RU2850153C1 - Logo-periodic vibration-spiral antenna - Google Patents
Logo-periodic vibration-spiral antennaInfo
- Publication number
- RU2850153C1 RU2850153C1 RU2025103318A RU2025103318A RU2850153C1 RU 2850153 C1 RU2850153 C1 RU 2850153C1 RU 2025103318 A RU2025103318 A RU 2025103318A RU 2025103318 A RU2025103318 A RU 2025103318A RU 2850153 C1 RU2850153 C1 RU 2850153C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- log
- wire
- turns
- frame
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к построению приемоизлучающих беспроводных устройств, а более конкретно к компактным широкополосным антеннам бегущей волны. Устройство базируется на компромиссном выполнении проволочной логопериодической структуры в виде встречно намотанных на плоский диэлектрический остов сжатых конических спиралей. При этом питание подключается к образующим логопериодическую структуру проволочным вибраторам-виткам в начале намотки через симметрирующе-согласующее устройство, которые в конце намотки замыкаются между собой. Упрощение конструкции сопровождается сохранением основных электрических параметров, присущих вибраторным антеннам бегущей волны, при улучшенном коэффициенте согласования в рабочем диапазоне частот.The invention relates to the design of wireless transceiver devices, and more specifically, to compact broadband traveling-wave antennas. The device is based on a compromise implementation of a log-periodic wire structure consisting of compressed conical spirals wound counter-clockwise on a flat dielectric core. Power is supplied to the wire dipole turns forming the log-periodic structure at the beginning of the winding via a symmetrizing and matching device, which are then shorted together at the end of the winding. Simplification of the design preserves the key electrical parameters inherent in traveling-wave dipole antennas, while improving the matching coefficient across the operating frequency range.
Конструирование направленных антенн в стороны увеличенной электромагнитной доступности и повышенной совместимости работы с различными типами радиоэлектронных средств, в широкой полосе частот, при одновременном сокращении материалоемкости и габаритов таких антенн в упрощенных версиях всегда являлось актуальным.The design of directional antennas with increased electromagnetic accessibility and enhanced compatibility with various types of electronic equipment, over a wide frequency band, while simultaneously reducing the material consumption and dimensions of such antennas in simplified versions has always been relevant.
Известна простая однопроводная антенна бегущей волны (патент US №1381089, от 1920 г.), широко используемая для работы в низкочастотных диапазонах электромагнитного спектра. Антенна Бевереджа представляет собой длинную, замкнутую на нагрузочное сопротивление, проволочную линию, натянутую над проводящей поверхностью на малой высоте.A simple single-wire traveling-wave antenna (US Patent No. 1,381,089, 1920) is widely used for operation in the low-frequency ranges of the electromagnetic spectrum. The Beverage antenna is a long wire line, shorted to a load resistor, stretched at a low altitude above a conducting surface.
Недостатком известной антенны является необходимость для эффективной работы применять длину провода, превышающую длину используемых радиоволн, значительно увеличивая габариты.A disadvantage of the known antenna is that, for effective operation, it requires a wire length exceeding the length of the radio waves used, significantly increasing the dimensions.
Известна приемо-передающая антенна «Дельта CONTACT 2.0» (http://delta3g.ru/CONTACT20.php), предназначенная для работы в сетях 2G, 3G, 4G стандартов связи GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA, HSUPA, WCDMA, Wi-Fi, WiMax, HSPA+, LTE для повышения уровня сигналов и увеличения скорости передачи данных в условиях неустойчивого доступа в Интернет. Известная антенна содержит питающую симметрирующую линию из двух трубок с короткозамкнутым участком, с закрепленными на них десятью парами вибраторов. Каждый из десяти пар вибраторов выполнен из отрезков проволоки, согнутых под углом, имеющих закругленную вершину. Вибраторы закреплены на трубках контактной сваркой. Десять полувибраторов, закрепленных на своих трубках, выполнены из единого зигзагообразно согнутого куска проволоки. Причем коаксиальный кабель, проложенный в одной из трубок, с участком коммутации оплетки на трубку прокладки и центральной жилы на другую трубку в начале антенны, является узлом симметрирования в начале антенны.The Delta CONTACT 2.0 transceiver antenna (http://delta3g.ru/CONTACT20.php) is known to operate in 2G, 3G, 4G networks of the GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA, HSUPA, WCDMA, Wi-Fi, WiMax, HSPA+, LTE communication standards to enhance signal strength and increase data transfer speeds in conditions of unstable Internet access. The known antenna contains a feeding symmetrical line made of two tubes with a short-circuited section, with ten pairs of vibrators attached to them. Each of the ten pairs of vibrators is made of wire segments bent at an angle, having a rounded top. The vibrators are secured to the tubes by contact welding. Ten half-vibrators, attached to their tubes, are made of a single zigzag-bent piece of wire. Moreover, the coaxial cable laid in one of the tubes, with a section of switching the braid to the laying tube and the central core to the other tube at the beginning of the antenna, is the balancing unit at the beginning of the antenna.
