RU2625631C1 - Small-size quickly retunable antenna - Google Patents
Small-size quickly retunable antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2625631C1 RU2625631C1 RU2016140588A RU2016140588A RU2625631C1 RU 2625631 C1 RU2625631 C1 RU 2625631C1 RU 2016140588 A RU2016140588 A RU 2016140588A RU 2016140588 A RU2016140588 A RU 2016140588A RU 2625631 C1 RU2625631 C1 RU 2625631C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- loop
- conductor
- input
- section
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 36
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области антенн радиосвязи и может быть использовано при создании, преимущественно, малогабаритных вертикально поляризованных быстро перестраиваемых в широкой полосе частот антенн различного назначения, в основном, для подвижных и стационарных средств морского и наземного базирования при работе, предпочтительно, в СВ, KB и УКВ диапазонах.The invention relates to the field of radio communication antennas and can be used to create, mainly, small-sized, vertically polarized, quickly tunable in a wide frequency band antennas for various purposes, mainly for mobile and stationary means of sea and ground-based operation, preferably in NE, KB and VHF bands.
В качестве таких антенн, в основном, используются антенны штыревого типа в виде проводящего штыря, входная клемма которого расположена либо непосредственно над проводящей поверхностью, либо над проводящей колонкой. Кроме того, имеется и ряд других вариантов исполнения этих антенн. Данные антенны, в определенной степени, идентичны по направленности излучаемого поля (имеют практически круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и одно- или двухлепестковую диаграммы в вертикальной плоскости). Ввиду слабой направленности этих антенн и незначительных потерь в излучающих элементах за критерий их работоспособности, в подавляющем большинстве случаев, выбирается доля номинальной мощности передатчика, уходящая в антенну. Важной, но трудно преодолимой проблемой разработки таких антенн является разрешение противоречий между минимизацией их габаритов и расширением рабочей полосы частот по указанному критерию. Принцип действия подобных антенн описан в целом ряде источников, например, в [1, 2, 3, 4].As such antennas, mainly used are pin-type antennas in the form of a conductive pin, the input terminal of which is located either directly above the conductive surface or above the conductive column. In addition, there are a number of other versions of these antennas. These antennas, to a certain extent, are identical in directionality of the radiated field (they have an almost circular radiation pattern in the horizontal plane and one- or two-petal diagrams in the vertical plane). Due to the weak directivity of these antennas and insignificant losses in the radiating elements for the criterion of their operability, in the overwhelming majority of cases, the fraction of the nominal transmitter power that goes into the antenna is selected. An important, but difficult to overcome problem of developing such antennas is the resolution of contradictions between minimizing their dimensions and expanding the working frequency band according to the specified criterion. The principle of operation of such antennas is described in a number of sources, for example, in [1, 2, 3, 4].
В качестве аналогов к предлагаемому изобретению можно отнести следующие изобретения:As analogues to the proposed invention include the following inventions:
- Индуктивно-емкостная антенна [5]. Антенна содержит два основных элемента, один из которых выполнен в виде плоской катушки индуктивности, а другой - в виде токопроводящей поверхности на диэлектрической трубе, выполняющей функцию конденсаторной обкладки.- Inductive-capacitive antenna [5]. The antenna contains two main elements, one of which is made in the form of a flat inductor, and the other is in the form of a conductive surface on a dielectric pipe, which performs the function of a capacitor plate.
- Антенна малогабаритная емкостная с согласующей катушкой индуктивности [6]. В данной антенне, в отличие от предыдущей, изменены точки подключения токопроводящих цилиндров и введена подстроенная катушка.- Small-sized capacitive antenna with a matching inductor [6]. In this antenna, unlike the previous one, the connection points of the conductive cylinders are changed and a tuned coil is introduced.
- Антенна [7] содержит емкостной элемент в виде двух соосно расположенных токопроводящих цилиндров и катушку индуктивности.- The antenna [7] contains a capacitive element in the form of two coaxially arranged conductive cylinders and an inductor.
Недостатком указанных аналогов является сложность и ненадежность конструкции, особенно, в условиях вибрации, ветровых, ледовых и температурных нагрузок.The disadvantage of these analogues is the complexity and unreliability of the design, especially in conditions of vibration, wind, ice and temperature loads.
Ближайшим аналогом (прототипом) заявленного изобретения является антенна с регулируемым распределением тока [1].The closest analogue (prototype) of the claimed invention is an antenna with adjustable current distribution [1].
