величина индуктивной проводимости уменьшается с увеличением частоты, то есть отражение от нее носит спадающий характер, как и для коэффициента отражения от апертуры волновода. Поэтому для широкополосного согласования более предпочтительна вторая возможность, обеспечивающая компенсацию волн примерно одинаковой амплитуды в рабочем диапазоне частот. При этом проводимость индуктивного типа должна также скомпенсировать емкостную проводимость диэлектрического кожуха, на которой она расположена. Таким образом, защитный диэлектрический кожух также должен располагаться на расстоянии 0,125λ. Для волн с круговой поляризацией поля целесообразно индуктивный проводник выполнить в форме кольца, обладающего осевой симметрией. Это индуктивное кольцо обеспечит радиопрозрачность защитного диэлектрического кожуха и широкополосное согласование облучателя. Поскольку индуктивное кольцо является слабовозбужденным элементом, так как отражение от него сравнимо с отражением от апертуры волновода, то оно практически не оказывает влияния на диаграмму направленности облучателя.Consider the principle of operation of the irradiator mirror antenna. The reflection of the wave in the aperture of the waveguide occurs due to a jump in wave impedances of the waveguide and free space. The frequency dependence of the reflection coefficient of a circular waveguide is decreasing [4, p. 241, 242]. The reflection coefficient for a circular waveguide varies in the frequency range from 0.3 to 0.15. There are two possibilities for matching the waveguide aperture with additional conductivity in accordance with the Volpert-Smith diagram. The first possibility is to set the capacitive type conductivity inside the waveguide at a distance of 0.125λg, where λg is the wavelength in the waveguide. The second possibility is to install inductive conductivity outside the waveguide at a distance of 0.125λ from the aperture of the waveguide. As is known, the magnitude of inductive conductivity decreases with increasing frequency, that is, the reflection from it is of a decreasing nature, as well as for the reflection coefficient from the aperture of the waveguide. Therefore, for broadband matching, the second option is more preferable, providing compensation for waves of approximately the same amplitude in the operating frequency range. In this case, the inductive type conductivity should also compensate for the capacitive conductivity of the dielectric casing on which it is located. Thus, the protective dielectric casing should also be located at a distance of 0.125λ. For waves with circular polarization of the field, it is advisable to perform the inductive conductor in the form of a ring having axial symmetry. This inductive ring will provide the radio transparency of the protective dielectric casing and broadband matching of the irradiator. Since the inductive ring is a weakly excited element, since the reflection from it is comparable with the reflection from the aperture of the waveguide, it practically does not affect the radiation pattern of the irradiator.
Индуктивная проводимость может быть также реализована на основе других структур. Проводимость прямолинейного проводника зависит от его длины. Прямолинейный проводник, ориентированный вдоль линий электрического поля и не имеющий электрического контакта со стенкой волновода, имеет проводимость емкостного типа при длине проводника менее λ/2. При этом проводник полностью отражает волну при длине λ/2 (явление резонанса). Для обеспечения индуктивного характера проводимости длина прямолинейного проводника должна быть выбрана в пределах от λ/2 до λ (и так далее с учетом периодичности). При длине проводника, равной λ, отражение от него отсутствует, так как полуволны тока на проводнике одинаковы и противоположны. На практике для реализации индуктивной проводимости и размещения ее на поверхности кожуха целесообразно использовать длинные изогнутые проводники. Частотная зависимость коэффициента отражения изогнутого проводника определяется общей длиной проводника и соотношением части проводника, параллельной электрическому полю, и части, перпендикулярной ему. Конструктивный облик индуктивных проводников может быть различным. Они могут быть выполнены на основе проволочных структур или плоских проводников на диэлектрической подложке, могут быть выполнены в виде спиралей или изогнутых многократно под прямым углом проводников. Выбор оптимальной конструкции индуктивного проводника определяется конструкцией облучателя, влиянием рефлектора и типом поляризации. На фиг.3 