[go: up one dir, main page]

RU2380799C1 - Compact circularly polarised antenna with spread frequency band - Google Patents

Compact circularly polarised antenna with spread frequency band Download PDF

Info

Publication number
RU2380799C1
RU2380799C1 RU2008134341/09A RU2008134341A RU2380799C1 RU 2380799 C1 RU2380799 C1 RU 2380799C1 RU 2008134341/09 A RU2008134341/09 A RU 2008134341/09A RU 2008134341 A RU2008134341 A RU 2008134341A RU 2380799 C1 RU2380799 C1 RU 2380799C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
board
circular polarization
polarization antenna
conductive
antenna according
Prior art date
Application number
RU2008134341/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Витальевич Татарников (RU)
Дмитрий Витальевич Татарников
Антон Павлович Степаненко (RU)
Антон Павлович Степаненко
Андрей Витальевич Астахов (RU)
Андрей Витальевич Астахов
Владимир Сергеевич Филиппов (RU)
Владимир Сергеевич Филиппов
Original Assignee
Дмитрий Витальевич Татарников
Антон Павлович Степаненко
Андрей Витальевич Астахов
Владимир Сергеевич Филиппов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Витальевич Татарников, Антон Павлович Степаненко, Андрей Витальевич Астахов, Владимир Сергеевич Филиппов filed Critical Дмитрий Витальевич Татарников
Priority to RU2008134341/09A priority Critical patent/RU2380799C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2380799C1 publication Critical patent/RU2380799C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: compact circularly polarised antenna with a spread frequency band is proposed, in which a circularly polarised emitter 21 lies over a conducting screen of defined size, and consists of a set of N segments 21a of conducting material with defined surface form. The exciter is made as a non-resonant emitter consisting of a conducting flat plate lying over the screen 20 and in parallel with it; and two printed circuit boards on which there are conducting elements of the excitation system. The boards are mutually perpendicular to each other and are placed on screen 20 perpendicular to it, as well as respectively perpendicular to the flat conducting plate which is placed over these two boards. Microstrip lines form power dividers which provide equal amplitude field excitation in the gaps between the said conductors of given width.
EFFECT: proposed design of the compact circularly polarised antenna with a spread frequency band provides the required azimuthal uniformity of the directional pattern and maximum frequency band.
24 cl, 20 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к антеннам и, в частности, к всенаправленным антеннам, которые используются в системе глобальной навигации и определения положения (GPS) и в глобальной навигационной спутниковой системе (GNSS).The present invention relates to antennas and, in particular, to omnidirectional antennas that are used in a global navigation and positioning system (GPS) and in a global navigation satellite system (GNSS).

Уровень техникиState of the art

В настоящее время существует множество антенн для GPS применения. Они имеют различное конструктивное выполнение и решают основные задачи приема, возникающие при работе с сигналами GPS. Так, из патента US 6618016, опубл. 2003-09-09, известна антенна 10 для приема сигналов GPS, включающая блок резонатора 12, в котором проводящая верхняя поверхность 14 расположена на определенном расстоянии от нижней поверхности 16. На фиг.1 показана верхняя поверхность 14, расположенная на печатной плате и нижней поверхностью 16 сформированная из слоя металлического материала. Блок резонатора 12 в этой конфигурации также включает вертикальную периферийную проводящую боковую стенку и внутреннее вертикальное проводящее разделение, отделяющее пространство внутри упомянутых четырех секций, одно для каждого элемента щели. Антенна включает четыре элемента щели 21, 22, 23, 24, каждый включает щель в верхней поверхности 12. Каждая щель формируется излучающим элементом с подключенным внутренним крестообразным шлейфом возбуждения, на который подается питание через коаксиальный соединитель, простирающийся через нижнюю поверхность резонатора 12, как будет описано далее. Элементы щели 21-24 выстраиваются раздельно вокруг вертикальной оси 26. Таким образом, элементы щели простираются радиально относительно вертикальной оси и раздельно в азимуте последовательно с 90° угловым смещением. Также имеется четыре изогнутых элемента 31, 32, 33, 34 (несимметричных вибраторов), которые простираются выше верхней поверхности 14 и выстраиваются отдельно вокруг вертикальной оси 26. Каждый из монопольных элементов 31, 32, 33, 34 содержит расположенную вертикально вверх первую часть и вторую часть, простирающуюся внутрь к вертикальной оси. Таким образом, они выстраиваются в двух промежутках противоположных пар с соответствующими вторыми частями каждой пары, простирающейся горизонтально друг к другу. Сборка делителя (моста) 40 представляет собой панель, которая расположена прилегающей к верхней поверхности 14 и центрально к первым частям элементов 31-34. Сборка делителя 40 размещена в пределах контура монопольных элементов и может включать коаксиальные соединители и другие элементы, которые расположены ниже верхней поверхности 14 в центральной части делителя, который отгорожен от индивидуальных частей делителя, используемых для элементов щели 21-24. Делитель 40 соединен с монопольными элементами, чтобы объединять сигналы для всенаправленной диаграммы направленности (ДН) антенны и множества дополнительных ДН. Для этого делитель 40 содержит схему формирования луча, например, делитель может включить схему формирования луча, связанную с каждым из элементов 31-34 и индивидуального порта входа/выхода для каждого из элементов щели 21-24. Технология, раскрытая в патенте US 6618016, имеет сложную конструкцию системы возбуждения и не обеспечивает требуемую полосу пропускания и необходимую азимутальную равномерность ДН.Currently, there are many antennas for GPS applications. They have a different design and solve the main reception tasks that arise when working with GPS signals. So, from patent US 6618016, publ. 2003-09-09, a known antenna 10 for receiving GPS signals, including a resonator block 12, in which the conductive upper surface 14 is located at a certain distance from the lower surface 16. Figure 1 shows the upper surface 14 located on the printed circuit board and the lower surface 16 formed from a layer of metallic material. The resonator unit 12 in this configuration also includes a vertical peripheral conductive side wall and an internal vertical conductive separation separating the space inside the four sections, one for each slot element. The antenna includes four elements of the slit 21, 22, 23, 24, each includes a slot in the upper surface 12. Each slot is formed by a radiating element with an internal cross-shaped excitation loop connected to it, which is supplied with power through a coaxial connector extending through the lower surface of the resonator 12, as described later. The elements of the slit 21-24 are arranged separately around the vertical axis 26. Thus, the elements of the slit extend radially relative to the vertical axis and separately in azimuth sequentially with a 90 ° angular displacement. There are also four curved elements 31, 32, 33, 34 (asymmetric vibrators), which extend above the upper surface 14 and are arranged separately around the vertical axis 26. Each of the monopoly elements 31, 32, 33, 34 contains the first part and the second vertically upward the part extending inward to the vertical axis. Thus, they line up in two spaces of opposite pairs with the corresponding second parts of each pair extending horizontally to each other. The assembly of the divider (bridge) 40 is a panel that is adjacent to the upper surface 14 and central to the first parts of the elements 31-34. The assembly of the divider 40 is placed within the contour of the monopoly elements and may include coaxial connectors and other elements that are located below the upper surface 14 in the Central part of the divider, which is fenced off from the individual parts of the divider used for the elements of the slots 21-24. The divider 40 is connected to monopoly elements to combine signals for an omnidirectional radiation pattern (LH) of the antenna and many additional LHs. For this, the divider 40 contains a beam-forming circuit, for example, the divider can include a beam-forming circuit associated with each of the elements 31-34 and an individual input / output port for each of the elements of the slit 21-24. The technology disclosed in US Pat. No. 6,618,016 has a complex excitation system design and does not provide the required bandwidth and the required azimuthal uniformity of the pattern.

