RU2510970C1 - Broadband turnstile slit antenna - Google Patents
Broadband turnstile slit antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510970C1 RU2510970C1 RU2012146796/08A RU2012146796A RU2510970C1 RU 2510970 C1 RU2510970 C1 RU 2510970C1 RU 2012146796/08 A RU2012146796/08 A RU 2012146796/08A RU 2012146796 A RU2012146796 A RU 2012146796A RU 2510970 C1 RU2510970 C1 RU 2510970C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- plates
- antenna
- screen
- slots
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 37
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 38
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000003380 Passiflora rubra Species 0.000 description 1
- 210000000007 bat wing Anatomy 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 231100000676 disease causative agent Toxicity 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к радиоантеннам, в частности к широкополосным антенным системам с горизонтальной поляризацией поля излучения, имеющим круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, малый коэффициент стоячей волны, 1,15 и менее, в широкой полосе частот. Такие антенны необходимы для передачи и приема радиосигналов, телевизионных сигналов, в системах слепой посадки самолетов, в радионавигационных радиомаяках и других радиосистемах.The invention relates to radio antennas, in particular to broadband antenna systems with horizontal polarization of the radiation field having a circular radiation pattern in the horizontal plane, a small standing wave coefficient, 1.15 or less, in a wide frequency band. Such antennas are necessary for the transmission and reception of radio signals, television signals, in blind landing systems for aircraft, in radio navigation beacons and other radio systems.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известна широкополосная турникетная щелевая антенна (патент РФ №2401492 «Широкополосная турникетная щелевая антенна», МПК H01Q 13/00, опубл. 10.10.2010), выбранная в качестве прототипа. Указанная антенна содержит множество пар проводящих пластин, каждая пара пластин расположена в одной из N плоскостей, где N≥1, делитель мощности и линии передачи электромагнитной энергии, множество М вертикальных стоек с отверстиями, где М≥2, N устройств согласования, верхний и нижний кронштейны, при этом множество N плоскостей образует пучок плоскостей с вертикальной осью; контур каждой пластины состоит из прямолинейной вертикальной кромки с К уступами, где К≥1, верхней кромки, нижней кромки и прямолинейной вертикальной кромки, противолежащей кромке с уступами; каждая пластина вертикальной кромкой с уступами совмещена с упомянутой осью пучка, причем пластины гальванически соединены друг с другом с образованием уступами К щелей; стойки соединены с верхним и нижним кронштейнами с образованием опоры антенны; пластины соединены с опорой антенны.The prior art broadband turnstile slit antenna (RF patent No. 2401492 "Broadband turnstile slit antenna", IPC
Однако указанная антенна имеет недостатки. Ее полоса согласования с фидером на уровне коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) ниже 1,15 ограничена несколькими телевизионными каналами. Другой недостаток заключается в то, что на форму диаграммы направленности антенны и согласование оказывает влияние расположение фидеров на пластинах.However, this antenna has disadvantages. Its matching band with the feeder at the level of the standing wave voltage coefficient (VSWR) below 1.15 is limited to several television channels. Another disadvantage is that the arrangement of the feeders on the plates affects the shape of the antenna pattern and matching.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Технической задачей настоящего изобретения является расширение полосы согласования антенны с фидером, устранение зависимости ее диаграммы направленности и согласования от расположения фидеров на пластинах.An object of the present invention is to expand the matching band of the antenna with the feeder, eliminating the dependence of its radiation pattern and matching on the location of the feeders on the plates.
Поставленная техническая задача достигается тем, что антенная система, содержащая множество пар проводящих пластин, каждая пара пластин расположена в одной из N плоскостей, где N≥1, делитель мощности и линии передачи электромагнитной энергии, множество М вертикальных стоек с отверстиями, где М≥2, N устройств согласования, верхний и нижний кронштейны, при этом множество N плоскостей образует пучок плоскостей с вертикальной осью; контур каждой пластины состоит из прямолинейной вертикальной кромки с К уступами, где К≥1, верхней кромки, нижней кромки и прямолинейной вертикальной кромки, противолежащей кромке с уступами; каждая пластина вертикальной кромкой с уступами совмещена с упомянутой осью пучка, причем пластины гальванически соединены друг с другом с образованием уступами К щелей; стойки соединены с верхним и нижним кронштейнами с образованием опоры антенны; пластины соединены с опорой антенны, дополнительно содержит N трубчатых экранов, на каждой пластине выполнено дополнительно L вертикальных щелей, где L≥1, и Р горизонтальных щелей, где Р≥0, при этом каждый из N трубчатых экранов расположен на одной из указанных N пар пластин с образованием гальванического контакта с пластиной на участке соприкосновения экрана с пластиной; один из торцов трубчатого экрана расположен в непосредственной близости к кромке соответствующей щели, часть экрана с другим торцом выведена через отверстие в стойке за пределы пластины; каждая линия передачи к N щелям размещена внутри соответствующего трубчатого экрана, при этом внешний проводник на конце каждой линии передачи гальванически соединен с одной из пластин в каждой из упомянутых пар пластин и с торцом соответствующего трубчатого экрана, а центральный проводник продолжен в область щели и далее соединен с центральным проводником соответствующего согласующего устройства, связанным гальванически со второй пластиной из упомянутой пары пластин; линии передачи своими