Прототип состоит из вертикальной части и прямолинейной горизонтальной части отрезка коаксиального проводника, разделенных условным сечением, при этом к центральной жиле торца вертикальной части подключен излучатель, в результате чего сечение торца вертикальной части является антенным входом, при этом горизонтальная часть расположена около горизонтальной проводящей подстилающей поверхности на расстоянии менее четверти наименьшей длины волны рабочего диапазона, а внешняя поверхность торца горизонтальной части замкнута на горизонтальную проводящую подстилающую поверхность, в результате чего горизонтальная часть совместно с подстилающей поверхностью образует короткозамкнутый шлейф (далее - шлейф), при этом внешняя поверхность условного сечения является незаземленной клеммой шлейфа, а ближайшая к ней локальная область подстилающей поверхности является заземленной клеммой шлейфа, в результате чего зазор между этими клеммами является входом шлейфа, а сечение торца горизонтальной части является входом антенного тракта.The prototype consists of a vertical part and a rectilinear horizontal part of a segment of a coaxial conductor, divided by a conditional section, while an emitter is connected to the central core of the end of the vertical part, as a result of which the cross section of the end of the vertical part is an antenna input, while the horizontal part is located near the horizontal conductive underlying surface on less than a quarter of the smallest wavelength of the working range, and the outer surface of the end of the horizontal part is closed to the horizon a conductive underlying surface, as a result of which the horizontal part together with the underlying surface forms a short-circuited loop (hereinafter referred to as the loop), while the external surface of the conditional section is an ungrounded loop terminal, and the nearest local area of the underlying surface is a grounded loop terminal, as a result of which the gap between these terminals is the loop input, and the cross section of the end of the horizontal part is the input of the antenna path.
Эквивалентная электрическая схема прототипа представлена на фиг. 1. На этом чертеже вертикальная часть коаксиального проводника (КП) 1 представлена проводником 1 (далее - проводник 1), нижний конец которого замкнут на горизонтальную проводящую поверхность 2 через реактивное сопротивление 3, равное сопротивлению X входа шлейфа, а верхний конец проводника 1 соединен с клеммой 4 антенного входа 5, к другой клемме 6 которого подключен нижний конец вертикального проводника 7 (далее - проводник 7), представляющего собой излучатель прототипа.An equivalent electrical circuit of the prototype is shown in FIG. 1. In this drawing, the vertical part of the coaxial conductor (CP) 1 is represented by conductor 1 (hereinafter referred to as conductor 1), the lower end of which is closed to the horizontal
Учитывая, что антенна-прототип слабонаправленная и что в ней нет поглощающих элементов, критерием настройки такой антенны в режиме передачи может быть доля η a номинальной мощности передатчика, уходящая в антенный вход 5 (Фиг. 1).Considering that the prototype antenna is slightly directional and that there are no absorbing elements in it, the criterion for setting up such an antenna in the transmission mode may be the fraction η a of the nominal transmitter power going to antenna input 5 (Fig. 1).
Пользуясь эквивалентной электрической схемой (Фиг. 1), покажем, что при фиксированных размерах проводников 1 и 7 рабочая полоса прототипа и, следовательно, коэффициент перекрытия частотного диапазона имеют существенные ограничения.Using the equivalent electrical circuit (Fig. 1), we show that for fixed sizes of
Допустим, η а ≥0,45. Обозначим коэффициент стоячей волны (КСВ) на антенном входе 5 как K а . В соответствии с известным выражением [2] .Suppose that η a ≥0.45. Denote the standing wave coefficient (SWR) at the
Исходя из этого выражения, данный критерий будет выполнен на любой частоте ƒ при K a (ƒ)≤MK(ƒ)=6,74, где МК(ƒ) - максимально допустимое значение КСВ на частоте.Based on this expression, this criterion will be fulfilled at any frequency ƒ for K a (ƒ) ≤MK (ƒ) = 6.74, where MK (ƒ) is the maximum allowable value of SWR at a frequency.
В качестве примера, допустим, что в эквивалентной электрической схеме прототипа длина проводника 7 составляет 2 м при диаметре 30 мм, а длина проводника 1 составляет 1 м при диаметре 60 мм. Определим минимальную частоту (максимальную длину волны), при которой достигается принятый критерий настройки.As an example, suppose that in the equivalent circuitry of the prototype, the length of
Воспользовавшись программой компьютерного моделирования «MMANA» [8], определяем, что при изменении сопротивления X от минус до плюс бесконечности нижний частотный предел настройки такой антенны по данному критерию будет соответствовать величине X=Х0=403,5 Ом и составит mƒ0=8,4 МГц (длина волны λ0=12,908 м); а шлейф, соответствующий величине X0, будет иметь длину S=23,24 м.Using the MMANA computer simulation program [8], we determine that when the resistance X changes from minus to plus infinity, the lower frequency limit of tuning such an antenna according to this criterion will correspond to the value X = X 0 = 403.5 Ohms and will be mƒ 0 = 8 , 4 MHz (wavelength λ 0 = 12.908 m); and the train corresponding to the value of X 0 will have a length S = 23.24 m.
Однако реальные шлейфы имеют некоторые потери, ввиду чего нижний частотный предел несколько изменится. Так, например, при использовании шлейфа указанной длины с волновым сопротивлением w=200 Ом и с такими же потерями, как в кабеле РК-50-7-22, мы получим [2] близкие к реальным зависимости K a (ƒ), приведенные на фиг. 2 и 3 (сплошная линия). На этих же чертежах приведены их максимально допустимые значения MK(ƒ) (пунктир), удовлетворяющие выбранному критерию η а .However, real loops have some losses, as a result of which the lower frequency limit will change somewhat. So, for example, when using a loop of the indicated length with a wave resistance of w = 200 Ohms and with the same losses as in the cable RK-50-7-22, we will get [2] close to real dependences K a (ƒ), given on FIG. 2 and 3 (solid line). The same drawings show their maximum permissible values MK (ƒ) (dotted line) that satisfy the selected criterion η a .
