RU2486642C1 - Symmetrical polyconic antenna - Google Patents
Symmetrical polyconic antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2486642C1 RU2486642C1 RU2012115846/08A RU2012115846A RU2486642C1 RU 2486642 C1 RU2486642 C1 RU 2486642C1 RU 2012115846/08 A RU2012115846/08 A RU 2012115846/08A RU 2012115846 A RU2012115846 A RU 2012115846A RU 2486642 C1 RU2486642 C1 RU 2486642C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- cones
- combined
- edges
- spherical surfaces
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к широкополосным поликоническим антеннам, и может быть использовано в метрологии, в системах связи, в радиомониторинге, в решении задач электромагнитной совместимости.The invention relates to radio engineering, in particular to broadband polyconic antennas, and can be used in metrology, in communication systems, in radio monitoring, in solving problems of electromagnetic compatibility.
Известна «Биконическая антенна с укорочением» (см. Пат. РФ №2336614, МПК H01Q 9/28, опубл. 20.10.2008 г.). Она содержит верхний и нижний конусы, выполненные из стержней, при этом оба конуса обращены вершинами друг к другу и закреплены на изоляторе, а каждый из М стержней обоих конусов укорочен за счет выполнения из высокочастотного фидера в виде N аналогичных отрезков, каждый из которых образован соединением центральной жилы с оплеткой на конце своего отрезка, причем отрезки соединены между собой последовательно, а свободные концы центральных жил каждого из стержней присоединены к вершинам соответствующих конусов, закрепленных на изоляторе.Known "Biconical antenna with shortening" (see Pat. RF №2336614, IPC H01Q 9/28, publ. 20.10.2008). It contains upper and lower cones made of rods, with both cones facing each other and mounted on an insulator, and each of the M rods of both cones is shortened by making N similar segments from a high-frequency feeder in the form of N, each of which is formed by a connection the central core with a braid at the end of its segment, and the segments are interconnected in series, and the free ends of the central veins of each of the rods are attached to the vertices of the corresponding cones mounted on the insulator.
В антенне обеспечивается некоторое уменьшение габаритных размеров и массы антенны по сравнению с известными аналогами, а также уменьшается неравномерность ее диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.The antenna provides a certain decrease in the overall dimensions and mass of the antenna in comparison with the known analogues, and the irregularity of its radiation pattern in the horizontal plane also decreases.
Основной недостаток устройства-аналога состоит в больших габаритных размерах.The main disadvantage of the analog device is the large overall dimensions.
Известна «Биконическая антенна» (см. Пат. РФ №2168248, МПК H01Q 13/04, опубл. 27.05.2001 г.). Она содержит N шунтов, выполненных в виде отрезков проводников, соединяющих кромки оснований конусов, при этом отрезки проводника выполнены из двух равных частей, смещенных одна относительно другой на угол α=360°/2N, расположенных с равным угловым смещением вокруг оси конусов и соединенных одна с другой посредством проводящих перемычек, размещенных в плоскости, проходящей через вершины конусов перпендикулярно их оси, а над основаниями конусов установлены отражатели.The well-known "Biconical antenna" (see Pat. RF №2168248, IPC H01Q 13/04, publ. 05.27.2001). It contains N shunts made in the form of segments of conductors connecting the edges of the bases of the cones, while the segments of the conductor are made of two equal parts, offset from one another by an angle α = 360 ° / 2N, located with equal angular displacement around the axis of the cones and connected by one on the other, by means of conductive jumpers placed in a plane passing through the tops of the cones perpendicular to their axis, and reflectors are installed above the bases of the cones.
Аналог обеспечивает увеличение коэффициента усиления в направлении линии горизонта. Однако антенне присущ существенный недостаток: значительные габаритные размеры и большой вес.The analogue provides an increase in gain in the direction of the horizon line. However, the antenna has a significant drawback: significant overall dimensions and heavy weight.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является «Симметричная поликоническая антенна» (см. Калошин В.А., Скородумова Е.А. Исследования симметричной поликонической антенны // IV Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь». Тезисы докладов и сообщений. - М: Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, 2010, с.531-534).Closest to the technical nature of the claimed device is a "Symmetric polyconic antenna" (see Kaloshin VA, Skorodumova EA Research symmetric polyconic antenna // IV All-Russian Conference "Radar and Radiocommunication." Abstracts and reports. - M : V.A.Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences, 2010, p.531-534).