Недостатками известной антенны являются технология, требующая усложненной оснастки, значительные габариты и увеличенная металлоемкость для СВЧ-диапазона.The disadvantages of the known antenna are the technology, which requires complex equipment, significant dimensions, and increased metal consumption for the microwave range.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является прототип, известная биспиральная антенна с линейной поляризацией (патент RU №2013830 от 30.05.1994), содержащая две идентичные цилиндрические спирали, имеющие противоположную намотку на оси. Спирали установлены перпендикулярно к металлическому экрану с расстоянием между осями цилиндрических спиралей D, их числом витков N, углом намотки α и диаметрах d, выбранных из соотношений D≥1,2λ; N≥2; α≥14°; 0,35λ≥d≥0,25λ, где λ - рабочая длина волны.The closest to the proposed technical solution is the prototype, a well-known bispiral antenna with linear polarization (RU patent No. 2013830 dated May 30, 1994), containing two identical cylindrical spirals with opposite windings on the axis. The spirals are installed perpendicular to the metal screen with the distance between the axes of the cylindrical spirals D, their number of turns N, winding angle α and diameters d selected from the ratios D ≥ 1.2 λ; N ≥ 2; α ≥ 14°; 0.35 λ ≥ d ≥ 0.25 λ, where λ is the operating wavelength.
Недостатками биспиральной антенны являются повышенные сложность и значительно увеличенные габариты конструкции, материалоемкость и сложность изготовления.The disadvantages of a bispiral antenna are the increased complexity and significantly increased dimensions of the structure, material consumption and manufacturing complexity.
Целью изобретения является логопериодическая вибраторно-витковая антенна линейной поляризации упрощенной конструкции и повышенной технологичностью изготовления с одновременным сохранением основных параметров логопериодических антенн.The aim of the invention is a log-periodic dipole-turn antenna with linear polarization of a simplified design and improved manufacturing technology while simultaneously maintaining the basic parameters of log-periodic antennas.
Указанная цель достигается тем, что логопериодическая вибраторно-витковая антенна состоит из логопериодической структуры с проволочными вибраторами, закрепленными на жестком остове, причем вибраторы выполнены из двух отрезков проволоки встречными витками, в виде сжато-сплюснутых спиралей, вокруг несущего плоского остова. Остов выполнен в виде усеченного равнобедренного треугольника из диэлектрического материала. Начала витков находятся на оси симметрии на разных сторонах плоскости остова, при закреплении переходов витков проволоки на противоположную сторону остова на сторонах треугольника, в крепежных углублениях, в местах окончаний вибраторов. При этом окончания проволок закорочены между собой в конце антенны, причем начала витков проволоки подключены к расположенному на осевой линии антенны симметрирующе-согласующему устройству, к которому подключен питающий коаксиальный кабель, проложенный к концу антенны по осевой линии, внутри сприралей.This goal is achieved by a log-periodic dipole-turn antenna consisting of a log-periodic structure with wire dipoles attached to a rigid frame. The dipoles are made of two lengths of wire wound in opposite turns, in the form of compressed-flattened spirals, around a supporting flat frame. The frame is shaped like a truncated isosceles triangle made of a dielectric material. The origins of the turns are located on the axis of symmetry on opposite sides of the frame plane. When the transitions of the wire turns to the opposite side of the frame are secured to the sides of the triangle, they are secured in mounting recesses at the ends of the dipoles. In this case, the ends of the wires are short-circuited with each other at the end of the antenna, and the beginnings of the wire turns are connected to a symmetrizing-matching device located on the centerline of the antenna, to which a supply coaxial cable is connected, laid to the end of the antenna along the centerline, inside the spirals.
Техническим результатом предлагаемой логопериодической вибраторно-витковой антенны является упрощенная конструкция с повышенной технологичностью изготовления при одновременном сохранении основных параметров логопериодических антенн линейной поляризации.The technical result of the proposed log-periodic dipole-turn antenna is a simplified design with increased manufacturing efficiency while simultaneously maintaining the basic parameters of log-periodic antennas with linear polarization.