Таким образом, существует потребность в преодолении этих проблем, для чего предложена конструкция антенны, позволяющая обеспечить требуемую азимутальную равномерность ДН, максимальную полосу пропускания, при этом снизить общий размер и вес антенны.Thus, there is a need to overcome these problems, for which an antenna design is proposed that allows us to provide the required azimuthal uniformity of the beam pattern, maximum bandwidth, while reducing the overall size and weight of the antenna.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Согласно настоящему изобретению предложена компактная антенна круговой поляризации с расширенной полосой частот, содержащая излучатель круговой поляризации, под которым размещено возбуждающее устройство, причем излучатель круговой поляризации расположен над проводящим экраном заданного размера и состоит из набора N сегментов проводящего материала с определенной формой поверхности, а устройство возбуждения выполнено как нерезонансный излучатель, состоящий из проводящей плоской пластинки, расположенной над упомянутым проводящим экраном заданного размера и параллельно ему и двух диэлектрических плат, на которых расположены проводящие элементы системы возбуждения. Две платы ориентированы взаимно перпендикулярно между собой и размещены на упомянутом проводящем экране перпендикулярно к нему, а также соответственно перпендикулярно упомянутой плоской проводящей пластинке, которая оказывается размещенной сверху этих двух плат. В центре каждой платы системы возбуждения имеется по вырезу, с помощью которого они вставлены одна в другую.According to the present invention, a compact circular polarization antenna with an expanded frequency band is provided, comprising a circular polarization emitter, under which an exciting device is placed, the circular polarizing emitter located above a conductive screen of a given size and consists of a set of N segments of conductive material with a certain surface shape, and an excitation device made as a non-resonant emitter, consisting of a conductive flat plate located above said conductive a crane of a given size and parallel to it, and two dielectric boards on which conductive elements of the excitation system are located. Two boards are oriented mutually perpendicular to each other and are placed on said conductive screen perpendicular to it, and also respectively perpendicular to said flat conductive plate, which is located on top of these two boards. In the center of each circuit board of the excitation system there is a cut-out with which they are inserted one into the other.

На каждой прямоугольной плате с одной ее стороны расположены проводники заданной ширины, которые простираются вдоль контура платы с перемычкой посередине. При этом около каждой короткой стороны платы указанные проводники имеют между собой зазор определенной величины. В каждой плате проводники электрически соединены, например, путем пайки с упомянутой проводящей плоской пластинкой и упомянутым проводящим экраном. С другой стороны каждой платы противоположно упомянутым проводникам заданной ширины расположены проводники заданной длины и ширины, образующие микрополосковые линии. Причем экранами этих микрополосковых линий являются упомянутые выше проводники заданной ширины, расположенные на обратной стороне платы.On each rectangular board, on one side there are conductors of a given width, which extend along the circuit board with a jumper in the middle. Moreover, near each short side of the board, these conductors have a gap of a certain size between them. In each board, the conductors are electrically connected, for example, by soldering with said conductive flat plate and said conductive screen. On the other hand of each board, opposite to said conductors of a given width, there are conductors of a given length and width forming microstrip lines. Moreover, the screens of these microstrip lines are the above-mentioned conductors of a given width, located on the back of the board.