вторыми концами соединены с делителем мощности.The stated technical problem is achieved in that the antenna system containing many pairs of conductive plates, each pair of plates is located in one of N planes, where N≥1, power divider and transmission lines of electromagnetic energy, many M vertical racks with holes, where M≥2 , N matching devices, upper and lower brackets, wherein a plurality of N planes form a bundle of planes with a vertical axis; the contour of each plate consists of a rectilinear vertical edge with K ledges, where K≥1, the upper edge, the lower edge and the rectilinear vertical edge, the opposite edge with the ledges; each plate with a vertical edge with ledges aligned with the aforementioned axis of the beam, and the plate is galvanically connected to each other with the formation of ledges K cracks; racks are connected to the upper and lower brackets with the formation of the antenna support; the plates are connected to the antenna support, additionally contains N tubular screens, on each plate there are additionally L vertical slots, where L≥1, and P horizontal slots, where P≥0, while each of the N tubular screens is located on one of these N pairs plates with the formation of galvanic contact with the plate at the site of contact of the screen with the plate; one of the ends of the tubular screen is located in close proximity to the edge of the corresponding slit, a part of the screen with the other end is displayed through the hole in the rack outside the plate; each transmission line to N slots is placed inside the corresponding tubular screen, while the outer conductor at the end of each transmission line is galvanically connected to one of the plates in each of the aforementioned plate pairs and to the end of the corresponding tubular screen, and the central conductor is continued into the gap region and is further connected with the Central conductor of the respective matching device, galvanically coupled to a second plate from said pair of plates; transmission lines at their second ends are connected to a power divider.
Введение дополнительно в состав антенны трубчатых экранов, размещение их непосредственно на пластинах указанным выше образом, размещение в них фидеров и гальваническое соединение фидеров с торцами и кромками пластин позволило устранить зависимость ее диаграммы направленности и согласования от расположения фидеров на пластинах. Выполнение на пластинах дополнительных щелей позволило расширить полосу согласования антенны с фидером до 60%, что в частности позволяет обеспечить одновременное излучение телевизионных сигналов любых телевизионных каналов в дециметровом диапазоне частот.The introduction of additional tubular shields into the antenna, placing them directly on the plates in the above manner, placing feeders in them, and galvanically connecting the feeders to the ends and edges of the plates made it possible to eliminate the dependence of its radiation pattern and matching on the location of the feeders on the plates. The implementation on the plates of additional slots made it possible to expand the matching band of the antenna with the feeder up to 60%, which in particular allows the simultaneous emission of television signals of any television channels in the decimeter frequency range.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 представлена в изометрии широкополосная щелевая турникетная антенна в разобранном виде с двумя парами пластин в соответствии с настоящим изобретением.Figure 1 is an exploded perspective view of a wideband slotted turnstile antenna with two pairs of plates in accordance with the present invention.
На фиг.2 представлена широкополосная щелевая турникетная антенна в собранном виде с двумя парами пластин в соответствии с настоящим изобретением.Figure 2 presents the broadband slotted turnstile antenna in assembled form with two pairs of plates in accordance with the present invention.
На фиг.3 дан вид сверху на антенну в собранном виде, представленную на фиг.2.Figure 3 is a top view of the assembled antenna shown in figure 2.
На фиг.4 представлен другой вариант широкополосной щелевой турникетной антенны в разобранном виде, в которой третья и четвертая металлические пластины выполнены в виде одной плоской пластины.Figure 4 presents another embodiment of a broadband slotted turnstile antenna in an unassembled form, in which the third and fourth metal plates are made in the form of one flat plate.
На фиг.5 приведен другой вариант широкополосной щелевой турникетной антенны, в которой пластины первая и четвертая, третья и вторая попарно объединены с образованием прямых пространственных двугранных углов.Figure 5 shows another variant of a broadband slotted turnstile antenna, in which the first and fourth, third and second plates are combined in pairs to form direct spatial dihedral angles.
На фиг.6 представлен другой вариант широкополосной щелевой турникетной антенны, в которой пластины выполнены с вырезом треугольной формы.Figure 6 presents another variant of a broadband slotted turnstile antenna, in which the plates are made with a triangular notch.
На фиг.7 представлен первый макет турникетной щелевой антенны.Figure 7 presents the first prototype turnstile slot antenna.
На фиг.8 приведены декартова и сферическая системы координат.On Fig shows the Cartesian and spherical coordinate systems.
На фиг.9 приведена диаграмма направленности двухсторонней щелевой антенны, выполненной на пластинах 2 и 3 в плоскости вектора Е первого макета антенны.Figure 9 shows the radiation pattern of a two-sided slot antenna made on the
На фиг.10 приведена диаграмма направленности двухсторонней щелевой антенны, выполненной на пластинах 4 и 5 в плоскости вектора Е первого макета антенны.Figure 10 shows the radiation pattern of a two-sided slot antenna, made on the
На фиг.11 приведена диаграмма турникетной щелевой антенны в плоскости вектора Е первого макета антенны.Figure 11 shows a diagram of a turnstile slot antenna in the plane of the vector E of the first antenna layout.