Она содержит два комбинированных конуса с металлическим покрытием, при этом оба комбинированных конуса закреплены на изоляторе вершинами друг к другу и имеют общую ось симметрии, а каждый комбинированный конус состоит из М усеченных прямых конических поверхностей с различными значениями образующих углов αm, m=1, 2,…, М, причем кромка в предыдущей конической поверхности совпадает с кромкой последующей конической поверхности и имеет с ней электрический контакт.It contains two combined cones with a metal coating, while both combined cones are mounted on the insulator with their vertices facing each other and have a common axis of symmetry, and each combined cone consists of M truncated straight conical surfaces with different values of the forming angles α m , m = 1, 2, ..., M, and the edge in the previous conical surface coincides with the edge of the subsequent conical surface and has electrical contact with it.
В устройстве-прототипе существенное уменьшение размеров антенны достигается за счет выполнения образующих конусов в виде ломанной линии (реализацией комбинированных конусов).In the prototype device, a significant reduction in the size of the antenna is achieved due to the implementation of the forming cones in the form of a broken line (the implementation of combined cones).
Антенна-прототип также обладает существенным недостатком. Она непригодна для работы со значительным классом широкополосных сигналов из-за недостаточной широкополосности. Современные системы связи используют широкие полосы рабочих частот: 6,6% для GSM диапазона 450-480 МГц; 7,6% для GSM диапазона 890-960 МГц; 9,5% для DCS диапазона 1780-1880 МГц; 7,5% для PCS диапазона 1850-1990 МГц и 12,2% для UMTS диапазона 1920-2170 МГц (см. Kin-Lu Wong. Compact and Broadband Microstrip Antennas. - New York: Awiley - Interscince Publication. John Wiley&Cons, inc. 2002). Кроме того, широкое распространение получает стандарт мобильной беспроводной связи WiMAX семейства 3G, позволяющий абонентам беспрепятственно передвигаться между базовыми станциями сети без обрыва связи (см. http://www.mforum.ru/analit/802_16е.htm). Данный стандарт реализуется в частотных диапазонах 2300-2400 МГц, 2496-2690 МГц и 3400-3600 МГц (см. там же). Также стоит отметить, что сотовая связь четвертого поколения стандарта LTE получает свое развитие в рамках технологии TD-LTE (http://www.mforum.ru/news/article/100520.htm), которая использует диапазон 3,5 ГГц (band 42) (см. http://www.mforum.ru/news/article/100356.htm).The prototype antenna also has a significant drawback. It is unsuitable for working with a significant class of broadband signals due to insufficient broadband. Modern communication systems use wide bands of operating frequencies: 6.6% for the GSM range 450-480 MHz; 7.6% for the GSM band 890-960 MHz; 9.5% for the DCS band 1780-1880 MHz; 7.5% for the PCS band 1850-1990 MHz and 12.2% for the UMTS band 1920-2170 MHz (see Kin-Lu Wong. Compact and Broadband Microstrip Antennas. - New York: Awiley - Interscince Publication. John Wiley & Cons, inc . 2002). In addition, the WiMAX 3G family of mobile wireless standards is widely used, allowing subscribers to freely move between base stations of the network without a break in communication (see http://www.mforum.ru/analit/802_16.htm). This standard is implemented in the frequency ranges 2300-2400 MHz, 2496-2690 MHz and 3400-3600 MHz (see ibid.). It is also worth noting that the fourth-generation LTE cellular communication is developing in the framework of TD-LTE technology (http://www.mforum.ru/news/article/100520.htm), which uses the 3.5 GHz band (band 42 ) (see http://www.mforum.ru/news/article/100356.htm).
Целью заявляемого технического решения является разработка симметричной поликонической антенны, обеспечивающей эффективный прием и передачу сигналов в более широкой полосе частот при сохранении габаритных характеристик.The aim of the proposed technical solution is the development of a symmetric polyconic antenna that provides efficient reception and transmission of signals in a wider frequency band while maintaining overall characteristics.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем два комбинированных конуса с металлическим покрытием, при этом оба комбинированных конуса закреплены на изоляторе вершинами друг к другу и имеют общую ось симметрии, а каждый комбинированный конус состоит из М прямых усеченных конических поверхностей с различными значениями образующих углов αm, m=1, 2,…, М, причем кромка в предыдущей конической поверхности имеет электрический контакт с кромкой последующей конической поверхности, а крайние кромки обеих комбинированных конусов соединены с кромками соответствующих сферических поверхностей с металлическим покрытием и имеют электрический контакт, дополнительно в каждый комбинированный конус введено М-1 кольцевых сферических поверхностей с металлическим покрытием. Вершины всех прямых усеченных конических поверхностей в комбинированных конусах выполняют совмещенными. Электрическое соединение кромок ближайших усеченных конических поверхностей осуществляют соответствующими кольцевыми сферическими поверхностями.This goal is achieved by the fact that in the known device containing two combined cones with a metal coating, while both combined cones are mounted on the insulator with their vertices facing each other and have a common axis of symmetry, and each combined cone consists of M straight truncated conical surfaces with different values forming angles α m , m = 1, 2, ..., M, and the edge in the previous conical surface has electrical contact with the edge of the subsequent conical surface, and the extreme edges of both These cones are connected to the edges of the corresponding metal-coated spherical surfaces and have electrical contact; in addition, M-1 annular metal-coated spherical surfaces are introduced into each combined cone. The vertices of all straight truncated conical surfaces in the combined cones are combined. The electrical connection of the edges of the nearest truncated conical surfaces is carried out by the corresponding annular spherical surfaces.