Микрополосковые линии на каждой печатной плате образуют делители мощности, которые обеспечивают равноамплитудное и противофазное возбуждение поля в зазорах между упомянутыми металлическими проводниками заданной ширины, расположенных на одной плате.The microstrip lines on each printed circuit board form power dividers that provide equal-amplitude and antiphase field excitation in the gaps between the said metal conductors of a given width located on one board.

Каждый равноамплитудный делитель мощности выполнен в виде входной микрополосковой линии с волновым сопротивлением W, которая далее от центра платы по ее контуру разветвляется на две микрополосковые линии равной длины с волновым сопротивлением 2W. Каждая входная микрополосковая линия с волновым сопротивлением W на краю каждой платы системы возбуждения соединена с одним из выходов квадратурного делителя мощности (т.е. делителя, сигналы на выходе которого имеют сдвиг фазы 90°), размещенного, например, на упомянутом проводящем плоском экране заданного размера. Вход квадратурного делителя мощности является входом антенны, который может быть подключен к приемнику или передатчику. Четыре зазора, в которых возбуждается электромагнитное поле (по два на каждой плате), расположены осесимметрично на окружности заданного радиуса.Each equal-amplitude power divider is made in the form of an input microstrip line with wave impedance W, which further branches from the center of the board along its circuit into two microstrip lines of equal length with wave impedance 2W. Each input microstrip line with wave impedance W at the edge of each circuit board of the excitation system is connected to one of the outputs of a quadrature power divider (i.e., a divider whose output signals have a phase shift of 90 °) located, for example, on the said conducting flat screen of a given size. The quadrature power divider input is an antenna input that can be connected to a receiver or transmitter. Four gaps in which an electromagnetic field is excited (two on each board) are located axisymmetrically on the circumference of a given radius.

Входное сопротивление в каждом зазоре обеспечивает оптимальное согласование с микрополосковой линией с волновым сопротивлением 2W. На практике обычно величина W выбирается равной 50 Ом, хотя возможны другие величины.The input impedance in each gap provides optimal matching with a microstrip line with a wave impedance of 2W. In practice, the value of W is usually chosen to be 50 Ohms, although other values are possible.

Противофазное возбуждение поля в каждой паре зазоров, находящихся на одной плате, достигается разнонаправленным включением в эти зазоры проводников, которые являются окончаниями микрополосковых линий, подключенных к выходу делителя.The antiphase field excitation in each pair of gaps located on one board is achieved by the multidirectional inclusion of conductors in these gaps, which are the ends of the microstrip lines connected to the output of the divider.

Для этого первая микрополосковая линия с волновым сопротивлением 2W, расположенная вблизи одной короткой стороны платы системы возбуждения в области платы, противоположной области зазора между проводниками заданной ширины, проходит противоположно упомянутым проводникам заданной ширины и над верхним его окончанием и с помощью металлизированного отверстия в плате замыкается на нижнее его окончание. У противоположной короткой стороны платы соответственно вторая микрополосковая линия с волновым сопротивлением 2W проходит противоположно и над нижним окончанием проводника заданной ширины, где с помощью металлизированного отверстия замыкается на верхнее его окончание.For this, the first microstrip line with a wave impedance of 2W, located near one short side of the excitation system board in the area of the board opposite the gap between conductors of a given width, passes opposite the said conductors of a given width and closes over its upper end and with a metallized hole in the board its lower end. On the opposite short side of the board, respectively, the second microstrip line with wave impedance 2W runs opposite and above the lower end of the conductor of a given width, where it closes to its upper end using a metallized hole.

Как вариант, упомянутые микрополосковые линии с волновым сопротивлением 2W могут не иметь короткого замыкания с проводником заданной ширины, а оканчиваться элементами в виде расширенных площадок, которые вместе с соответствующим им окончанием проводника заданной ширины, расположенным на противоположной стороне платы, образуют конденсатор, емкость которого определяется площадью упомянутых площадок.Alternatively, the aforementioned microstrip lines with a wave impedance of 2W may not have a short circuit with a conductor of a given width, but end with elements in the form of expanded pads, which, together with the corresponding end of a conductor of a given width located on the opposite side of the board, form a capacitor whose capacitance is determined the area of the mentioned sites.

Как вариант, в области упомянутых зазоров, образованных окончаниями двух проводников заданной ширины, упомянутые окончания проводников могут сужаться и оканчиваться в форме треугольника или трапеций.Alternatively, in the region of said gaps formed by the ends of two conductors of a given width, said ends of the conductors may taper and end in the shape of a triangle or trapezoid.

Плоская проводящая пластинка может быть выполнена в виде круга, квадрата или любой другой формы, известной специалисту в данной области техники, и ее габаритный размер составляет порядка 0.15…0.25 λ длины волны сигнала.A flat conductive plate can be made in the form of a circle, square or any other shape known to a person skilled in the art, and its overall size is about 0.15 ... 0.25 λ wavelength of the signal.

Сегменты из проводящего материала являются сегментами выпуклой поверхности, минимальный и максимальный размеры которой ограничены областью, заключенной между двумя сферами (полусферами) определенных радиусов и имеющих общую центральную точку. Набор N сегментов поверхности размещен на диэлектрической поддерживающей опоре соответствующей формы, например полусферы или полуэллипсоида, и другой, которые могут быть выполнены сверху усеченными. Причем каждый из упомянутых N сегментов выполнен сужающимся от нижнего края формы к ее верху. Диэлектрическая опора может быть выполнена и как каркас для скрепления N сегментов поверхности. Между проводящим экраном заданного размера и проводящими сегментами N излучателя круговой поляризации имеется определенный зазор, который может быть сформирован указанной диэлектрической опорой.Segments of conductive material are segments of a convex surface, the minimum and maximum dimensions of which are limited by the region enclosed between two spheres (hemispheres) of certain radii and having a common central point. A set of N surface segments is placed on a dielectric support bearing of an appropriate shape, for example a hemisphere or half ellipsoid, and another, which can be truncated from above. Moreover, each of the mentioned N segments is made tapering from the lower edge of the form to its top. The dielectric support can also be made as a frame for fastening N surface segments. There is a certain gap between the conductive screen of a given size and the conductive segments N of the circular polarization emitter, which can be formed by the indicated dielectric support.