Из этих графиков видно, что при почти нулевой полосе сигнала минимальная частота (Фиг. 2) m(ƒ)=9,6 МГц (максимальная длина волны Мλ=31,25 м). Максимальная же частота (Фиг. 3) Mƒ=59,159 МГц (минимальная длина волны mλ=5,071 м). Однако данная полоса [mƒ; Mƒ] не является сплошной, т.к. внутри нее имеется лишь десять весьма узких рабочих участков, где K a (ƒ) ниже максимально допустимого предела MK(ƒ):From these graphs it can be seen that with an almost zero signal bandwidth, the minimum frequency (Fig. 2) m (ƒ) = 9.6 MHz (maximum wavelength Mλ = 31.25 m). The maximum frequency (Fig. 3) is Mƒ = 59.159 MHz (the minimum wavelength is mλ = 5.071 m). However, this band [mƒ; Mƒ] is not continuous, because inside it there are only ten very narrow working sections, where K a (ƒ) is below the maximum permissible limit MK (ƒ):
- 14,087 МГц с полосой 175 кГц;- 14.087 MHz with a band of 175 kHz;
- 19,866 МГц с полосой 471 кГц;- 19.866 MHz with a band of 471 kHz;
- 25,61 МГц с полосой 966 кГц;- 25.61 MHz with a band of 966 kHz;
- 29,087 МГц с полосой 92 кГц;- 29.087 MHz with a band of 92 kHz;
- 31,179 МГц с полосой 1745 кГц;- 31.179 MHz with a band of 1745 kHz;
- 36,672 МГц с полосой 2289 кГц;- 36.672 MHz with a band of 2289 kHz;
- 42,595 МГц с полосой 990 кГц;- 42.595 MHz with a band of 990 kHz;
- 47,611 МГц с полосой 1277кГц;- 47.611 MHz with a band of 1277 kHz;
- 53,322 МГц с полосой 770 кГц;- 53.322 MHz with a band of 770 kHz;
- 54,694 МГц с полосой 109 кГц.- 54.694 MHz with a band of 109 kHz.
Общая суммарная полоса этих рабочих участков и есть максимально возможная рабочая полоса прототипа Δƒp=8,6 МГц. Следовательно, максимально возможный коэффициент перекрытия частотного диапазона - .The total total band of these working areas is the maximum possible working band of the prototype Δƒp = 8.6 MHz. Therefore, the maximum possible overlap coefficient of the frequency range is .
Обобщая полученный результат, необходимо отметить, что принятое соотношение размеров проводников 1 и 7 (Фиг. 1) является оптимальным, т.к. дает наименьшие габариты и наибольший коэффициент перекрытия частотного диапазона прототипа относительно минимальной частоты mƒ0 независимо от конкретных значений критерия настройки.Summarizing the result, it should be noted that the adopted ratio of the sizes of
Так как общая высота данного прототипа Н=3 м, длина шлейфа S=23,24 м, а максимальная длина волны Mλ=31,25 м, то Мλ/Н=10,42, a Mλ/S=1/345, т.е. (в силу электродинамического подобия [9]) высота Н прототипа будет больше Мλ/10,42, а длина шлейфа S - больше Мλ/1,345, при этом коэффициент перекрытия рабочего диапазона ξ будет меньше Мξ=0,896.Since the total height of this prototype H = 3 m, the loop length S = 23.24 m, and the maximum wavelength Mλ = 31.25 m, then Mλ / H = 10.42, a Mλ / S = 1/345, t .e. (due to electrodynamic similarity [9]), the prototype height H will be greater than Mλ / 10.42, and the loop length S will be greater than Mλ / 1.345, while the coefficient of overlap of the operating range ξ will be less than Mξ = 0.896.
Необходимо добавить, что на ряде объектов нельзя применить конструкцию шлейфа прототипа из-за отсутствия проводящей поверхности в виде горизонтальной плоскости.It must be added that on a number of objects it is impossible to apply the prototype loop design due to the lack of a conductive surface in the form of a horizontal plane.
Таким образом, недостатками прототипа являются: большие габариты, малый коэффициент перекрытия рабочего диапазона и наличие ограничений применения.Thus, the disadvantages of the prototype are: large dimensions, a small coefficient of overlap of the operating range and the presence of application restrictions.
Задача изобретения - усовершенствование антенного устройства.The objective of the invention is the improvement of the antenna device.
Технические результаты:Technical Results:
- уменьшение ограничений по габаритам и увеличение коэффициента перекрытия рабочего диапазона частот по критерию «доля номинальной мощности радиопередатчика, уходящая в антенну», частичное устранение ограничений применения;- reduction of size restrictions and increase in the coefficient of overlap of the operating frequency range according to the criterion "the share of the rated power of the radio transmitter leaving the antenna", partial elimination of application restrictions;
- снижение требований к размещению антенны на объектах установки.- reduced requirements for the placement of the antenna at the installation sites.