Вид предлагаемой антенны иллюстрируется эскизом на фиг. 1 и графическими материалами:The appearance of the proposed antenna is illustrated by the sketch in Fig. 1 and graphic materials:
фиг. 2 - компьютерная модель логопериодической вибраторно-витковой антенны;Fig. 2 - computer model of a log-periodic vibrator-turn antenna;
фиг. 3 - диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскости в исследуемом диапазоне частот;Fig. 3 - radiation patterns in the horizontal and vertical planes in the frequency range under study;
фиг. 4 - график изменения коэффициента согласования в исследуемом диапазоне частот;Fig. 4 - graph of the change in the matching coefficient in the frequency range under study;
фиг. 5 - график изменения коэффициента усиления и коэффициента защитного действия в исследуемом диапазоне частот.Fig. 5 - graph of the change in the gain and protective action coefficient in the studied frequency range.
Логопериодическая вибраторно-витковая антенна (фиг. 1) состоит из логопериодической структуры с проволочными вибраторами 1, 2, закрепленными на жестком остове 3, причем вибраторы 1, 2 выполнены из двух отрезков проволоки встречными витками, в виде сжато-сплюснутых спиралей, вокруг несущего плоского остова 3. Остов 3 выполнен в виде усеченного равнобедренного треугольника из диэлектрического материала. Начала витков находятся на оси симметрии антенны 4 на разных сторонах плоскости остова 3, при закреплении переходов проволоки витков на противоположную сторону остова 3 на сторонах треугольника, в крепежных углублениях 5, в местах окончаний вибраторов 6. При этом окончания проволок закорочены между собой в конце антенны 7, причем начала витков 1, 2 проволок подключены к расположенному на осевой линии антенны симметрирующе-согласующему устройству 8, к которому подключен питающий коаксиальный кабель (на фиг. не показан), проложенный к концу антенны по осевой линии 4, внутри спиралей.The log-periodic vibrator-turn antenna (Fig. 1) consists of a log-periodic structure with wire vibrators 1, 2, fixed on a rigid frame 3, wherein the vibrators 1, 2 are made from two pieces of wire with opposite turns, in the form of compressed-flattened spirals, around a supporting flat frame 3. Frame 3 is made in the form of a truncated isosceles triangle made of a dielectric material. The beginnings of the turns are located on the axis of symmetry of the antenna 4 on different sides of the plane of the frame 3, when fastening the transitions of the wire turns to the opposite side of the frame 3 on the sides of the triangle, in the fastening recesses 5, in the places of the ends of the vibrators 6. In this case, the ends of the wires are short-circuited among themselves at the end of the antenna 7, and the beginnings of the turns 1, 2 of the wires are connected to the symmetrizing-matching device 8 located on the axial line of the antenna, to which the supply coaxial cable (not shown in the figure) is connected, laid to the end of the antenna along the axial line 4, inside the spirals.
Логопериодическая вибраторно-витковая антенна обеспечивает прием и излучение радиоволн с линейной поляризацией. В отличие от прототипа, в котором при совместной работе двух идентичных цилиндрических спиралей, имеющих противоположную намотку, происходит компенсация воздействия токов встречных направлений и сложение параллельных, в свою очередь, в предложенном устройстве проводники 1 и 2 в виде сжатых спиралей реализуют воздействие только токов параллельных направлений. При этом минимальная ортогональная поляризация возникает только из-за разноса проводников 1 и 2 на толщину остова 3 и его диэлектрической проницаемости. Одновременно сохраняется минимальная реактивная составляющая импеданса антенны, присущая спиральным системам. Дополнительно к этому, окончания проволок, закороченных между собой в конце антенны 7 без использования экранирующего элемента, упрощают конструкцию устройства, снижают металлоемкость и габариты антенны.A log-periodic dipole-turn antenna provides reception and transmission of linearly polarized radio waves. Unlike the prototype, in which the combined operation of two identical cylindrical helices with opposite windings compensates for the effects of opposing currents and adds parallel currents, in the proposed device, conductors 1 and 2, in the form of compressed helices, only realize the effects of parallel currents. Minimal orthogonal polarization occurs only due to the separation of conductors 1 and 2 by the thickness of core 3 and its permittivity. At the same time, the minimal reactive component of the antenna impedance, inherent in helical systems, is preserved. Additionally, the ends of the wires, shorted together at the end of antenna 7 without the use of a shielding element, simplify the design of the device, reducing the metal consumption and the antenna's dimensions.