На фиг.12 представлен второй макет антенны.On Fig presents a second layout of the antenna.
На фиг.13 приведены расчетная (сплошная линия) и экспериментальная (пунктирная линия) диаграммы направленности второго образца антенны, выполненной на пластинах 2 и 3 в плоскости вектора Е второго макета антенны.On Fig shows the calculated (solid line) and experimental (dashed line) radiation patterns of the second antenna sample, made on the
На фиг.14 приведены расчетная (сплошная линия) и экспериментальная (пунктирная линия) диаграммы направленности второго образца антенны, выполненной на пластинах 4 и 5 в плоскости вектора Е.On Fig shows the calculated (solid line) and experimental (dashed line) radiation patterns of the second sample of the antenna, made on the
На фиг.15 приведены расчетная и экспериментальная диаграммы направленности второго образца турникетной антенны в плоскости вектора Е.On Fig shows the calculated and experimental radiation patterns of the second sample of the turnstile antenna in the plane of the vector E.
На фиг.16 представлена зависимость КСВН от частоты для образца антенны по настоящему изобретению.On Fig presents the dependence of the VSWR on the frequency for the sample antenna of the present invention.
Обратимся теперь к фиг.1, на которой представлена турникетная щелевая антенна 1 с двумя парами пластин в соответствии с настоящим изобретением. Обозначения дополнительных элементов начинаются с числа 101. Антенна 1 содержит первую 2, вторую 3, третью 4 и четвертую 5 плоские проводящие пластины, четыре стойки 6, 7, 8 и 9, делитель мощности 10 с входом 11 и с первым 12 и вторым 13 выходами, первый 14 и второй 15 фидеры, первое согласующее устройство 16, второе согласующее устройство 17, верхний и нижний кронштейны (кронштейны на фиг.1 не показаны), первый 101 и второй 102 трубчатые экраны, которые имеют гальванический контакт с пластинами 2, 4, соответственно, на всем участке их соприкосновения друг с другом. Все четыре пластины одинаковы. Каждая из пластин 2-5 имеет вертикальную кромку 18 с уступом 19, верхнюю кромку 20, нижнюю кромку 21 и прямолинейную вертикальную кромку 22. Обозначения кромок указаны на четвертой пластине. На каждой из пластин 2-5 выполнены прямоугольные щели 103 и 104. Пластины 2 и 3 лежат в первой плоскости 23, пластины 4 и 5 лежат во второй плоскости 24, ортогональной к плоскости 23. Линия пересечения плоскостей 23 и 24 - вертикальная прямая линия 25.We now turn to figure 1, which presents a
Пластины 2-5 выполнены из хорошо проводящего материала, такого как алюминиевый сплав, медный сплав или сталь. Возможно применение фольгированных диэлектрических пластин. Стойки 6, 7, 8 и 9, верхний и нижний кронштейны могут быть выполнены из алюминиевых, латунных или стальных труб, швеллеров, уголков или иного проката или высокочастотного диэлектрика. В качестве фидера применен стандартный коаксиальный кабель. Согласующие устройства 16 и 17 выполнены в виде отрезков коаксиального кабеля. Делитель мощности рассчитывается по известным формулам, приведенным в учебниках по технической электродинамике или в справочниках по устройствам СВЧ. Обтекатель (на фиг.1 не показан) выполнен из высокочастотного диэлектрика.Plates 2-5 are made of a highly conductive material such as aluminum alloy, copper alloy or steel. Perhaps the use of foil dielectric plates.