Для достижения первого заявленного технического результата в антенне малогабаритной быстроперестраиваемой (Фиг. 4), содержащей части 8 и 9 отрезка коаксиального проводника, разделенного условным сечением 10, к центральной жиле торца 11 части 8 подключен излучатель 12, в результате чего сечение торца 11 является антенным входом. Часть 9 расположена около проводящей поверхности 13 на расстоянии менее четверти наименьшей длины волны рабочего диапазона, торец 14 внешней поверхности части 9 замкнут на проводящую поверхность 13, в результате чего внешняя поверхность части 9 совместно с проводящей поверхностью 13 образует короткозамкнутый шлейф 15. При этом внешняя поверхность условного сечения 10 является незаземленной первой клеммой короткозамкнутого шлейфа 15, ближайшая к ней локальная область 16 проводящей поверхности 13 является заземленной второй клеммой короткозамкнутого шлейфа 15. Зазор 17 между клеммами 10 и 16 является входом короткозамкнутого шлейфа 15, в результате сечение торца 14 части 9 является входом антенного тракта. В отличие от прототипа часть 8 выполнена в виде вертикальной спирали, а короткозамкнутый шлейф 15 содержит контакты 18, обеспечивающие возможность его замыкания по заданной длине, при этом к незаземленной клемме 10 шлейфа 15 подключен вертикальный проводник 19 с контактами 20 по его длине, обеспечивающими возможность замыкания проводника 19 на различные витки спирали части 8, при этом проводящая поверхность 13 имеет произвольную форму, определяемую объектом установки антенны.To achieve the first claimed technical result in an antenna of small-sized fast reconfigurable (Fig. 4), containing
Для достижения второго заявленного технического результата вариант малогабаритной быстроперестраиваемой антенны (Фиг. 5) содержит части 8 и 9 отрезка коаксиального проводника, разделенного условным сечением 10, так что к центральной жиле торца 11 части 8 подключен излучатель 12, в результате чего сечение торца 11 является антенным входом. При этом часть 9 расположена изолированно от проводящей поверхности 13, а ее внешняя поверхность является прямым проводом короткозамкнутого шлейфа 15, при этом сечение торца 14 части 9 является входом антенного тракта, а внешняя поверхность условного сечения 10 является незаземленной клеммой короткозамкнутого шлейфа 15. В отличие от прототипа к внешней поверхности торца 14 подключен один конец проводника 21, расположенного на расстоянии менее четверти длины волны от части 9, так, что второй конец проводника 21, расположенный напротив условного сечения 10, образует заземленную клемму 22, замкнутую на ближайшую локальную область 16 проводящей поверхности 13, в результате чего зазор 17 между клеммами 10 и 22 является входом короткозамкнутого шлейфа 15, который содержит контакты 18, обеспечивающие возможность замыкания шлейфа 15 по заданной длине. Сечение торца 14 части 9 является входом антенного тракта, при этом часть 8 выполнена в виде вертикальной спирали, а к незаземленной клемме 10 короткозамкнутого шлейфа 15 подключен вертикальный проводник 19 с контактами 20 по его длине, обеспечивающими возможность замыкания проводника 19 на различные витки спирали части 8, а проводящая поверхность 13 имеет произвольную форму, определяемую объектом установки антенны.To achieve the second claimed technical result, an option of a small-sized fast reconfigurable antenna (Fig. 5) contains
Для пояснения принципа действия предложенного устройства предварительно рассмотрим свойства входного сопротивления ZΣ прототипа (пользуясь его эквивалентной электрической схемой (фиг.1) с раннее указанными размерами проводника (штыря) 7 (2 м) и проводника 1 (1 м). Сопротивление ZΣ (между клеммами 4 и 6) представляет собой сумму сопротивлений штыря 7 и проводника 1. В качестве примера, на фиг. 6 приведены зависимости вещественных (Rk; Rh) и мнимых (Xk; Xh) частей, соответственно, сопротивлений колонки и штыря от частоты при нулевой длине шлейфа (S=0; X=0). Тонкие линии соответствуют вещественной части, а толстые - мнимой. Сплошные линии соответствуют параметрам штыря, а пунктирные - параметрам колонки. Вычисления проводились с помощью программы «ММANА». Поскольку используемая программа не позволяет находить сопротивление колонки, то сначала определялось сопротивление всей антенны, затем (с помощью этой же программы) определялось сопротивление штыря, а сопротивление колонки вычислялось как разность этих сопротивлений. Из графиков фиг. 6 видно, что в области нижних частот сумма активных составляющих обоих сопротивлений ничтожно мала, а абсолютная величина суммы реактивных составляющих чрезвычайно велика, что не позволяет достичь достаточного согласования антенны с принятыми стандартами волновых сопротивлений w (50 и 75 Ом) коаксиальных радиочастотных кабелей.To clarify the principle of operation of the proposed device, we first consider the properties of the input resistance Z Σ of the prototype (using its equivalent electrical circuit (Fig. 1) with the previously indicated dimensions of the conductor (pin) 7 (2 m) and conductor 1 (1 m). Resistance Z Σ ( between
В предлагаемом устройстве проводник 1 (фиг. 1) выполнен в виде спиральной замедляющей структуры 8 (фиг. 4 и 5) с коэффициентом замедления N. В результате частоты, соответствующие сопротивлениям Rk; Xk, будут в N раз меньше, а частоты, соответствующие сопротивлениям штыря Rh; Xh, не изменятся, что показано на графиках фиг. 7.In the proposed device, the conductor 1 (Fig. 1) is made in the form of a spiral decelerating structure 8 (Fig. 4 and 5) with a deceleration factor N. As a result, the frequencies corresponding to the resistances R k ; X k will be N times smaller, and the frequencies corresponding to the pin resistances R h ; X h will not change, as shown in the graphs of FIG. 7.