Перечисленная новая совокупность признаков за счет того, что изменено выполнение комбинированных конусов (вершины всех прямых усеченных конических поверхностей совмещены, а электрическое соединение их кромок осуществляют с помощью дополнительно введенных кольцевых сферических поверхностей) позволяет достичь цели изобретения: разработать широкополосную симметричную поликоническую антенну при сохранении габаритных характеристик.The listed new set of features due to the fact that the implementation of the combined cones is changed (the vertices of all straight truncated conical surfaces are aligned, and the electrical connection of their edges is carried out using the additionally introduced annular spherical surfaces) allows to achieve the purpose of the invention: to develop a broadband symmetric polyconic antenna while maintaining the overall characteristics .
Технический результат в предлагаемой антенне достигается за счет перехода от каскадного подключения волноводов с плавно меняющимся волновым сопротивлением в прототипе к их подключению, конструктивно соответствующему трансформатору на скачках волнового сопротивления. При равных с прототипом габаритных размерах и заданном согласовании, например КСВ=2.5, рабочая полоса частот увеличивается на 40% и более.The technical result in the proposed antenna is achieved due to the transition from a cascade connection of waveguides with a smoothly changing wave resistance in the prototype to their connection, structurally corresponding to a transformer at a wave resistance jump. When the overall dimensions are equal with the prototype and the specified coordination, for example, SWR = 2.5, the working frequency band increases by 40% or more.
Заявляемая антенна поясняется чертежами, на которых:The inventive antenna is illustrated by drawings, in which:
на фиг.1 приведено схематическое изображение биконической антенны;figure 1 shows a schematic illustration of a biconical antenna;
на фиг.2 иллюстрируется эквивалентная схема биконической антенны;figure 2 illustrates the equivalent circuit of a biconical antenna;
на фиг.3 показан вариант изготовления антенны-прототипа;figure 3 shows an embodiment of the manufacture of the antenna prototype;
на фиг.4 приведена эквивалентная схема антенны-прототипа;figure 4 shows the equivalent circuit of the antenna prototype;
на фиг.5 показана антенна в соответствии с заявляемым изобретением;figure 5 shows the antenna in accordance with the claimed invention;
на фиг.6 иллюстрируется эквивалентная схема заявляемой антенны;6 illustrates an equivalent circuit of the claimed antenna;
на фиг.7 приведены габаритные размеры антенны-прототипа;figure 7 shows the dimensions of the antenna prototype;
на фиг.8 приведены габаритные размеры заявляемой антенны;Fig. 8 shows the overall dimensions of the claimed antenna;
на фиг.9 показан график изменения частотных характеристик антенны-прототипа (зависимость КСВ от используемой частоты);figure 9 shows a graph of the frequency characteristics of the antenna prototype (the dependence of the SWR from the frequency used);
на фиг.10 приведены значения входного сопротивления антенны-прототипа на диаграмме Смита;figure 10 shows the values of the input resistance of the antenna of the prototype on the Smith chart;
на фиг.11 иллюстрируется зависимость КСВ от используемой частоты в заявляемой антенне;figure 11 illustrates the dependence of the SWR from the frequency used in the inventive antenna;
на фиг.12 приведены значения входного сопротивления заявляемой антенны на диаграмме Смита.in Fig.12 shows the values of the input resistance of the claimed antenna in the Smith diagram.