Указанные выше устройства соединены между собой следующим образом (фиг.2). Первая 2, вторая 3, третья 4 и четвертая 5 пластины гальванически соединены между собой кромками 18 с образованием прямых двухгранных углов 26 с общей прямой 25 - ребром двугранного угла, называемым далее вертикальной осью 25 антенны. В плане полученное устройство имеет форму креста (Фиг.3). Уступы 19 на кромках 18 на первой 2 и второй 3 пластинах при гальваническом соединении пластин образуют первую щель 27 с кромками 28 и 29, параллельными оси 25. Уступы 19 на кромках 18 на третьей 4 и четвертой 5 пластинах при гальваническом соединении пластин образуют вторую щель 30 с кромками 31 и 32, параллельными оси 25. Стойки 6, 7, 8 и 9 выполнены из металла, пластины 2-5 соединены со стойками и с верхним и нижним кронштейнами с образованием гальванического контакта между пластинами и стойками, между пластинами и верхним и нижним кронштейнами. Первый трубчатый экран 101 имеет гальванический контакт с первой пластиной 2 на всем участке их соединения. Второй трубчатый экран 102 имеет гальванический контакт с третьей пластиной 4 на всем участке их соединения.The above devices are interconnected as follows (figure 2). The first 2,
Один из торцов трубчатого экрана 101 расположен в непосредственной близости к кромке 28 щели 27, часть трубчатого экрана с другим торцом выведена через отверстие в стойке 6 за пределы пластины; фидер 14 размещен внутри первого трубчатого экрана, при этом внешний проводник фидера гальванически соединен с пластиной 2 и с упомянутым торцом первого трубчатого экрана, а центральный проводник продолжен в область щели 27 и далее соединен с центральным проводником согласующего устройства 16, связанным гальванически с пластиной 3; фидер своим вторым концом соединен с выходом 12 делителя мощности 10.One of the ends of the
Один из торцов трубчатого экрана 102 расположен в непосредственной близости к кромке 31 щели 30, часть трубчатого экрана с другим торцом выведена через отверстие в стойке 8 за пределы пластины; фидер 15 размещен внутри второго трубчатого экрана, при этом внешний проводник фидера гальванически соединен с пластиной 4 и с упомянутым торцом второго трубчатого экрана, а центральный проводник продолжен в область щели 30 и далее соединен с центральным проводником согласующего устройства 17, связанным гальванически с пластиной 5; фидер своим вторым концом соединен с делителем мощности 10.One of the ends of the
Длины первого 14 и второго 15 фидеров равны друг другу. Стойки 6-9 крепятся к верхнему и нижнему кронштейнам для придания жесткости конструкции антенны. Нижний кронштейн имеет отверстия для крепления антенны на мачте или башне. При этом верхний и нижний кронштейны выполнены в виде креста, диска или иной формы.The lengths of the first 14 and second 15 feeders are equal to each other. Racks 6-9 are attached to the upper and lower brackets to stiffen the antenna structure. The bottom bracket has holes for attaching the antenna to the mast or tower. In this case, the upper and lower brackets are made in the form of a cross, disk or other shape.
В другом варианте соединения стойки 6-9 соединены с верхним и нижним кронштейнами, пластины имеют гальванический контакт с верхним и нижним кронштейнами, при этом между пластинами и стойками образован зазор. В другом варианте соединения пластины соединены со стойками с образованием гальванического контакта, стойки соединены с верхним и нижним кронштейнами, при этом между пластинами и верхним и нижним кронштейнами образованы зазоры.In another embodiment, the connections of the struts 6-9 are connected to the upper and lower brackets, the plates have galvanic contact with the upper and lower brackets, and a gap is formed between the plates and racks. In another embodiment, the connections of the plate are connected to the racks with the formation of galvanic contact, the racks are connected to the upper and lower brackets, while gaps are formed between the plates and the upper and lower brackets.
В другом варианте антенны 1 (Фиг.4) третья 4 и четвертая 5 пластины выполнены совместно в виде одной пластины 41, в которой выполнены упомянутые щель 30, щели 103 и 104.In another embodiment of the antenna 1 (Fig. 4), the third 4 and fourth 5 plates are made together in the form of one
В другом варианте антенны 1 (Фиг.5) первая и четвертая пластины выполнены совместно в виде двугранной пластины 42, а вторая и третья пластины выполнены в виде двугранной пластины 43. В двухгранных пластинах 42 и 43 выполнены отверстия 44 и 45, которые при гальваническом соединении пластин 42 и 43 друг с другом образуют упомянутые щели 27 и 30.In another embodiment of the antenna 1 (Fig. 5), the first and fourth plates are made together in the form of a
Предпочтительно пластины 2-5 имеют форму прямоугольника. Однако возможны пластины иной конфигурации. На фиг.6 приведен пример выполнения антенн с пластинами 2-5 с вырезом треугольной формы. Возможны такие конфигурации пластин 2-5, что при их соединении образуются пластины с формой, которую называют "крылом летучей мыши".Preferably, the plates 2-5 are in the shape of a rectangle. However, plates of a different configuration are possible. Figure 6 shows an example of the implementation of antennas with plates 2-5 with a triangular notch. Such configurations of plates 2-5 are possible that when they are connected, plates with a shape called a "bat wing" are formed.