Также сверху диэлектрической опоры излучателя круговой поляризации может быть размещен дополнительный сегмент излучателя из проводящего материала заданного размера и определенной формы (круга, квадрата или другой).Also, on top of the dielectric support of the circular polarization emitter, an additional segment of the emitter of conductive material of a given size and a certain shape (circle, square or other) can be placed.

Эти и другие аспекты, конструктивные особенности и преимущества предложенного изобретения станут очевидными из следующего детального описания предпочтительных вариантов конструкции, которое должно читаться совместно с сопроводительными чертежами.These and other aspects, design features and advantages of the proposed invention will become apparent from the following detailed description of preferred design options, which should be read in conjunction with the accompanying drawings.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 показывает конструкцию известной антенны круговой поляризации.Figure 1 shows the construction of a known circular polarization antenna.

Фиг.2 показывает общий вид излучателя из восьми полусферических сегментов, который размещен над плоским экраном.Figure 2 shows a General view of the emitter of eight hemispherical segments, which is placed above the flat screen.

Фиг.3а-3b показывает модель сферического излучателя над плоским экраном с соответствующими параметрами.Figa-3b shows a model of a spherical emitter above a flat screen with appropriate parameters.

Фиг.4 показывает азимутальные диаграммы направленности в экваториальной плоскости (θ=90°) для разного количества секторов N.Figure 4 shows the azimuthal radiation patterns in the equatorial plane (θ = 90 °) for a different number of sectors N.

Фиг.5 показывает частотные характеристики импеданса сектора для восьми секторов (N=8) для различных значений радиуса излучателя r0.Figure 5 shows the frequency characteristics of the sector impedance for eight sectors (N = 8) for different values of the radiator radius r0.

Фиг.6 показывает частотные характеристики импеданса сектора в составе излучателя из восьми секторов (N=8).6 shows the frequency characteristics of the impedance of the sector in the composition of the emitter of eight sectors (N = 8).

Фиг.7 показывает диаграмму направленности в меридиональной плоскости.7 shows a radiation pattern in the meridional plane.

Фиг.8 показывает график зависимости коэффициента стоячей волны от частоты (VSWR).Fig. 8 shows a graph of the standing wave coefficient versus frequency (VSWR).

Фиг.9 показывает вид сбоку в разрезе предложенной компактной антенны круговой поляризации с расширенной полосой частот.Fig.9 shows a side view in section of the proposed compact circular-polarized antenna with an expanded frequency band.

Фиг.10 показывает вид сбоку в разрезе предложенной компактной антенны круговой поляризации с расширенной полосой частот с соответствующими размерами.Figure 10 shows a side view in section of the proposed compact circular-polarized antenna with an expanded frequency band with corresponding dimensions.

Фиг.11 показывает вид сверху печатной платы системы возбуждения.11 shows a top view of a circuit board of an excitation system.

Фиг.12-14 показывает общий вид сбоку соответствующих сторон двух печатных плат.12-14 shows a general side view of the respective sides of two printed circuit boards.

Фиг.15 показывает условную схему деления с последовательным 90° фазовым сдвигом.Fig. 15 shows a conventional division diagram with a sequential 90 ° phase shift.

Фиг.16 показывает общий вид системы возбуждения предложенной компактной антенны круговой поляризации с расширенной полосой частот.Fig.16 shows a General view of the excitation system of the proposed compact circular polarized antenna with an expanded frequency band.

Фиг.17 показывает общий вид излучателя компактной антенны круговой поляризации с расширенной полосой частот, выполненный из восьми полусферических сегментов.Fig.17 shows a General view of the emitter of a compact circular polarized antenna with an expanded frequency band, made of eight hemispherical segments.

Фиг.18а-с показывает различные формы излучателя компактной антенны круговой поляризации с расширенной полосой частот.Figs. 18a-c show various forms of an emitter of a compact circular polarized antenna with an extended frequency band.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Излучатель 21 круговой поляризации расположен над проводящим плоским экраном 20 определенного размера и представляет собой набор из N проводящих сегментов 21а выпуклой поверхности, в частности, в форме полуэллипсоида или полусферы или пирамиды, выполненных, например, из фольги и наклеенных на диэлектрическую поддерживающую опору 22 и скрепленных вместе диэлектрическими элементами 22а.The circular polarization emitter 21 is located above a conductive flat screen 20 of a certain size and is a set of N conductive segments 21a of a convex surface, in particular in the form of a semi-ellipsoid or hemisphere or pyramid made, for example, of foil and glued to a dielectric support support 22 and fastened together with dielectric elements 22a.