Расширение рабочей полосы частот в заявляемой антенне поясняется следующим. Известно (см. Л.Фелсен, Н.Маркувец. Излучение и рассеяние волн. - М.: Мир, 1978 г.), что свободное пространство может рассматриваться как частный случай биконического волновода, образованного коническими поверхностями с общей вершиной и нулевыми углами между осью и образующими. Биконическая антенна в этом случае является согласующим отрезком между полем в фидерной линии, подключенной к антенне и полубесконечным коническим волноводом с волновым сопротивлением 120π Ом (свободным пространством). Схематичное изображение биконической антенны, эквивалентная схема, содержащая отрезок фидерной линии, антенну и нагрузку, описывающую влияние свободного пространства, приведены на фиг.1 и 2 соответственно. Верхняя граница рабочего диапазона такой антенны определяется толщиной центрального проводника коаксиальной линии, которая должна быть не более 0.05λmin. Нижняя граница рабочего диапазона зависит от размеров конической поверхности или от радиуса сферической поверхности R, замыкающей основание конуса. Если КСВ антенны не должно превышать 2, то необходимо чтобы R≥0.15λmax. В нижней части дециметрового диапазона, и тем более в метровом диапазоне размеры биконической антенны могут достигать 1 метра и более. Возникающая при этом большая парусность приводит к необходимости существенного укрепления центральной части антенны (к увеличению толщины центрального проводника коаксиальной линии, поддерживающего верхнее плечо). Помимо снижения верхней границы рабочего диапазона, большие габариты создают серьезные проблемы при эксплуатации таких антенн в подвижных комплексах, так как требуют выделения больших объемов в транспортных средствах для хранения и перевозки.The extension of the working frequency band in the inventive antenna is illustrated as follows. It is known (see L. Felsen, N. Markuvets. Radiation and scattering of waves. - M .: Mir, 1978) that free space can be considered as a special case of a biconical waveguide formed by conical surfaces with a common vertex and zero angles between the axis and generators. The biconical antenna in this case is a matching segment between the field in the feeder line connected to the antenna and a semi-infinite conical waveguide with a wave resistance of 120π Ohms (free space). A schematic representation of a biconical antenna, an equivalent circuit comprising a feeder line segment, an antenna, and a load describing the effect of free space are shown in FIGS. 1 and 2, respectively. The upper limit of the working range of such an antenna is determined by the thickness of the central conductor of the coaxial line, which should be no more than 0.05λ min . The lower limit of the working range depends on the size of the conical surface or on the radius of the spherical surface R, closing the base of the cone. If the SWR of the antenna should not exceed 2, then it is necessary that R≥0.15λ max . In the lower part of the decimeter range, and even more so in the meter range, the sizes of the biconical antenna can reach 1 meter or more. The resulting large windage leads to the need for a significant strengthening of the central part of the antenna (to increase the thickness of the central conductor of the coaxial line supporting the upper arm). In addition to reducing the upper limit of the operating range, large dimensions pose serious problems in the operation of such antennas in mobile complexes, since they require the allocation of large volumes in vehicles for storage and transportation.
В устройстве-прототипе (см. фиг.3) уменьшение габаритов достигается заменой одного отрезка биконического волновода несколькими каскадно включенными. При этом, как видно из фиг.4, второй и последующие отрезки являются неоднородными в силу того, что их поперечное сечение (π-2θ) возрастает по мере удаления от центра антенны (от вершины первой конической поверхности). Каскадное соединение отрезков биконических волноводов, начиная со второго, представляет собой линию, волновое сопротивление которой непрерывно возрастает от входа к выходу (к месту подключения) нагрузки. Из теории цепей известно (см. Серков В.П. Распространение радиоволн и антенные устройства. - Л.: ВАС, 1981, стр.352), что минимальная длина трансформатора с экспоненциально изменяющимся волновым сопротивлением, обеспечивающего согласование КСВ≤К0 на волнах λ≤λmax должна выбираться из условияIn the prototype device (see Fig. 3), a reduction in dimensions is achieved by replacing one segment of the biconical waveguide with several cascade-connected ones. Moreover, as can be seen from figure 4, the second and subsequent segments are heterogeneous due to the fact that their cross section (π-2θ) increases with distance from the center of the antenna (from the top of the first conical surface). The cascade connection of segments of biconical waveguides, starting from the second, is a line whose wave resistance continuously increases from the input to the output (to the connection point) of the load. From the theory of circuits it is known (see Serkov V.P. Propagation of radio waves and antenna devices. - L .: YOU, 1981, p. 352) that the minimum length of a transformer with an exponentially varying wave impedance, ensuring coordination of the SWR ≤K 0 at waves λ ≤λ max should be selected from the condition
где N=ZH/ρ - коэффициент трансформации; ZH - сопротивление нагрузки; ρ - волновое сопротивление фидера. Если К0=2, a ZH=120π, то из этого выражения следует, что l≥λmax/2. Следовательно, длина антенны должна быть увеличена более чем в 3 раза. Решение оптимизационной задачи показало, что при сохранении одинаковых высот (радиусов внешних конических поверхностей), трехступенчатая поликоническая антенна обеспечивает согласование с КСВ не хуже 2.5 в пятикратном диапазоне частот.where N = Z H / ρ is the transformation coefficient; Z H - load resistance; ρ is the wave resistance of the feeder. If K 0 = 2, a Z H = 120π, then from this expression it follows that l≥λ max / 2. Therefore, the antenna length should be increased by more than 3 times. The solution of the optimization problem showed that while maintaining the same heights (radii of the outer conical surfaces), the three-stage polyconic antenna ensures matching with the SWR no worse than 2.5 in the fivefold frequency range.