Так, при N=6 (Фиг. 7) мы получим:So, with N = 6 (Fig. 7) we get:
Rk(ƒ=4,5)=Rk(ƒ=27)=51,7 Ом - значение вещественной части сопротивления колонки;R k (ƒ = 4,5) = R k (ƒ = 27) = 51.7 Ohm - the value of the real part of the column resistance;
Xk(ƒ=4,5)=Xk(ƒ=27)=150 Ом - значение мнимой части сопротивления колонки;X k (ƒ = 4,5) = X k (ƒ = 27) = 150 Ohm - the value of the imaginary part of the column resistance;
Rh(ƒ=4,5)=Rh(ƒ=27)=0,46 Ом - значение вещественной части сопротивления штыря;R h (ƒ = 4.5) = R h (ƒ = 27) = 0.46 Ohm - the value of the real part of the resistance of the pin;
Xh(ƒ=4,5)=Xh(ƒ=27)=-1290 Ом - значение мнимой части сопротивления штыря.X h (ƒ = 4,5) = X h (ƒ = 27) = - 1290 Ohm - the value of the imaginary part of the resistance of the pin.
С учетом этих результатов суммарное сопротивление антенны на частоте ƒ=4,5 МГц будет: RΣ=52,2 Ом, XΣ=-1140 Ом, что, тем не менее, из-за слишком большого абсолютного значения мнимой части полученного сопротивления не позволит достичь приемлемого согласования с сопротивлением w=50 Ом. Компенсация мнимой части путем введения реактивного элемента в штырь или в тракт антенны приводит, как известно, к разрыву целостности тракта, что осложняет ремонтопригодность, отрицательно влияет на надежность, себестоимость и конструкцию изделия. Введение же шлейфа 15 (фиг. 4 и 5) позволит путем изменения его электрической длины за счет замыкания определенного контакта 18 скомпенсировать указанную реактивность. Однако изменение электрической длины шлейфа изменит и полученное за счет введения замедляющей структуры с коэффициентом замедления N=6 активное сопротивление Rk=51,7 Ом. Следовательно, для того, чтобы получить сочетание активной и реактивной составляющих, удовлетворяющих выбранному критерию (η а ≥0,45), достаточно подобрать с помощью замыкания упомянутых контактов сочетание электрической длины шлейфа и соединения определенного витка замедляющей структуры с вертикальным проводником 19. Следует отметить, что замедляющая структура изменит активное сопротивление не только за счет коэффициента замедления, но и за счет собственного сопротивления излучения, что существенно осложняет и без того достаточно сложные расчеты подобных антенн.Based on these results, the total antenna resistance at a frequency of ƒ = 4.5 MHz will be: R Σ = 52.2 Ohms, X Σ = -1140 Ohms, which, however, due to the too large absolute value of the imaginary part of the obtained resistance is not will achieve an acceptable agreement with the resistance w = 50 Ohms. Compensation of the imaginary part by introducing the reactive element into the pin or into the antenna path leads, as is known, to breaking the integrity of the path, which complicates maintainability, negatively affects the reliability, cost and design of the product. The introduction of the loop 15 (Fig. 4 and 5) will allow you to compensate for the indicated reactivity by changing its electrical length due to the closure of a
Ввиду отмеченного, для того, чтобы (при всех упомянутых факторах) показать возможность получения указанного сочетания, были проведены экспериментальные исследования варианта предложенной антенны (Фиг. 5) на модели (Фиг. 8) такой же общей высоты (3 м), как и у приведенного примера прототипа.In view of the aforementioned, in order to (with all the mentioned factors) show the possibility of obtaining the indicated combination, experimental studies were carried out on a variant of the proposed antenna (Fig. 5) on the model (Fig. 8) of the same overall height (3 m) as a given example of a prototype.