Антенна работает в режиме передачи следующим образом. Мощность генератора, поступающая на вход 11 (фиг.3) делителя мощности 10, делится на две равные части. При этом сигналы на выходах 12 и 13 делителя равны друг другу по амплитуде и сдвинуты по фазе на 90 градусов. Щель 27 возбуждается отрезком центрального проводника 34 фидера 14, расположенным в области между кромками 28 и 29. Щель 30 возбуждается отрезком центрального проводника 38 фидера 15, расположенным в области между кромками 31 и 32.The antenna operates in transmission mode as follows. The power of the generator supplied to the input 11 (figure 3) of the
Щелевая антенна, реализованная первой 2, второй 3 пластинами и щелью 27, формирует в плоскости, ортогональной оси 25, первую диаграмму направленности в виде "восьмерки". При этом максимумы диаграммы направленности направлены перпендикулярно к плоскости 23, в которой расположены первая 2 и вторая 3 пластины.The slot antenna, implemented by the first 2, second 3 plates and
Щелевая антенна, реализованная третьей 4, четвертой 5 пластинами и щелью 30, формирует в плоскости, ортогональной оси 25, вторую диаграмму направленности в виде "восьмерки". При этом максимумы диаграммы направленности направлены перпендикулярно к плоскости 24, в которой расположены третья 4 и четвертая пластины 5. В результате при графическом изображении "восьмерки", отображающие упомянутые первую и вторую диаграммы направленности, развернуты в горизонтальной плоскости относительно друг друга на 90°. Сигналы, излучаемые первой и второй щелевыми антеннами, сдвинуты между собой в пространстве по фазе на 90°. В результате сложения в пространстве сигналов, излучаемых первой и второй щелевыми антеннами, формируется диаграмма направленности в виде круга.The slot antenna, implemented by the third 4, fourth 5 plates and slit 30, forms in the plane orthogonal to the axis 25 a second radiation pattern in the form of a figure-eight. In this case, the maxima of the radiation pattern are directed perpendicularly to the plane 24, in which the third 4 and
Первый макет турникетной щелевой антенныThe first prototype turnstile slot antenna
Был изготовлен первый макет турникетной антенны (фиг.7). При описании этого и последующих образцов антенны мы ссылаемся на цифровые обозначения фиг.1-4. Первый макет 1 состоит из первой 2, второй 3, третьей 4 и четвертой 5 пластин, делителя мощности 10 на два направления, первого 14 и второго 15 фидера. Пластины 2-5 выполнены из луженой жести толщиной 0,3 мм. Макет изготовлен следующим образом. Были изготовлены два экземпляра пластины размером 400×210 мм2. В центре каждой пластины параллельно стороне длиною 400 мм прорезана щель с размерами 275×20 мм2. Первый экземпляр пластины применен в образце в качестве третьей 4 и четвертой 5 пластин со второй щелью 30. Для выполнения первой 2 и второй 3 пластин второй экземпляр изготовленной пластины был разрезан по прямой линии, совпадающей с осью щели. Полученные две пластины 2 и 3 припаяны к первому экземпляру пластины с образованием первой щели 27. В результате получено устройство, имеющее в плане вид креста. Двугранные углы, образованные пластинами, каждый равен 90°. К первой пластине рядом с кромкой 28 щели 27 припаяна оплетка первого фидера 14 - коаксиального кабеля РК-50-2-21. Кабель уложен непосредственно на пластине. На участке непосредственно за кромкой 28 оболочка и внешний проводник кабеля удалены, центральный проводник 34 коаксиального кабеля 14 продолжен в область щели 27 и припаян к кромке 29 щели 27 на второй пластине 3. Расстояние от места припайки кабеля до узкой (нижней) кромки щели равно 55 мм. К третьей пластине 4 в окрестности кромки 31 щели 30 припаяна оплетка второго фидера 15 - коаксиального кабеля РК-50-2-21. На участке непосредственно за кромкой 31 оболочка и внешний проводник кабеля удалены, центральный проводник 28 кабеля продолжен в область щели 9 и припаян к кромке щели 32 на четвертой пластине 5. Места распайки первого 14 и второго 15 фидеров к пластинам разнесены по разные стороны от центра щелей. Если отсчитывать расстояние от узкого (нижнего) края первой щели до места распайки второго фидера, то это расстояние равно 220 мм. Первый 14 и второй 15 фидеры, в качестве которых применен радиочастотный кабель РК-50-2-21, имеют равную длину. В качестве делителя мощности 10 на два направления использован 3 дБ квадратурный направленный ответвитель на связанных полосковых линиях, который, как известно, обеспечивает деление мощности на две равные части и 90° сдвиг по фазе между выходными сигналами.The first prototype turnstile antenna was made (Fig.7). In describing this and subsequent antenna samples, we refer to the digital designations of Figs. 1-4. The
На фиг.8 представлена сферическая система координат.On Fig presents a spherical coordinate system.
На фиг.9 приведены нормированные экспериментальная и расчетная диаграммы направленности двухсторонней щелевой антенны, выполненной на пластинах 2 и 3 в плоскости вектора Е. На фиг.10 приведены нормированные экспериментальная и расчетная диаграммы направленности двухсторонней щелевой антенны, выполненной на пластинах 4 и 5 в плоскости вектора Е. На фиг.10 приведены нормированная экспериментальная и расчетная диаграммы направленности первого макета турникетной антенны в плоскости вектора Е. Нормировка диаграммы выполнена относительно среднеквадратичного уровня сигнала в плоскости вектора Е.Figure 9 shows the normalized experimental and calculated radiation patterns of a two-sided slot antenna made on
Расчетные диаграммы направленности найдены путем решения электродинамической задачи прямым временным методом. Краевые задачи, сформулированные для непрерывного континуума, редуцированы к вариационно- и проекционно-сеточным моделям. Экспериментальные диаграммы направленности измерены в дальней зоне "методом вышки".The calculated radiation patterns are found by solving the electrodynamic problem using the direct time method. The boundary value problems formulated for a continuous continuum are reduced to variational and projection-grid models. The experimental radiation patterns were measured in the far zone using the “tower method”.