Заявляемая конструкция антенны (см. фиг.5) может рассматриваться как трансформатор на скачках волнового сопротивления (см. фиг.6). Из теории цепей известно, что такие трансформаторы при заданных полосе и уровне согласования имеют минимальную длину (см. там же). Для перехода от отрезков биконических волноводов с плавно меняющимися волновыми сопротивлениями (см. фиг.4) к отрезкам с постоянными волновыми сопротивлениями (см. фиг.6) в предлагаемой антенне совмещены вершины всех конических поверхностей. Для этой же цели используются дополнительно введенные кольцевые сферические поверхности. Результаты моделирования с использованием программы CST MICROVAWE STUDIO (см. www.cst.com) и последующие практические испытания показали следующее. Трехступенчатая поликоническая антенна на скачках волнового сопротивления при одинаковых габаритных размерах с прототипом обеспечивает согласование в семикратном диапазоне частот. Последнее соответствует выигрышу по широкополосности на 40%.The inventive antenna design (see figure 5) can be considered as a transformer on the jumps of wave impedance (see figure 6). It is known from circuit theory that such transformers with a given strip and matching level have a minimum length (see ibid.). To go from segments of biconical waveguides with smoothly varying wave resistances (see Fig. 4) to segments with constant wave resistances (see Fig. 6), the vertices of all conical surfaces are combined in the proposed antenna. For the same purpose, additionally introduced annular spherical surfaces are used. The simulation results using the CST MICROVAWE STUDIO program (see www.cst.com) and subsequent practical tests showed the following. A three-stage polyconic antenna at jumps in the wave resistance at the same overall dimensions with the prototype provides matching in a sevenfold frequency range. The latter corresponds to a gain in broadband of 40%.
Внешний вид антенны с габаритными размерами приведен на фиг.8. Симметричная поликоническая антенна содержит первый 1 и второй 2 комбинированные конуса с металлическим покрытием, при этом оба комбинированных конуса 1 и 2 закреплены на изоляторе 3 вершинами друг к другу и имеют общую ось симметрии, а каждый комбинированный конус 1 или 2 состоит из М прямых усеченных конических поверхностей 4.1, 4.2,…, 4.М с различными значениями образующих углов αm, m=1, 2,…, М, причем кромка в предыдущей конической поверхности 4.W-1 имеет электрический контакт с кромкой последующей конической поверхности 4.m. Кроме того, крайние кромки обеих комбинированных конусов 1 и 2 соединены с кромками соответствующих сферических поверхностей с металлическим покрытием 5.1 и 5.2 и имеют электрический контакт.The appearance of the antenna with overall dimensions is shown in Fig. 8. A symmetric polyconic antenna contains the first 1 and second 2 combined cones with a metal coating, while both combined
Для обеспечения эффективного приема и передачи сигналов в более широкой полосе частот при сохранении габаритных характеристик в каждом комбинированном конусе 1 и 2 дополнительно введено М-1 кольцевых сферических поверхностей 6.m, m=1, 2,…, М-1, с металлическим покрытием. Вершины всех прямых усеченных конических поверхностей 4.m, m=1, 2,…, М, выполняют совмещенными. Электрическое соединение кромок ближайших прямых усеченных конических поверхностей 4.m, m=1, 2,…, М, осуществляют соответствующими кольцевыми сферическими поверхностями 6.m, m=1, 2,…, М-1. Центральная жила 7 коаксиального кабеля 8 электрически соединена с вершиной верхнего комбинированного конуса 1, а экран кабеля 8 электрически соединен с нижним комбинированным конусом 2.To ensure efficient reception and transmission of signals in a wider frequency band while maintaining dimensional characteristics, M-1 annular spherical surfaces 6.m, m = 1, 2, ..., M-1, with a metal coating, are additionally introduced in each combined
Сравнительный анализ прототипа (см. фиг.7) и заявляемой антенны (см. фиг.8) выполнен при совпадении их основных физических характеристик:A comparative analysis of the prototype (see Fig.7) and the inventive antenna (see Fig.8) was performed with the coincidence of their main physical characteristics:
выбраны общие габаритные размеры антенн 170×64 мм;the overall overall dimensions of the antennas are 170 × 64 mm;
одинаковое количество усеченных конических поверхностей, m=3;the same number of truncated conical surfaces, m = 3;
совпадающие размеры сферических поверхностей 5, R=85, ⌀64.coinciding dimensions of
Комбинированные конуса 1 и 2 могут быть выполнены из латуни марки Л-60. Размеры первой прямой усеченной конической поверхности 4.1 составляют: угол образующей α1=65°, длина образующей R1=22 мм.