Модель располагалась на плоской проводящей крыше 13 (подстилающая поверхность) первого этажа антенного стенда в радиопрозрачной настройке. Спиральная замедляющая структура 8 имела высоту 1 м и состояла из 46-ти витков спирали, закрепленных на пеноплексовой колонке 23 квадратного сечения с длиной ребра 13 см. В качестве вертикального проводника 19 использовалась лента из медной фольги, закрепленная на диэлектрической опоре 24. Длина шлейфа 15 была в 6,6 раза меньше, чем у прототипа, и составляла 3,5 м. Вместо множества контактов 18 шлейфа 15 и контактов 20 вертикального проводника 19 использовались два специальных зажима, один из которых поочередно замыкал витки замедляющей структуры 8 на проводник 19, а другой замыкал сечения шлейфа 15 на различных расстояниях, через 30 см, по его длине. Отрезок коаксиального проводника (фидерный тракт антенны), состоящий из замедляющей структуры 8 и прямого провода 9 шлейфа 15, представлял собой коаксиальный кабель РК-50-7-22 общей длиной 34,5 м (витки спирали - 31 м, прямой провод 9 -3.5 м). К торцу 14 прямого провода 9 подсоединялась коаксиальная розетка СР-50-163ПВ для подключения измерительных приборов. Обратный провод 21 шлейфа 15 состоял из оплетки кабеля РК-50-7-22. К центральной жиле торца 11 коаксиального проводника, образующего замедляющую структуру 8, подсоединялся вертикальный излучатель 12 длиной 2 м и диаметром 10 мм в виде проводника, подвешенного на диэлектрической леске к потолку стенда. Прямой 9 и обратный 21 провода шлейфа 15 располагались друг над другом на расстоянии 1 см, а обратный провод 21 располагался на расстоянии 4 см от подстилающей поверхности 13, при этом один конец обратного провода 21 был замкнут на внешнюю поверхность торца 14 прямого провода 9, а другой конец 22 - на ближайшую к нему локальную область 16 поверхности 13. Сам шлейф 15 устанавливался над поверхностью 13 с помощью диэлектрических подставок. Следовательно, сопротивлению X (фиг. 1) соответствовало сопротивление на входе 17 шлейфа 15 (фиг. 8).The model was located on a flat conductive roof 13 (underlying surface) of the first floor of the antenna stand in a radio-transparent setting. The
В процессе исследования проводились измерения зависимостей КСВ от частоты (Kνx(ƒ)) на входе антенного тракта (торец 14 на фиг. 8) в диапазоне от 3 до 90 МГц при всех возможных сочетаниях замыканий контактов 18 и 20 (Фиг. 8). Затем по зависимостям Kνx(ƒ) и по ранее измеренным зависимостям затуханий B(ƒ) дБ фидерного тракта антенны, состоящего из замедляющей структуры 8 и прямого провода 9 шлейфа 15, определялись следующие зависимости:During the study, measurements were made of the dependence of the SWR on the frequency (K νx (ƒ)) at the input of the antenna path (end 14 in Fig. 8) in the range from 3 to 90 MHz for all possible combinations of
- зависимость модуля коэффициента отражения на входе тракта (на торце 14 фиг. 8); - the dependence of the modulus of the reflection coefficient at the input of the path (at the
ηАФУ(ƒ)=1-gνx(ƒ)2 - зависимость доли номинальной мощности передатчика, выделяемой на входе тракта (на торце 14 фиг.8);η AFU (ƒ) = 1-g νx (ƒ) 2 - dependence of the share of the rated power of the transmitter allocated at the input of the path (at the
- зависимость модуля коэффициента отражения на входе антенны (на торце 14 фиг. 8); - the dependence of the module of the reflection coefficient at the input of the antenna (at the
- зависимость доли номинальной мощности передатчика, выделяемой на входе антенны (на торце 14 фиг. 8); - the dependence of the share of the rated power of the transmitter allocated at the input of the antenna (at the
ηФИД(ƒ)=ηАФУ(ƒ)_ηА(ƒ) - зависимость доли номинальной мощности передатчика, выделяемой в фидерном тракте.η PID (ƒ) = η AFU (ƒ) _ η A (ƒ) is the dependence of the share of the rated transmitter power released in the feeder path.
Анализ полученных результатов показал, что для обеспечения выбранного критерия достаточно использовать 31 контакт 20 для замыкания витков спирали и 9 контактов 18 для замыкания шлейфа.An analysis of the results showed that to ensure the selected criterion, it is sufficient to use 31
На фиг. 9 (в диапазоне 4-45 МГц) и фиг. 10 (в диапазоне 45-90 МГц) приведены следующие графические зависимости полученных результатов для оптимальных сочетаний контактов 18 и 20 в сравнении с выбранным критерием η a (пунктир):In FIG. 9 (in the range of 4-45 MHz) and FIG. 10 (in the range of 45-90 MHz) the following graphical dependences of the results are obtained for the optimal combinations of
- доля номинальной мощности передатчика, выделяемая на входе фидерного тракта предложенной антенны; - the share of the rated transmitter power allocated at the input of the feeder path of the proposed antenna;
ηA(ƒ) - доля номинальной мощности передатчика, выделяемая на входе предложенной антенны;η A (ƒ) is the fraction of the rated power of the transmitter allocated at the input of the proposed antenna;
- доля номинальной мощности передатчика, выделяемая в фидерном тракте предложенной антенны. - the share of the rated power of the transmitter allocated in the feeder path of the proposed antenna.