Экспериментальная и расчетная диаграммы направленности двухсторонних щелевых антенн имеют симметричный двухлепестковый вид (восьмерки). Максимумы лепестков в экспериментальной диаграмме направленности двухсторонней щелевой антенне, выполненной на пластинах 2-3, по величине равны между собой. Максимумы лепестков в экспериментальной диаграмме направленности антенны, выполненной на пластинах 4-5, отличаются друг от друга в 1,07 раза. Экспериментальные диаграммы направленности первой и второй из упомянутых антенн на уровне минус три дБ уже расчетных диаграмм примерно на 15%.The experimental and calculated radiation patterns of two-sided slot antennas have a symmetrical two-leaf appearance (eights). The maximums of the lobes in the experimental radiation pattern of a two-sided slot antenna made on plates 2-3 are equal in value to each other. The maximums of the lobes in the experimental antenna pattern, performed on plates 4-5, differ from each other by 1.07 times. The experimental radiation patterns of the first and second of the aforementioned antennas at the minus three dB level are already calculated by approximately 15%.
На фиг.11 приведены нормированные относительно среднеквадратического значения экспериментальная и расчетная амплитудные диаграммы направленности турникетной антенны. При этом первая и вторая двухсторонние щелевые антенны запитаны через направленный ответвитель сигналами равной амплитуды со сдвигом по фазе на 90°.Figure 11 shows the experimental and calculated amplitude radiation patterns of the turnstile antenna normalized with respect to the rms value. In this case, the first and second two-way slot antennas are fed through a directional coupler with signals of equal amplitude with a phase shift of 90 °.
Наибольшие отклонения экспериментальной диаграммы направленности антенны от окружности равны ±1,5 дБ.The greatest deviations of the experimental antenna pattern from the circle are ± 1.5 dB.
Второй макет турникетной антенны Был изготовлен второй макет турникетной антенны (фиг.12). Второй макет антенны отличается от первого распайкой фидеров. В состав макета введены дополнительно первая 101 и вторая 102 медные трубки. Первая трубка расположена на поверхности первой пластины 2. Торец трубки 101 совмещен с кромкой 28 щели 27 на пластине 2. По всей длине соприкосновения трубки с пластиной она имеет гальванический контакт с пластиной за счет пайки. Первый фидер 14 проложен внутри трубки 101. При выходе из трубки оплетка кабеля имеет гальванический контакт по всему периметру торца трубки и соответственно с пластиной 2. На участке непосредственно за кромкой 28 оболочка кабеля и внешний проводник кабеля удалены, центральный проводник 34 кабеля 14 продолжен в область щели и припаян к кромке 29 щели 27 на второй пластине 3. Торец трубки 102 совмещен с кромкой 31 щели 30 на пластине 4. По всей длине соприкосновения трубки с пластиной она имеет гальванический контакт с пластиной за счет пайки. Второй фидер 15 проложен внутри трубки 102. При выходе из трубки оплетка кабеля имеет гальванический контакт по всему периметру торца трубки. На участке непосредственно за кромкой 31 оболочка и внешний проводник кабеля удалены, центральный проводник 38 кабеля 15 продолжен в область щели 30 и припаян к кромке 32 щели на четвертой пластине 5.Second turnstile antenna prototype A second turnstile antenna prototype was made (Fig. 12). The second antenna layout is different from the first by wiring the feeders. The first 101 and second 102 copper tubes were added to the layout. The first tube is located on the surface of the
На фиг.13 приведена нормированная экспериментальная диаграмма направленности в плоскости вектора Е двухсторонней щелевой антенны со щелью 27. На фиг.14 приведена нормированная экспериментальная диаграмма направленности в плоскости вектора Е двухсторонней щелевой антенны со щелью 30. На фиг.15 приведена нормированная экспериментальная диаграмма направленности второго макета турникетной антенны в плоскости вектора Е. Нормировка диаграмм на фиг.13-15 выполнена относительно среднеквадратичного уровня сигнала в плоскости вектора Е.In Fig.13 shows the normalized experimental radiation pattern in the plane of the vector E of the two-sided slot antenna with a
Для сравнения на фиг.13-15 приведены расчетные диаграммы направленности двухсторонних щелевых антенн и турникетной антенны. Максимумы лепестков в экспериментальной диаграмме направленности двухсторонней щелевой антенны, выполненной на пластинах 2 и 3, по величине отличаются между собой в 1,05 раза. Максимумы лепестков в экспериментальной диаграмме направленности антенны, выполненной на пластинах 4 и 5, отличаются друг от друга также в 1,05 раза. Экспериментальные диаграммы направленности первой и второй из упомянутых антенн уже расчетных примерно на 4%.For comparison, FIGS. 13-15 show design patterns of bi-directional slot antennas and a turnstile antenna. The maximums of the lobes in the experimental radiation pattern of a double-sided slot antenna made on
На фиг.15 приведены нормированные относительно среднеквадратического значения экспериментальная и расчетная амплитудные диаграммы направленности турникетной антенны в плоскости вектора Е. При этом первая и вторая двухсторонние щелевые антенны запитаны через направленный ответвитель сигналами равной амплитуды со сдвигом по фазе на 90°.Fig. 15 shows the experimental and calculated amplitude directivity patterns of the turnstile antenna in the plane of the vector E normalized with respect to the rms value. The first and second two-sided slot antennas are fed through the directional coupler with signals of equal amplitude with a phase shift of 90 °.