Вторая усеченная прямая коническая поверхность 4.2 имеет следующие размеры: угол образующей α2=45°, а ее эквивалентная длина (длина образующей от второй кольцевой сферической поверхности 6.2 до вершины комбинированного конуса 1(2)) R2=45 мм. Первая кольцевая сферическая поверхность 6.1 имеет радиус R1=22 мм. При этом в функции первой кольцевой сферической поверхности 6.1 входит электрическое соединение кромок первой прямой усеченной конической поверхности 4.1 со второй прямой усеченной конической поверхностью 4.2.The second truncated straight conical surface 4.2 has the following dimensions: the generatrix angle α 2 = 45 °, and its equivalent length (the length of the generatrix from the second annular spherical surface 6.2 to the top of the combined cone 1 (2)) R 2 = 45 mm. The first annular spherical surface 6.1 has a radius R 1 = 22 mm In this case, the function of the first annular spherical surface 6.1 includes the electrical connection of the edges of the first straight truncated conical surface 4.1 with the second straight truncated conical surface 4.2.
Третья прямая усеченная коническая поверхность 4.3 формируется с помощью образующей с углом α3=22°, а ее эквивалентная длина R3 составляет 85 мм. Нижние кромки комбинированных конусов 1 и 2 электрически соединены с соответствующими сферическими поверхностями 5.1 и 5.2.The third straight truncated conical surface 4.3 is formed using a generatrix with an angle α 3 = 22 °, and its equivalent length R 3 is 85 mm. The lower edges of the combined
Нижний комбинированный конус 2 содержит полость в виде двухступенчатого круглого прямого цилиндра, ось которого совпадает с осью комбинированного конуса 2. Его размеры определяются толщиной коаксиального кабеля 8 без оплетки, и толщиной (диаметром dц) центральной жилы 7 кабеля 8. При этом диаметр второго прямого цилиндра d2 выбирается из условия d2>dц, чем обеспечивается гарантированное отсутствие контакта центральной жилы 7 с конусом 2. Диаметр первого кругового прямого цилиндра d1 выбирают из условия обеспечения гарантированного электрического контакта с экраном коаксиального кабеля 8. Центральная жила 7 кабеля 8 проходит через отверстие в изоляторе 3 и крепится надежным электрическим контактом к вершине верхнего комбинированного конуса 1. Угол α1=65° выбран таким образом, чтобы входное сопротивление антенны в месте стыка с коаксиальным кабелем было равно 50 Ом.The lower combined
Изолятор 3 выполнен из фторопласта марки Ф-4 в форме симметричного шарового слоя с внешним диметром 22 мм. При этом верхние и нижние сечения изолятора 3 идентичны и имеют форму круглого прямого конуса с углом образующей α1=65°, вершины которых обращены друг к другу. В центре изолятора 3 имеется отверстие, диаметр которого определяется размерами центральной жилы 7 коаксиального кабеля 8.The
Порядок расчета характеристик биконических антенн хорошо известен (см., например, Макурин М.Н., Чубинский Н.П. Расчет характеристик биконической антенны методом частичных областей // Радиотехника и электроника, 2007 г., Т.52, №10, с.1190-1208), выполнен с использованием программного обеспечения CST MICROVAWE STUDIO (см. www.cst.com). Результаты расчета частотных характеристик (КСВ) и входного сопротивления прототипа и заявляемой антенны приведены на фиг.9-12.The procedure for calculating the characteristics of biconical antennas is well known (see, for example, Makurin M.N., Chubinsky N.P. Calculation of the characteristics of a biconical antenna by the method of partial regions // Radio Engineering and Electronics, 2007, V.52, No. 10, p. 1190-1208), made using CST MICROVAWE STUDIO software (see www.cst.com). The results of calculating the frequency characteristics (SWR) and input impedance of the prototype and the claimed antenna are shown in Fig.9-12.