Компьютерное моделирование логопериодической вибраторно-витковой антенны (компьютерная модель на фиг. 2) полностью подтверждает теоретические предпосылки, что удостоверяется исследованием версии антенны в диапазоне 1700-2800 МГц, при намотке медной проволокой диаметром 0,6 мм на усеченный треугольник с основаниями 8 и 2,5 см при высоте по оси симметрии 7,5 см (фиг. 1). Итоги компьютерного моделирования показывают одностороннюю направленность работы антенны во всем исследуемом диапазоне частот (фиг. 3), плавно изменяющиеся коэффициент согласования с величиной, характерной для использования в режиме приема и передачи (фиг. 4), коэффициент усиления и защитного действия (фиг. 5).Computer simulation of a log-periodic dipole-turn antenna (computer model in Fig. 2) fully confirms the theoretical assumptions, which is confirmed by studying the antenna version in the range of 1700-2800 MHz, with winding of copper wire with a diameter of 0.6 mm on a truncated triangle with bases of 8 and 2.5 cm at a height along the axis of symmetry of 7.5 cm (Fig. 1). The results of the computer simulation show a unilateral directivity of the antenna in the entire studied frequency range (Fig. 3), a smoothly changing matching coefficient with a value characteristic of use in the receive and transmit mode (Fig. 4), gain and protective action (Fig. 5).
Таким образом, предлагаемая логопериодическая вибраторно-витковая антенна нашла направление устройства логопериодических антенн упрощенной конструкции при использовании иного принципа обеспечения работы.Thus, the proposed log-periodic vibrator-turn antenna has found a direction for the design of log-periodic antennas of a simplified design using a different operating principle.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2850153C1 true RU2850153C1 (en) | 2025-11-05 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4492964A (en) * | 1981-10-09 | 1985-01-08 | Gte Products Corporation | Groundplane mounted log-periodic antenna |
| US4675690A (en) * | 1984-05-25 | 1987-06-23 | Revlon, Inc. | Conical spiral antenna |
| RU37876U1 (en) * | 2003-12-03 | 2004-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛОКУС НТЦ" | LOGOPERIODIC ANTENNA |
| RU151057U1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-03-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие оборудования систем телекоммуникаций" | LOGOPERIODIC ANTENNA |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4492964A (en) * | 1981-10-09 | 1985-01-08 | Gte Products Corporation | Groundplane mounted log-periodic antenna |
| US4675690A (en) * | 1984-05-25 | 1987-06-23 | Revlon, Inc. | Conical spiral antenna |
| RU37876U1 (en) * | 2003-12-03 | 2004-05-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛОКУС НТЦ" | LOGOPERIODIC ANTENNA |
| RU151057U1 (en) * | 2014-03-12 | 2015-03-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие оборудования систем телекоммуникаций" | LOGOPERIODIC ANTENNA |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DuHamel R., Ore F. "Logarithmically periodic antenna designs" /1958 IRE International Convention Record, IEEE, 1966, Т.6. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9083076B2 (en) | Dipole antenna assembly having an electrical conductor extending through tubular segments and related methods | |
| US7151497B2 (en) | Coaxial antenna system | |
| US20060038730A1 (en) | Litzendraht loop antenna and associated methods | |
| US5563615A (en) | Broadband end fed dipole antenna with a double resonant transformer | |
| US4400702A (en) | Shortened antenna having coaxial lines as its elements | |
| CN102460832A (en) | A compact ultra wide band antenna for transmission and reception of radio waves | |
| CN1768450A (en) | Dielectrically-loaded antenna | |
| US6034648A (en) | Broad band antenna | |
| US4890116A (en) | Low profile, broad band monopole antenna | |
| US20100019979A1 (en) | Tulip antenna with tuning stub | |
| US9276310B1 (en) | Omnidirectional helically arrayed antenna | |
| KR101859179B1 (en) | Compact, wideband log-periodic dipole array antenna | |
| RU2850153C1 (en) | Logo-periodic vibration-spiral antenna | |
| CN111313146A (en) | Ultra-wideband dipole antenna | |
| US3737910A (en) | Multielement radio-frequency antenna structure having helically coiled conductive elements | |
| US4439772A (en) | Inductor type half wave antenna | |
| CN210628484U (en) | Ultra-wideband dipole antenna | |
| US3432858A (en) | Short dipole antenna | |
| KR101816018B1 (en) | Compact, wideband log-periodic dipole array antenna | |
| CN210956990U (en) | Ultra-wideband dipole antenna | |
| CN218975786U (en) | Wifi 5G high-gain omnidirectional antenna | |
| RU2132587C1 (en) | Compact wide-band dipole | |
| RU2046470C1 (en) | Antenna | |
| RU2843083C1 (en) | Broadband matching device | |
| CN114300833B (en) | Cone antenna and digital broadcasting antenna |