Частотные свойства и диаграмма направленности излучателя 21 определяются, в первую очередь, геометрическими параметрами выпуклой поверхности, которая задает форму излучающих проводящих сегментов, а также количеством этих сегментов N. Для уменьшения азимутальных неравномерностей электромагнитного поля необходимо увеличивать количество секторов-сегментов, что приводит к уменьшению углового азимутального размера Δφ каждого сектора.The frequency properties and radiation pattern of the emitter 21 are determined, first of all, by the geometric parameters of the convex surface, which determines the shape of the radiating conductive segments, and also by the number of these segments N. To reduce the azimuthal irregularities of the electromagnetic field, it is necessary to increase the number of sector segments, which leads to a decrease in the angular azimuthal size Δφ of each sector.

Для оценки свойств антенны круговой поляризации рассмотрим сферическую модель излучателя, где упомянутой выпуклой поверхностью является полусфера. Считая, что сферические сегменты являются достаточно узкими, будем использовать меридиональную составляющую электрического тока jθ и предположим распределение электрического тока совпадающим с низшим резонансным типом колебаний. Так, геометрические размеры каждого сферического сегмента могут задаваться (фиг.3а-3b) радиусом r0 от вертикальной оси симметрии антенны, угловыми размерами: по меридиану Δθ, по азимуту Δφ и угловыми координатами меридиану и азимуту соответственно: θ0 и φα. Здесь α=1,2…N - номер сегмента, N - число сегментов. На фиг.2 и 3а-3b изображен случай для N=8. Предполагается, что система сегментов расположена на бесконечном плоском идеально проводящем экране.To evaluate the properties of a circular polarized antenna, we consider a spherical model of the emitter, where the hemisphere is the convex surface mentioned. Assuming that the spherical segments are narrow enough, we will use the meridional component of the electric current j θ and assume the distribution of the electric current to coincide with the lower resonance type of oscillation. So, the geometric dimensions of each spherical segment can be specified (figa-3b) with a radius r 0 from the vertical axis of symmetry of the antenna, angular dimensions: along the meridian Δθ, azimuth Δφ and angular coordinates of the meridian and azimuth, respectively: θ 0 and φ α . Here α = 1,2 ... N is the segment number, N is the number of segments. 2 and 3a-3b show the case for N = 8. It is assumed that the system of segments is located on an endless flat ideally conducting screen.

Объемная плотность меридионального тока сегмента при низшем резонансном колебании записывается как:The bulk density of the meridional current of the segment at the lowest resonance oscillation is written as:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000003
Figure 00000004

δ(x) - дельта-функция.δ (x) is the delta function.

Так как антенна работает в режиме круговой поляризации, то амплитуды токов каждого сегмента:Since the antenna operates in circular polarization mode, the amplitudes of the currents of each segment:

Figure 00000005
Figure 00000005

Отсюда следует, что токи на противоположных парах сегментов имеют сдвиг фазы π (фиг.3а), т.е. противофазны.It follows that the currents on the opposite pairs of segments have a phase shift π (figa), i.e. are out of phase.

Задача определения электрического и магнитного полей тока с объемной плотностью (1) решается известными методами путем представления функции Грина в виде разложения по сферическим гармоникам [L.Felsen, N.Marcuvitz, Radiation and Scattering of Waves, vol.2, 1973]. Тогда выражение для полного сопротивления тока сегмента jα имеет вид:The problem of determining the electric and magnetic fields of current with a bulk density (1) is solved by known methods by representing the Green's function in the form of expansion in spherical harmonics [L. Felsen, N. Marcuvitz, Radiation and Scattering of Waves, vol.2, 1973]. Then the expression for the total current resistance of the segment j α has the form:

Figure 00000006
Figure 00000006

гдеWhere

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Здесь

Figure 00000013
- присоединенные функции Лежандра,
Figure 00000014
Figure 00000015
- соответственно функция Бесселя и функция Ханкеля второго рода порядка
Figure 00000016
Выражение для диаграммы направленности имеет вид:Here
Figure 00000013
- the associated functions of Legendre,
Figure 00000014
Figure 00000015
- respectively, the Bessel function and the Hankel function of the second kind of order
Figure 00000016
The expression for the radiation pattern has the form:

Figure 00000017
В приведенных выражениях учтено наличие зеркальных токов относительно плоского экрана.
Figure 00000017
In the above expressions, the presence of mirror currents relative to a flat screen is taken into account.

Результаты расчетов по формулам (4) и (5) представлены на фиг.4-7.The results of the calculations according to formulas (4) and (5) are presented in Figs. 4-7.

Так, на фиг.4 показаны азимутальные диаграммы направленности в экваториальной плоскости (θ=90°) для разного количества сегментов N. При увеличении количества сегментов амплитуда азимутальных осцилляций уменьшается. При N=8 азимутальные осцилляции практически отсутствуют.So, figure 4 shows the azimuthal radiation patterns in the equatorial plane (θ = 90 °) for a different number of segments N. With an increase in the number of segments, the amplitude of azimuthal oscillations decreases. At N = 8, azimuthal oscillations are practically absent.

На фиг.5-6 показаны частотные характеристики импеданса сектора для случая, когда рассматриваемая структура содержит восемь секторов (N=8). По оси абсцисс показано в процентах отклонение частоты относительно центральной частоты диапазона. Частотные свойства системы оценивались из условия равенства нулю реактивной составляющей входного сопротивления.Figure 5-6 shows the frequency characteristics of the impedance of the sector for the case when the considered structure contains eight sectors (N = 8). The abscissa shows the percentage deviation of the frequency relative to the center frequency of the range. The frequency properties of the system were estimated from the condition that the reactive component of the input resistance is equal to zero.