На фиг.9 и 11 иллюстрируются графики изменения частотных характеристик (зависимость КСВ от используемой частоты) в антенне-прототипе и заявляемой антенне соответственно. Из их рассмотрения видно, что для КСВ 2,5 прототип обеспечивает полосу рабочих частот от 0,5 до 2,5 ГГц (пять октав). Заявляемая антенна для тех же условий реализует более широкую на 1ГТц полосу рабочих частот от 0,5 до 3,5 ГГц (семь октав), что соответствует выигрышу по данному показателю на 40%.Figures 9 and 11 illustrate graphs of changes in frequency characteristics (SWR versus frequency used) in the prototype antenna and the claimed antenna, respectively. From their consideration it is clear that for the SWR 2.5, the prototype provides a band of operating frequencies from 0.5 to 2.5 GHz (five octaves). The inventive antenna for the same conditions implements a wider by 1 GHz frequency band of operating frequencies from 0.5 to 3.5 GHz (seven octaves), which corresponds to a 40% gain in this indicator.
Входные сопротивления прототипа (см. фиг.10) и заявляемой антенны (см. фиг.12) имеют сходный многорезонансный характер. За пределами названных полос рабочих частот (с КСВ=2,5) входное сопротивление обеих антенн носит емкостной характер.The input impedance of the prototype (see Fig.10) and the claimed antenna (see Fig.12) have a similar multi-resonance nature. Outside of the mentioned operating frequency bands (with SWR = 2.5), the input impedance of both antennas is capacitive in nature.
В силу своей симметрии заявляемая поликоническая антенна формирует изотропную в горизонтальной плоскости диаграмму направленности (ДН) с вертикальной поляризацией. В угломестной плоскости антенна формирует однолепестковую диаграмму направленности, ширина и форма которой зависит от частоты. Расчет диаграммы направленности заявляемой антенны на основе программного продукта CST MICROVAWE STUDIO показал следующее. В области низких частот ДН имеет однолепестковый характер, который начинает разрушаться при λmах/λ=3. На более высоких частотах в угломестной плоскости наряду с сужением главного лепестка наблюдается появление дополнительных боковых лепестков. Порядок формирования электромагнитного поля в подобных антеннах широко освещен в литературе (см. Фрадин А.З. Антенны сверхвысоких частот. - М.: Сов. радио, 1957 г., стр.203-216).By virtue of its symmetry, the inventive polyconic antenna generates a radiation pattern isotropic in the horizontal plane with a vertical polarization. In the elevation plane, the antenna forms a single-lobe radiation pattern, the width and shape of which depends on the frequency. The calculation of the radiation pattern of the claimed antenna based on the software product CST MICROVAWE STUDIO showed the following. In the low-frequency region, the DN has a one-petal character, which begins to collapse at λ max / λ = 3. At higher frequencies in the elevation plane, along with the narrowing of the main lobe, the appearance of additional side lobes. The order of formation of the electromagnetic field in such antennas is widely covered in the literature (see Fradin A.Z. Antennas for microwave frequencies. - M .: Sov. Radio, 1957, pp. 203-216).
Результаты практических испытаний антенны хорошо согласуются с полученными данными. Все детали антенны согласно настоящему изобретению имеют простую форму и сделаны из однородного однотипного токопроводящего материала. Комбинированные конуса 1 и 2 для уменьшения их веса целесообразно изготавливать используя прессовку или пластмассовое литье с последующим токопроводящим покрытием. Кроме того, изготовление и эксплуатации антенны упрощается, если комбинированные конусы разделить на составляющие элементы (прямые усеченные конусы, ограниченные сферическими однонаправленными поверхностями), имеющими взаимные резьбовые соединения. Последнее позволит регулировать значение нижней границы рабочей полосы частот путем изменения их количества m.The practical test results of the antenna are in good agreement with the data obtained. All parts of the antenna according to the present invention have a simple shape and are made of a uniform conductive material of the same type.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012115846/08A RU2486642C1 (en) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | Symmetrical polyconic antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012115846/08A RU2486642C1 (en) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | Symmetrical polyconic antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2486642C1 true RU2486642C1 (en) | 2013-06-27 |
Family
ID=48702432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012115846/08A RU2486642C1 (en) | 2012-04-19 | 2012-04-19 | Symmetrical polyconic antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2486642C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558619C1 (en) * | 2014-02-12 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Wideband antenna based on long line sections with structural heterogeneity |