Из графиков фиг. 9 видно, что выделяемые доли номинальной мощности передатчика при настроенном макете в диапазоне до 45 МГц составляют:From the graphs of FIG. Figure 9 shows that the allocated shares of the rated power of the transmitter with the configured layout in the range up to 45 MHz are:
- на входе антенны - от 49 до 55%;- at the input of the antenna - from 49 to 55%;
- на входе тракта - от 67 до 90%;- at the entrance of the tract - from 67 to 90%;
- в фидере - от 15 до 40%.- in the feeder - from 15 to 40%.
Из графиков фиг. 10 следует, что в высокочастотной области, более 45 МГц, выделяемые доли номинальной мощности при настроенном макете (при наличии значительных выбросов, объясняемых радиопомехами, имевшими место на некоторых участках диапазона частот) составляют в среднем:From the graphs of FIG. 10 it follows that in the high-frequency region, more than 45 MHz, the allocated shares of the nominal power with the tuned layout (in the presence of significant emissions due to radio interference that occurred in some parts of the frequency range) average:
- на входе антенны - 45%- at the input of the antenna - 45%
- на входе тракта - 90%;- at the entrance of the tract - 90%;
- в фидере - 45%.- in the feeder - 45%.
Кроме того, минимальная частота настройки (не показанная на графиках) была в 3,4 раза меньше, чем у прототипа, и составляла около 2,8 МГц. В то же время при оценке минимальной частоты настройки прототипа не учитывались потери в фидерном тракте, а при их учете минимальная частота настройки прототипа возрастет.In addition, the minimum tuning frequency (not shown in the graphs) was 3.4 times less than that of the prototype, and amounted to about 2.8 MHz. At the same time, when evaluating the minimum prototype tuning frequency, losses in the feeder path were not taken into account, and when they are taken into account, the minimum prototype tuning frequency will increase.
Поскольку минимальная частота прототипа такой же высоты со шлейфом оптимальной длины (23 м) в 3,4 раза больше минимальной частоты настройки предложенного с длиной шлейфа 3,5 м, то, в силу электродинамического подобия, габариты предложенного устройства будут значительно меньше. А для создания прототипа с минимальной частотой, удовлетворяющей выбранному критерию, необходимо увеличить его высоту и длину шлейфа в 3 раза.Since the minimum frequency of the prototype of the same height with a loop of optimal length (23 m) is 3.4 times higher than the minimum tuning frequency of the proposed cable with a length of 3.5 m, due to the electrodynamic similarity, the dimensions of the proposed device will be much smaller. And to create a prototype with a minimum frequency that satisfies the selected criterion, it is necessary to increase its height and length of the loop by 3 times.
Поскольку минимальная частота настройки предложенной антенны mƒA=2,8 МГц, а непрерывная полоса настройки (графики фиг. 9 и 10) простиралась до частоты MƒA=55,3 МГц, т.е. составляла ΔƒA=52,5 МГц, то коэффициент перекрытия частотного диапазона предложенной антенны будет больше в 234 раза.Since the minimum tuning frequency of the proposed antenna is mƒ A = 2.8 MHz, and the continuous tuning band (graphs of Figs. 9 and 10) extended to a frequency of Mƒ A = 55.3 MHz, i.e. was Δƒ A = 52.5 MHz, then the overlap coefficient of the frequency range of the proposed antenna will be 234 times more.
Кроме того, альтернативное построение шлейфов позволит устранить целый ряд ограничений по возможности установки и использования антенны на различных объектах.In addition, the alternative construction of loops will eliminate a number of restrictions on the ability to install and use the antenna at various sites.
Таким образом, поставленная цель достигается за счет того, что, по сравнению с прототипом, использование предложенного позволит уменьшить габариты, увеличить коэффициент перекрытия рабочего диапазона и снять ряд ограничений по возможности установки на объектах.Thus, the goal is achieved due to the fact that, in comparison with the prototype, the use of the proposed will reduce the size, increase the coefficient of overlap of the working range and remove a number of restrictions on the possibility of installation on objects.
Список литературыBibliography
1. Белоусов С.П. Средневолновые антенны с регулируемым распределением тока//Москва: Связь, 1974, с. 22, рис. 2.9; с. 26, рис. 2.13; с. 33, рис. 31 и 32.1. Belousov S.P. Medium-wave antennas with adjustable current distribution // Moscow: Communication, 1974, p. 22, fig. 2.9; from. 26, fig. 2.13; from. 33, fig. 31 and 32.
2. Лавров А.С, Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства // М.: Сов. Радио, 1974, с. 129.2. Lavrov A.S., Reznikov G.B. Antenna-feeder devices // M .: Sov. Radio, 1974, p. 129.
3. Вершков М.В. Судовые антенны» // Л: Судостроение, 1978, § 2.8.3. Vershkov M.V. Ship antennas ”// L: Shipbuilding, 1978, § 2.8.
4. Надененко С.И. Антенны // М.: Гос. Изд. литературы по вопросам связи и радио, 1959, §7.4.4. Nadenenko S.I. Antennas // Moscow: State. Ed. literature on communications and radio, 1959, §7.4.
5. Патент РФ №2383974.5. RF patent No. 2383974.