Наибольшие отклонения экспериментальной диаграммы направленности антенны от окружности равны +0,42 дБ и -0,72 дБ. Наибольшие отклонения расчетной диаграммы направленности антенны от окружности равны +0,17 дБ и -0,35 дБ.The largest deviations of the experimental radiation pattern of the antenna from the circle are +0.42 dB and -0.72 dB. The largest deviations of the calculated antenna pattern from the circle are +0.17 dB and -0.35 dB.
Как отмечено выше, в эксперименте с первым макетом наблюдаются значительные отличия в уровне лепестков ДН, ширине лепестков, в форме диаграммы направленности первой и второй двухсторонних щелевых антенн. Эти отличия объясняются тем, что в стремлении к простоте конструкции не был выполнен должный гальванический контакт между внешним проводником коаксиального кабеля (оплетки коаксиального кабеля РК-50-2-11) и поверхностью пластины. Внешний проводник соединялся с пластиной (заземлялся) лишь в одной точке в окрестности кромки щели. В результате создавалась линия передачи, состоящая из внешней стороны внешнего проводника кабеля, поверхности пластины, между которыми находится диэлектрик в виде оболочки кабеля. При этом проводник (проволока), соединяющий между собой внешний проводник кабеля и пластину, выполняет роль возбудителя электромагнитных волн в упомянутой линии передачи. К входному сопротивлению антенны оказывается параллельно подключено входное сопротивление упомянутой линии передачи, которое в существенной мере зависит от того, как проложен кабель на поверхности пластины и за ее пределами. В результате в эксперименте наблюдается некоторая нестабильность в измерении входного сопротивления антенны и КСВН в линии передачи. В результате излучения волн упомянутой линией передачи наблюдается несимметрия в лепестках диаграммы направленности антенны. С введением в состав второго макета антенны дополнительно первого 101 и второго трубчатых 102 экранов (фиг.12) и соединения трубчатых экранов с пластинами и коаксиальных кабелей с трубчатыми экранами и пластинами, как описано выше, исчезает нестабильнось в измерении согласования антенны с фидером, снижается асимметрия в лепестках диаграммы направленности турникетной антенны.As noted above, in the experiment with the first prototype, significant differences are observed in the level of the bottom lobes, the width of the lobes, in the form of the radiation pattern of the first and second two-sided slot antennas. These differences are explained by the fact that in the desire for simplicity of design, proper galvanic contact between the external conductor of the coaxial cable (braid of the coaxial cable RK-50-2-11) and the surface of the plate was not performed. The external conductor connected to the plate (ground) only at one point in the vicinity of the edge of the slot. As a result, a transmission line was created consisting of the outer side of the outer cable conductor, the surface of the plate, between which there is a dielectric in the form of a cable sheath. In this case, a conductor (wire) connecting the external conductor of the cable and the plate, acts as the causative agent of electromagnetic waves in the aforementioned transmission line. The input impedance of the aforementioned transmission line turns out to be connected in parallel to the input impedance of the antenna, which substantially depends on how the cable is laid on the plate surface and beyond. As a result, the experiment exhibits some instability in measuring the input impedance of the antenna and VSWR in the transmission line. As a result of the radiation of the waves by the mentioned transmission line, asymmetry is observed in the lobes of the antenna radiation pattern. With the introduction of the first 101 and second tubular 102 shields into the second antenna layout (Fig. 12) and the connection of tubular shields with plates and coaxial cables with tubular shields and plates, as described above, the instability in the measurement of matching of the antenna with the feeder disappears, asymmetry decreases in the petals of the radiation pattern of the turnstile antenna.
Таким образом, благодаря введению трубчатых экранов, обеспечению должного гальванического соединения трубчатых экранов с пластинами путем их пайки на всем участке размещения трубчатых экранов на пластинах и соединения внешнего проводника кабеля с торцом трубчатого экрана устранена неравномерность экспериментальной диаграммы направленности в плоскости Е от ±1,5 дБ до величины, близкой к расчетной ±0,3 дБ. На фиг.16 представлена зависимость КСВН от частоты для образца антенны по настоящему изобретению. Как видно из рассмотрения графика на фиг.16, ширина полосы согласования на уровне 1,23 составляет не менее 66 процентов от средней частоты диапазона.Thus, due to the introduction of tubular shields, ensuring proper galvanic connection of tubular shields with plates by soldering them over the entire area of placement of tubular shields on the plates and connecting the external conductor of the cable to the end of the tubular screen, the non-uniformity of the experimental radiation pattern in the E plane of ± 1.5 dB is eliminated to a value close to the calculated ± 0.3 dB. On Fig presents the dependence of the VSWR on the frequency for the sample antenna of the present invention. As can be seen from the graph in FIG. 16, the matching bandwidth at 1.23 is at least 66 percent of the average frequency of the range.