RU2566652C1 (en) * | 2014-07-31 | 2015-10-27 | Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" (АО "Корпорация "ВНИИЭМ") | Elliptically polarised antenna |
CN108894769A (en) * | 2018-04-18 | 2018-11-27 | 中国石油天然气股份有限公司 | Integrated differential pressure type gas-liquid two-phase flow wellhead monitoring device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1707667A1 (en) * | 1989-08-07 | 1992-01-23 | Конструкторское Бюро "Связьморпроект" | Vertical broad-band antenna |
RU2168248C1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-05-27 | Войсковая часть 25714 | Biconical antenna |
RU2221316C1 (en) * | 2002-12-04 | 2004-01-10 | Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана | Biconical antenna |
US7142166B2 (en) * | 2003-10-10 | 2006-11-28 | Shakespeare Company, Llc | Wide band biconical antennas with an integrated matching system |
RU2336614C2 (en) * | 2006-10-11 | 2008-10-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Biconic contraction antenna |
US8059050B1 (en) * | 2007-12-10 | 2011-11-15 | Greg Johnson | Biconical antenna assembly |
-
2012
- 2012-04-19 RU RU2012115846/08A patent/RU2486642C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1707667A1 (en) * | 1989-08-07 | 1992-01-23 | Конструкторское Бюро "Связьморпроект" | Vertical broad-band antenna |
RU2168248C1 (en) * | 1999-08-30 | 2001-05-27 | Войсковая часть 25714 | Biconical antenna |
RU2221316C1 (en) * | 2002-12-04 | 2004-01-10 | Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана | Biconical antenna |
US7142166B2 (en) * | 2003-10-10 | 2006-11-28 | Shakespeare Company, Llc | Wide band biconical antennas with an integrated matching system |
RU2336614C2 (en) * | 2006-10-11 | 2008-10-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Biconic contraction antenna |
US8059050B1 (en) * | 2007-12-10 | 2011-11-15 | Greg Johnson | Biconical antenna assembly |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2558619C1 (en) * | 2014-02-12 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Wideband antenna based on long line sections with structural heterogeneity |
RU2566652C1 (en) * | 2014-07-31 | 2015-10-27 | Акционерное общество "Научно-производственная корпорация "Космические системы мониторинга, информационно-управляющие и электромеханические комплексы" имени А.Г. Иосифьяна" (АО "Корпорация "ВНИИЭМ") | Elliptically polarised antenna |
CN108894769A (en) * | 2018-04-18 | 2018-11-27 | 中国石油天然气股份有限公司 | Integrated differential pressure type gas-liquid two-phase flow wellhead monitoring device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105305055B (en) | The double annular plane unipole antennas of ultra wide band | |
CN103414026B (en) | A millimeter-wave cone-beam antenna based on circular waveguide TM0n mode | |
Kumar et al. | On the design of nano-arm fractal antenna for UWB wireless applications | |
CN101636875A (en) | Multi-band-monopol-antenna | |
Azarmanesh et al. | Design of an ultra-wideband monopole antenna with WiMAX, C and wireless local area network band notches | |
RU2486642C1 (en) | Symmetrical polyconic antenna | |
Yang et al. | Design of a super wide band antenna and measure of ambient RF density in urban area | |
Barzegari et al. | A dual-band dipole array antenna with fan-beam characteristics for C-and X-band applications | |
Zhekov et al. | Modified biconical antenna for ultrawideband applications | |
Devarapalli et al. | Low cross polarized leaf shaped broadband antenna with metasurface as superstrate for sub 6 GHz 5 G Applications | |
Rouhi et al. | Microstrip‐fed small square monopole antenna for UWB application with variable band‐notched function | |
Locatelli et al. | Highly directional planar ultra wide band antenna for radar applications | |
Mishra et al. | Square-shaped fractal antenna under metamaterial loaded condition for bandwidth enhancement | |
Zahraoui et al. | A new planar multiband antenna for gps, ism and wimax applications | |
Hassan et al. | Circular Patch Antenna with Quintuple Band Operation Design Analysis and Performance Evaluation for Multi-Frequency Applications | |
Zhanabaev et al. | Electrodynamic characteristics of wire dipole antennas based on fractal curves | |
CN110518344A (en) | A kind of self-balancing type broadband and wide wave beam magnetic-dipole antenna | |
CN103346385A (en) | Circular cone logarithm helical antenna with frustum | |
Huang et al. | A novel frequency selective surface for ultra wideband antenna performance improvement | |
RU2625631C1 (en) | Small-size quickly retunable antenna | |
CN210628484U (en) | Ultra-wideband dipole antenna | |
Wadkar et al. | Normal mode helical antenna at 1.8 GHz with small circular ground plane | |
Roy et al. | The frequency-independent wideband planar log-periodic antenna for multiband applications | |
Soliman et al. | Inspired metamaterial quad-band printed inverted-F (IFA) antenna for USB applications | |
Abdullah et al. | Design of Minskowsi fractal antenna for dual band application |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140420 |