На фиг.5 показаны кривые для различных значений радиуса r0. При этом угловой размер сегмента Δθ не менялся. При радиусе r0 порядка 0.3λ кривая Im(Z) приобретает выпуклый характер. В этом случае реактивная составляющая импеданса незначительно отличается от нуля в диапазоне частот порядка 50%, что говорит о существенном расширении полосы частот. При уменьшении радиуса r0 резонанс становится узкополосным и смещается в область высоких частот.Figure 5 shows the curves for various values of the radius r0. In this case, the angular size of the segment Δθ did not change. For a radius r0 of the order of 0.3λ, the curve Im (Z) acquires a convex character. In this case, the reactive component of the impedance slightly differs from zero in the frequency range of about 50%, which indicates a significant expansion of the frequency band. As the radius r0 decreases, the resonance becomes narrow-band and shifts to the high-frequency region.

На фиг.6 показаны кривые для различных значений углового размера Δθ при фиксированном радиусе r0. При небольших значениях углового размера Δθ реактивная составляющая импеданса имеет емкостный характер. Однако при увеличении Δθ наблюдается уменьшение значения реактивной составляющей с переходом в индуктивную область. При значениях Δθ порядка 80° реактивная составляющая мала в наиболее широкой полосе частот. При дальнейшем увеличении Δθ (т.е. при уменьшении зазора между проводящей поверхностью сегмента и экраном) реактивная составляющая импеданса на центральной частоте становится существенно индуктивной, что затрудняет согласование излучателя с фидером.Figure 6 shows the curves for different values of the angular size Δθ with a fixed radius r0. For small values of the angular size Δθ, the reactive component of the impedance is capacitive in nature. However, with an increase in Δθ, a decrease in the value of the reactive component with a transition to the inductive region is observed. For Δθ values of the order of 80 °, the reactive component is small in the widest frequency band. With a further increase in Δθ (i.e., with a decrease in the gap between the conducting surface of the segment and the screen), the reactive component of the impedance at the center frequency becomes substantially inductive, which makes it difficult to match the emitter with the feeder.

На фиг.7 показана диаграмма направленности в меридиональной плоскости, которая имеет слабонаправленный столообразный характер во всей передней полусфере. Это позволяет обеспечить хорошее качество принимаемого сигнала для спутников навигационных систем и систем связи, расположенных под углами, близкими к горизонту.Figure 7 shows the radiation pattern in the meridional plane, which has a slightly directed table-shaped character in the entire front hemisphere. This allows you to ensure good quality of the received signal for satellites of navigation systems and communication systems located at angles close to the horizon.

Таким образом, при величинах радиуса сферы r0=0.3λ расчетные результаты показывают возможность работы излучателя в полосе 50%. При этом угловой размер сектора по меридиональному углу Δθ составляет порядка Δθ=80°. Следует заметить, что при моделировании был сделан ряд допущений, а именно: использовано одномодовое приближение для плотности тока сегментов, не учитывалась его азимутальная составляющая, а также не учитывалось влияние элементов конструкции возбудителя. Поэтому приведенные выше величины размеров носят ориентировочный характер. Далее будут приведены геометрические размеры излучателя, обеспечивающего работу на частотах 1150-1730 мГц, полученные экспериментальным путем.Thus, for the radius of the sphere r0 = 0.3λ, the calculated results show the possibility of the emitter working in the band of 50%. In this case, the angular size of the sector along the meridional angle Δθ is of the order of Δθ = 80 °. It should be noted that a number of assumptions were made during the simulation, namely: the single-mode approximation was used for the segment current density, its azimuthal component was not taken into account, and the influence of the structural elements of the pathogen was not taken into account. Therefore, the above sizes are indicative. Next, the geometric dimensions of the emitter, providing operation at frequencies of 1150-1730 MHz, obtained experimentally will be given.

На фиг.9, 10 показан вид сбоку в разрезе предложенной компактной антенны круговой поляризации с расширенной полосой частот с соответствующими размерами.Figures 9, 10 show a sectional side view of the proposed compact circular polarized antenna with an expanded frequency band with corresponding dimensions.

Возбуждающее устройство выполнено как нерезонансный пластинчатый излучатель, который представляет собой проводящую плоскую пластинку 55 круглой или квадратной формы, расположенную над экраном 20 параллельно ему, и две платы 51 и 52 системы возбуждения, расположенные перпендикулярно экрану 20 и упомянутой проводящей пластинке 55 в области между ними. Для получения правой круговой поляризации необходимо обеспечить фазовый сдвиг 90° между двумя платами 51 и 52 системы возбуждения 50. Указанный 90° фазовый сдвиг формируют путем использования стандартного квадратурного моста 57.The exciting device is designed as a non-resonant plate emitter, which is a conductive flat plate 55 of round or square shape, located above the screen 20 parallel to it, and two circuit board 51 and 52 of the excitation system, located perpendicular to the screen 20 and said conductive plate 55 in the region between them. To obtain the right circular polarization, it is necessary to provide a 90 ° phase shift between the two circuit boards 51 and 52 of the excitation system 50. The 90 ° phase shift is formed by using a standard quadrature bridge 57.