Применение антенныAntenna application
Антенна может быть использована в качестве передающей, приемной или приемопередающей антенны в системах на УКВ- и в СВЧ-диапазоне, в которых требуется обеспечить горизонтальную поляризацию поля излучения с диаграммой направленности в виде окружности в горизонтальной плоскости в широком диапазоне частот. В частности, такие антенны найдут применение для передачи и приема радиосигналов, телевизионных сигналов, в системах слепой посадки самолетов, в аэродромных радионавигационных радиомаяках и других радиотехнических и инфокоммуникационных системах.The antenna can be used as a transmitting, receiving, or transmitting antenna in VHF and microwave systems in which it is required to provide horizontal polarization of the radiation field with a radiation pattern in the form of a circle in the horizontal plane in a wide frequency range. In particular, such antennas will find application for the transmission and reception of radio signals, television signals, in blind landing systems for aircraft, in aerodrome radio navigation beacons and other radio engineering and infocommunication systems.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146796/08A RU2510970C1 (en) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | Broadband turnstile slit antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012146796/08A RU2510970C1 (en) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | Broadband turnstile slit antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2510970C1 true RU2510970C1 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50437707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012146796/08A RU2510970C1 (en) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | Broadband turnstile slit antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2510970C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4031539A (en) * | 1975-12-11 | 1977-06-21 | Rca Corporation | Broadband turnstile antenna |
| SU1712995A1 (en) * | 1990-04-04 | 1992-02-15 | Научно-производственное объединение прикладной механики | Broadband turnstile aerial |
| RU2273080C2 (en) * | 2004-03-11 | 2006-03-27 | Новочеркасский военный институт связи | Television receiving antenna |
| RU2401492C1 (en) * | 2009-09-08 | 2010-10-10 | Николай Иванович Войтович | Wideband turnstile cavity antenna |
| US20110018774A1 (en) * | 2009-07-21 | 2011-01-27 | Applied Wireless Identification Group, Inc. | Compact circular polarized antenna with cavity for additional devices |
| RU2450395C2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-05-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Broadband antenna |
-
2012
- 2012-11-01 RU RU2012146796/08A patent/RU2510970C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4031539A (en) * | 1975-12-11 | 1977-06-21 | Rca Corporation | Broadband turnstile antenna |
| SU1712995A1 (en) * | 1990-04-04 | 1992-02-15 | Научно-производственное объединение прикладной механики | Broadband turnstile aerial |
| RU2273080C2 (en) * | 2004-03-11 | 2006-03-27 | Новочеркасский военный институт связи | Television receiving antenna |
| US20110018774A1 (en) * | 2009-07-21 | 2011-01-27 | Applied Wireless Identification Group, Inc. | Compact circular polarized antenna with cavity for additional devices |
| RU2401492C1 (en) * | 2009-09-08 | 2010-10-10 | Николай Иванович Войтович | Wideband turnstile cavity antenna |
| RU2450395C2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-05-10 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Broadband antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9627777B2 (en) | Broad band antennas and feed methods | |
| US8558747B2 (en) | Broadband clover leaf dipole panel antenna | |
| Alam et al. | Novel surface wave exciters for power line fault detection and communications | |
| US20080284673A1 (en) | Hybrid antenna including spiral antenna and periodic array, and associated methods | |
| CN102800954B (en) | Antenna unit, antenna module and multi-antenna module | |
| CN102983401B (en) | Low-consumption low-minor lobe high-gain planar frequency scan antenna | |
| US10700439B2 (en) | Printed dipole antenna, array antenna, and communications device | |
| EP3667821B1 (en) | Array antenna device | |
| RU2401492C1 (en) | Wideband turnstile cavity antenna | |
| WO2020151551A1 (en) | Circularly polarized substrate-integrated waveguide antenna, array antenna and antenna system | |
| RU128789U1 (en) | LOGOPERIODIC ANTENNA | |
| CN216055163U (en) | Wide-bandwidth beam antenna | |
| RU2510970C1 (en) | Broadband turnstile slit antenna | |
| Herzi et al. | Antipodal Vivaldi antenna array with high gain and reduced mutual coupling for UWB applications | |
| US10177456B2 (en) | Log-periodic antenna with wide frequency band | |
| Kumar et al. | Optimized N-sided polygon shaped microstrip patch antenna for UWB application | |
| RU2427946C1 (en) | Log-periodic combined antenna | |
| PT1920498E (en) | Wideband structural antenna operating in the hf range, particularly for naval installations | |
| RU2552230C2 (en) | Directional band antenna | |
| RU2498466C1 (en) | Collinear antenna | |
| US20180090849A1 (en) | Extended Phase Center and Directional Gain with Modified Taper Slot Antenna for Lower Frequencies | |
| RU192818U1 (en) | Printed Microwave Antenna | |
| WO2025043688A1 (en) | Antenna | |
| RU2400885C1 (en) | Wideband circular antenna array | |
| CN103594780B (en) | an antenna |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151102 |