6. Патент РФ №2470424.6. RF patent No. 2470424.
7. Патент США №6956535.7. US Patent No. 6956535.
8. Гончаренко И.В. Антенны KB и УКВ // Москва: «РадиоСофт», 2004, 128 с.8. Goncharenko I.V. Antennas KB and VHF // Moscow: RadioSoft, 2004, 128 p.
9. Фрадин А.З., Рыжков Е.В. Измерение параметров антенно-фидерных устройств // Москва: Связь, 1972, с. 273.9. Fradin A.Z., Ryzhkov E.V. Measurement of the parameters of antenna-feeder devices // Moscow: Communication, 1972, p. 273.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016140588A RU2625631C1 (en) | 2016-10-14 | 2016-10-14 | Small-size quickly retunable antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016140588A RU2625631C1 (en) | 2016-10-14 | 2016-10-14 | Small-size quickly retunable antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2625631C1 true RU2625631C1 (en) | 2017-07-17 |
Family
ID=59495383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016140588A RU2625631C1 (en) | 2016-10-14 | 2016-10-14 | Small-size quickly retunable antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2625631C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2751648C1 (en) * | 2020-08-26 | 2021-07-15 | Акционерное общество Научно-производственное предприятие "Авиационная и Морская Электроника" | Quickly reconfigurable short-wave capacitive transceiving antenna |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6956535B2 (en) * | 2003-06-30 | 2005-10-18 | Hart Robert T | Coaxial inductor and dipole EH antenna |
| RU2383974C1 (en) * | 2008-09-05 | 2010-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Радиокомпоненты" | Inductance-capacitance antenna |
| RU101273U1 (en) * | 2010-08-09 | 2011-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный рязанский прибороный завод" | ANTENNA WITH AGREEMENT DEVICE |
| RU2470424C1 (en) * | 2011-10-12 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Авиационная и Морская Электроника" | Small-size capacitive antenna with matching inductance coil |
-
2016
- 2016-10-14 RU RU2016140588A patent/RU2625631C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6956535B2 (en) * | 2003-06-30 | 2005-10-18 | Hart Robert T | Coaxial inductor and dipole EH antenna |
| RU2383974C1 (en) * | 2008-09-05 | 2010-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Радиокомпоненты" | Inductance-capacitance antenna |
| RU101273U1 (en) * | 2010-08-09 | 2011-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный рязанский прибороный завод" | ANTENNA WITH AGREEMENT DEVICE |
| RU2470424C1 (en) * | 2011-10-12 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество Научно-производственное предприятие "Авиационная и Морская Электроника" | Small-size capacitive antenna with matching inductance coil |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2751648C1 (en) * | 2020-08-26 | 2021-07-15 | Акционерное общество Научно-производственное предприятие "Авиационная и Морская Электроника" | Quickly reconfigurable short-wave capacitive transceiving antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5999132A (en) | Multi-resonant antenna | |
| Honey | A flush-mounted leaky-wave antenna with predictable patterns | |
| US20120068898A1 (en) | Compact ultra wide band antenna for transmission and reception of radio waves | |
| EP2490295B1 (en) | Antenna | |
| KR20120025587A (en) | An electrically small ultra-wideband antenna for mobile handsets and computer networks | |
| JPH11512891A (en) | Broadband antenna | |
| WO2004062033A1 (en) | Meander line antenna coupler and shielded meander line | |
| CN104505600B (en) | Slotted serial feed micro-strip antenna array for measuring partial discharge signal | |
| RU2625631C1 (en) | Small-size quickly retunable antenna | |
| Turk et al. | Hyper‐wide band TEM horn array design for multi band ground‐penetrating impulse radar | |
| CN113422200A (en) | Back reflection multi-frequency-point hollow built-in antenna and design method thereof | |
| RU2486642C1 (en) | Symmetrical polyconic antenna | |
| CN2600926Y (en) | Double-frequency antenna | |
| Lozano-Claros et al. | Two planar antennas for detection of partial discharge in gas-insulated switchgear (GIS) | |
| Uyanik et al. | A coplanar vivaldi antenna design with improved frequency response for microwave breast imaging | |
| US20040174313A1 (en) | Symmetric, shielded slow wave meander line | |
| Guraliuc et al. | Parasitic current reduction on electrically long coaxial cables feeding dipoles of a collinear array | |
| US3604008A (en) | Tunable moderate-q transmitting antenna | |
| Hussein et al. | Design of Miniature UWB-Based Antenna by Employing a Tri-Sectional SIR Feeder. | |
| Zhuravleva et al. | Electrically Small Antenna for ELT in VHF and UHF bands | |
| Finich et al. | Substrate integrated waveguide cavity backed slot antennas for millimeter-wave applications | |
| RU189384U1 (en) | Broadband aerial based on vibrator with upper capacitive load | |
| Rahman et al. | Designing Of Log Periodic Dipole Antenna (Lpda) And It’s Performance Analysis | |
| Ranga et al. | Gain enhancement of UWB slot with the use of surface mounted short horn | |
| Nimmagadda et al. | Design and development of 33GHz micro strip patch antenna for |