Так, на фиг.12-14 показаны две платы 51 и 52. Платы 51 и 52 между собой ориентированы взаимно перпендикулярно, как показано на фиг.15. Каждая плата 51 и 52 представляет собой печатную плату (РСВ), например, прямоугольной формы из диэлектрической подложки 5 с двухсторонней металлизацией. Структура металлизированных элементов обоих РСВ плат практически идентична. Так, на одной стороне А платы 51 и 52 расположен широкий металлический проводник 1 заданной ширины, который простирается вдоль ее контура с перемычкой 2 посередине. В области длинных сторон платы 51 и 52 проводник 1 ограничен контуром платы. В области коротких сторон платы 51 и 52 проводник 1 может быть выполнен сужающимся и может иметь форму треугольника 3a-3k или, в частности, равнобедренной трапеции, одна сторона основания которой равна ширине проводника 1, а противоположное основание намного меньше основания со стороны проводника.So, in FIGS. 12-14, two boards 51 and 52 are shown. The boards 51 and 52 are oriented mutually perpendicular to each other, as shown in FIG. Each board 51 and 52 is a printed circuit board (PCB), for example, of a rectangular shape from a dielectric substrate 5 with double-sided metallization. The structure of the metallized elements of both PCB boards is almost identical. So, on one side A of the board 51 and 52 is a wide metal conductor 1 of a given width, which extends along its contour with a jumper 2 in the middle. In the region of the long sides of the board 51 and 52, the conductor 1 is limited by the circuit of the board. In the region of the short sides of the boards 51 and 52, the conductor 1 can be made tapering and may have the shape of a triangle 3a-3k or, in particular, an isosceles trapezoid, one side of the base of which is equal to the width of the conductor 1, and the opposite base is much smaller than the base from the side of the conductor.

Позицией 4a-4d показан зазор между вершинами этих треугольников 3a-3k. На другой стороне В платы 51 и 52 расположен проводник 7, который около центра платы разделяется на два проводника 8, которые образуют микрополосковую линию. При этом экраном микрополосковой линии являются описанные выше проводники 1, 2 и 3a-3k, расположенные на противоположной стороне платы 51 или 52. В центре каждой платы 51 или 52 имеется вырез 6, с помощью этих вырезов платы 51 и 52 вставлены одна в другую. Экраны микрополосковых линий путем пайки соединены с экраном 20 и излучающей пластинкой 55.Position 4a-4d shows the gap between the vertices of these triangles 3a-3k. On the other side B of the board 51 and 52, there is a conductor 7, which near the center of the board is divided into two conductors 8, which form a microstrip line. In this case, the microstrip screen is the conductors 1, 2 and 3a-3k described above, located on the opposite side of the board 51 or 52. In the center of each board 51 or 52 there is a cutout 6, with the help of these cutouts the boards 51 and 52 are inserted one into the other. The screens of microstrip lines by soldering are connected to the screen 20 and the radiating plate 55.

Микрополосковые линии 7 и 8 на каждой плате 51 и 52 образуют равноамплитудный делитель мощности, который обеспечивает противофазное возбуждение поля в зазорах 4a-4d между вершинами соответствующих треугольников 3a-3k проводника 1. Делитель мощности выполнен по известной схеме, где микрополосковая линия 7 с волновым сопротивлением W разветвляется на две микрополосковые линии 8 с волновым сопротивлением 2W. Обычно волновое сопротивление W выбирается равным 50 Ом, но может иметь и другие значения. Длины полосков микрополосковых линий 8 с волновым сопротивлением 2W должны быть одинаковы.Microstrip lines 7 and 8 on each board 51 and 52 form an equal-amplitude power divider, which provides antiphase field excitation in the gaps 4a-4d between the vertices of the corresponding triangles 3a-3k of conductor 1. The power divider is made according to the known scheme, where the microstrip line 7 with wave impedance W branches into two microstrip lines 8 with a wave impedance of 2W. Typically, the impedance W is selected to be 50 Ohms, but may have other values. The strip lengths of microstrip lines 8 with a wave impedance of 2W should be the same.

Противофазное возбуждение достигается тем, что около одного края платы 51 полосок микрополосковой линии 8 с волновым сопротивлением 2W проходит над верхним треугольником 3а проводника 1 и с помощью металлизированного отверстия 9 замыкается на нижний треугольник 3b, а около противоположного края платы 51 полосок 8 проходит над нижним треугольником 3d и с помощью металлизированного отверстия 9 замыкается на верхний треугольник 3с. Аналогичная конструкция сформирована и для платы системы возбуждения 52 с проводником 1, имеющим окончания в форме треугольников 3e-3k. Такая схема системы возбуждения обеспечивает независимость разности фаз в зазорах 4a-4d от частоты, что позволяет обеспечить противофазный режим в широкой полосе частот.The out-of-phase excitation is achieved by the fact that about one edge of the board 51 of strips of a microstrip line 8 with a wave resistance of 2W passes over the upper triangle 3a of the conductor 1 and closes with a metallized hole 9 to the lower triangle 3b, and about the opposite edge of the board 51 of the strips 8 passes over the lower triangle 3d and using a metallized hole 9 closes on the upper triangle 3c. A similar design is formed for the circuit board of the excitation system 52 with a conductor 1 having the ends in the form of triangles 3e-3k. Such a scheme of the excitation system ensures that the phase difference in the gaps 4a-4d is independent of the frequency, which makes it possible to provide an antiphase mode in a wide frequency band.