приведены варианты выполнения индуктивного проводника. Для линейно поляризованной волны достаточно применить длинный изогнутый проводник, вытянутый вдоль направления поляризации волны (вдоль вектора электрического поля Е). Форма длинного проводника может быть выполнена в виде спирали 21, меандра 22 или змейки 23. Частотная зависимость коэффициента отражения изогнутого проводника зависит от его параметров (числа витков, длины проводника, шага), причем коэффициент отражения уменьшается с уменьшением шага изогнутого проводника. Геометрические размеры проводников подбираются из условия согласования облучателя. На фиг.3г индуктивный проводник выполнен в виде двух дуг 24 из проводников. Вектор электрического поля Е направлен вдоль концов дуг. На концах дуг 24 токи проводимости равны нулю, поэтому две дуги действуют как сплошное индуктивное кольцо.Inductive conductivity can also be implemented on the basis of other structures. The conductivity of a rectilinear conductor depends on its length. A rectilinear conductor oriented along the lines of the electric field and not having electrical contact with the waveguide wall has a capacitive type conductivity with a conductor length of less than λ / 2. In this case, the conductor fully reflects the wave at a length of λ / 2 (resonance phenomenon). To ensure the inductive nature of the conductivity, the length of the rectilinear conductor must be selected in the range from λ / 2 to λ (and so on, taking into account the periodicity). When the length of the conductor is equal to λ, there is no reflection from it, since the half-waves of the current on the conductor are the same and opposite. In practice, it is advisable to use long curved conductors to realize inductive conductivity and place it on the surface of the casing. The frequency dependence of the reflection coefficient of a curved conductor is determined by the total length of the conductor and the ratio of the part of the conductor parallel to the electric field and the part perpendicular to it. The design of inductive conductors may be different. They can be made on the basis of wire structures or flat conductors on a dielectric substrate, can be made in the form of spirals or repeatedly bent at right angles to conductors. The choice of the optimal design of the inductive conductor is determined by the design of the irradiator, the influence of the reflector and the type of polarization. Figure 3 shows embodiments of the inductive conductor. For a linearly polarized wave, it is sufficient to apply a long curved conductor elongated along the direction of polarization of the wave (along the electric field vector E). The shape of a long conductor can be made in the form of a spiral 21, a meander 22 or a
Для волны круговой поляризации целесообразно индуктивный проводник выполнить в виде кольца. Кольцо 25 может быть выполнено из проволоки, концы которой спаяны, фиг.3д. Плоское кольцо 26 на фиг.3е может быть вырезано из металлической фольги и наклеено на плоскость кожуха, вытравлено по фотошаблону на тонкой фольгированной диэлектрической пленке или напылено на плоскость кожуха. Другим вариантом выполнения кольца 27 является несколько витков тонкой проволоки по фиг.4ж. Благодаря нескольким виткам разрыв проволоки оказывается несущественным для волны круговой поляризации, поэтому многовитковое кольцо действует как сплошное. Изготовление такого кольца не требует применения сложных технологий и приспособлений. Витки наматываются на круглую болванку нужного радиуса, а затем кольцо приклеивается к плоскости диэлектрического кожуха.For a wave of circular polarization, it is advisable to perform an inductive conductor in the form of a ring.
На фиг.4 представлены экспериментальные кривые зависимостей коэффициента отражения. Кривая 28 соответствует начальному коэффициенту отражения от апертуры офсетного облучателя по фиг.2 с защитным диэлектрическим кожухом 15 толщиной 0,02λ. Коэффициент отражения достигает величины 0,3 на нижнем краю диапазона. Кривая 29 соответствует коэффициенту отражения от апертуры офсетного облучателя с защитным диэлектрическим кожухом 15, на поверхности которого расположено индуктивное кольцо 19. Кольцо 19 обеспечивает хорошее согласование облучателя в диапазоне частот до 20 процентов. Внутренний радиус кольца 19 при этом равен 0,3λ, ширина кольца 0,04λ. Эти результаты также подтверждаются с помощью расчетов на основе программы электродинамического моделирования.Figure 4 presents the experimental curves of the dependence of the reflection coefficient.
Достоинством предложенного решения является согласование облучателя в широком диапазоне частот. При этом потери на отражение снижаются на 0,2 дБ. Кроме того, предлагаемое решение приводит к улучшению поляризационной развязки в случае работы с волной круговой поляризации, так как волна, отраженная от апертуры волновода, непосредственно дает вклад в кросс-поляризационную составляющую. Оценка показывает, что уменьшение коэффициента отражения от апертуры облучателя с 0,21 до 0,05 приводит к повышению поляризационной развязки облучателя на 13 дБ. Таким образом, предлагаемый облучатель обеспечивает повышение коэффициента усиления зеркальной антенны вследствие снижения потерь на отражение и повышение уровня согласования по поляризации.The advantage of the proposed solution is the matching of the irradiator in a wide range of frequencies. In this case, the reflection loss is reduced by 0.2 dB. In addition, the proposed solution leads to an improvement in polarization isolation in the case of a circularly polarized wave, since the wave reflected from the aperture of the waveguide directly contributes to the cross-polarization component. The assessment shows that a decrease in the reflection coefficient from the irradiator aperture from 0.21 to 0.05 leads to an increase in the polarization isolation of the irradiator by 13 dB. Thus, the proposed irradiator provides an increase in the gain of the mirror antenna due to a decrease in reflection losses and an increase in the level of polarization matching.
Источники информацииInformation sources
1. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. - М. - Л.: «Энергия», 1966.1. Zhuk M.S., Molochkov Yu.B. Design of antenna-feeder devices. - M. - L .: "Energy", 1966.
2. Патент РФ №2038660, H 01 P 1/00, 1992.2. RF patent No. 2038660, H 01 P 1/00, 1992.
3. Патент СССР №1794266, H 01 Q 13/02, 1990.3. USSR patent No. 1794266, H 01
4. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н., Антенны УКВ. - ч.1. М.: «Связь», 1977.4. Eisenberg G.Z., Yampolsky V.G., Tereshin O.N., Antennas for VHF. - Part 1. M .: "Communication", 1977.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005127542/09A RU2293408C1 (en) | 2005-09-02 | 2005-09-02 | Mirror antenna feed |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005127542/09A RU2293408C1 (en) | 2005-09-02 | 2005-09-02 | Mirror antenna feed |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2293408C1 true RU2293408C1 (en) | 2007-02-10 |
Family
ID=37862681
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005127542/09A RU2293408C1 (en) | 2005-09-02 | 2005-09-02 | Mirror antenna feed |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2293408C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734586C1 (en) * | 2020-04-29 | 2020-10-20 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Circular polarization antenna element |
RU2816555C1 (en) * | 2024-01-30 | 2024-04-01 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Reflector antenna feed with near-field counter-reflector attached to dielectric insert |
-
2005
- 2005-09-02 RU RU2005127542/09A patent/RU2293408C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734586C1 (en) * | 2020-04-29 | 2020-10-20 | Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Circular polarization antenna element |
RU2816555C1 (en) * | 2024-01-30 | 2024-04-01 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" | Reflector antenna feed with near-field counter-reflector attached to dielectric insert |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TW447171B (en) | Broadband miniaturized slow-wave antenna | |
KR920005102B1 (en) | Short, wide bipolar antenna for use in portable transceivers | |
EP1652270B1 (en) | Slotted cylinder antenna | |
Haraz et al. | UWB antennas for wireless applications | |
JP5745582B2 (en) | Antenna and sector antenna | |
CN109219906B (en) | Antenna device | |
WO2020029060A1 (en) | Antenna | |
JP2002314326A (en) | Broadband mobile device antenna | |
US10069203B2 (en) | Aperture coupled patch antenna | |
JP6456506B2 (en) | Antenna device | |
KR100374355B1 (en) | Mobile phone and antenna therefor | |
Juan et al. | A longitudinally compact Yagi–Uda antenna with a parasitic interdigital strip | |
JP2004147327A (en) | Multiband antenna | |
RU2293408C1 (en) | Mirror antenna feed | |
JP4586028B2 (en) | Multi-band antenna using parasitic elements | |
Kampouridou et al. | Broadband THz corrugated bull’s eye antennas | |
Pour et al. | A Novel Impedance Matched Mode Generator for Excitation of the TE $ _ {21} $ Mode in Compact Dual-Mode Circular Waveguide Feeds | |
Lee et al. | Printed collinear dipole array antenna with a horizontally omnidirectional pattern for dual‐band WLAN | |
RU2099828C1 (en) | Plane resonant antenna | |
JP2007336170A (en) | Slot antenna | |
Sahraei et al. | A simple cavity method which increases bandwidth of cylindrical dipole antennas to almost 100% | |
JP2007116519A (en) | Loop antenna | |
RU2657091C1 (en) | Flat broadband vibrator | |
JP2007124346A (en) | Antenna element and array type antenna | |
JP7593394B2 (en) | Waveguide closing member and waveguide with closing member |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090903 |