Как вариант, полоски 8 с волновым сопротивлением 2W могут не оканчиваться коротким замыканием на соответствующее окончание проводника 1 в форме треугольника 3a-3k, а иметь с ним емкостную связь. Для этого полоски 8 оканчиваются емкостными элементами в виде площадок 10. У обоих плат системы возбуждения 51 и 52 полосок 7 микрополосковой линии с волновым сопротивлением доканчивается на краю нижней стороны и соединен с квадратурным делителем мощности 57. Квадратурный делитель мощности 57 может быть выполнен в виде микросхемы и размещен на отдельной печатной плате 60, которая устанавливается на экран 20. Также экраном заданного размера может являться металлическая фольга, расположенная на одной из сторон упомянутой печатной платы 60. Выходы квадратурного моста-делителя 57 соединены с микрополосковыми линиями с волновым сопротивлением W, а упомянутые микрополосковые линии соединены пайкой с упомянутыми микрополосковыми линиями 7 плат 51 и 52.Alternatively, strips 8 with wave impedance 2W may not end with a short circuit to the corresponding end of conductor 1 in the shape of a triangle 3a-3k, but have capacitive coupling with it. To do this, the strips 8 end with capacitive elements in the form of pads 10. For both circuit boards of the excitation system 51 and 52 strips 7 of a microstrip line with wave resistance ends at the edge of the lower side and connected to a quadrature power divider 57. The quadrature power divider 57 can be made in the form of a microcircuit and placed on a separate printed circuit board 60, which is installed on the screen 20. Also, a screen of a given size may be a metal foil located on one of the sides of the mentioned printed circuit board 60. Outputs the quadrature divider bridge 57 is connected to microstrip lines with wave impedance W, and said microstrip lines are soldered to said microstrip lines 7 of boards 51 and 52.

Можно считать, что в каждом зазоре 4a-4d между вершинами треугольников 3a-3k находится источник стороннего поля, который на фиг.15 обозначен условным значком ~. В каждой плате 51 и 52 расположено соответственно по два зазора 4а, 4b и 4 с, 4d, в которых возбуждается электромагнитное поле. Такая схема деления формирует равноамплитудное поле в зазорах 4a-4d с последовательным сдвигом фазы 90°, тем самым обеспечивает работу излучателя в режиме круговой поляризации.We can assume that in each gap 4a-4d between the vertices of the triangles 3a-3k there is a source of an external field, which is indicated in Fig. 15 by the conditional symbol ~. In each board 51 and 52, there are respectively two gaps 4a, 4b and 4s, 4d, in which an electromagnetic field is excited. Such a division scheme generates an equal-amplitude field in the gaps 4a-4d with a sequential phase shift of 90 °, thereby ensuring the operation of the emitter in the circular polarization mode.

Для обеспечения равномерности азимутальной ДН количество секторов излучателя предпочтительно выбирать кратное 4, но не ограничиваться этим и можно использовать от N=3 дo l6.To ensure the uniformity of the azimuthal pattern, the number of sectors of the emitter is preferable to choose a multiple of 4, but not limited to this and can be used from N = 3 to l6.

Излучатель 21 имеет с системой возбудителя 50 электромагнитную связь, причем существенное влияние на характеристики антенны оказывает величина зазора между проводящей плоской пластинкой 55 и симметричными сегментами 21а излучателя. Уменьшение зазора приводит к уменьшению резонансного размера излучателя 21. Также существенное значение имеют емкостные связи каждого сегмента 21а с плоским экраном 20, что достигается путем выбора зазора в точках 30а, а также выбором зазора в точке 30b между дополнительным излучающим элементом 40 и излучателем 21.The emitter 21 has an electromagnetic coupling with the exciter system 50, and the gap between the conductive flat plate 55 and the symmetric segments 21a of the emitter has a significant effect on the characteristics of the antenna. Reducing the gap leads to a decrease in the resonant size of the emitter 21. Also, capacitive coupling of each segment 21a with the flat screen 20 is also essential, which is achieved by selecting the gap at points 30a, as well as choosing the gap at point 30b between the additional radiating element 40 and the emitter 21.

На фиг.16 показан общий вид сбоку в разрезе предложенной компактной антенны круговой поляризации с расширенной полосой частот. Система возбуждения, как описано, выше имеет Х-образную конструкцию печатных плат платы 51 и 52 каждая с двумя зазорами, в которых возбуждается электромагнитное поле, соответственно 4а, 4b, и 4с, 4d, при этом в упомянутых зазорах делитель мощности обеспечивает противофазное возбуждение поля со сдвигом фазы соответственно 0° и 180° и 90° и 270°. В нижней общей точке 54 соединения плат Х-образная конструкция расположена на плоском экране 20. Причем верхняя 56 и нижняя 54 общие точки соединения плат 51 и 52 располагаются на вертикальной оси симметрии антенны. Плоская проводящая пластинка 55 расположена сверху упомянутой Х-образной конструкции противоположно экрану 20.On Fig shows a General side view in section of the proposed compact circular-polarized antenna with an expanded frequency band. The excitation system, as described above, has an X-shaped design of the printed circuit boards of the boards 51 and 52, each with two gaps in which the electromagnetic field is excited, 4a, 4b, and 4c, 4d, respectively, while in these gaps the power divider provides antiphase field excitation with a phase shift of 0 ° and 180 ° and 90 ° and 270 °, respectively. At the bottom common point 54 of the connection of the boards, the X-shaped structure is located on the flat screen 20. Moreover, the upper 56 and lower 54 common connection points of the boards 51 and 52 are located on the vertical axis of symmetry of the antenna. A flat conductive plate 55 is located on top of said X-shaped structure opposite to the screen 20.

На фиг.8 показан экспериментальный график зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению (VSWR) от частоты. Видно, что антенна описанной выше конструкции обеспечивает работу в диапазоне 1150-1730 мГц (т.е. в полосе) 40% по уровню VSWR=2.On Fig shows an experimental graph of the dependence of the coefficient of the standing wave voltage (VSWR) on frequency. It can be seen that the antenna of the design described above provides operation in the range 1150-1730 MHz (i.e., in the band) of 40% in terms of VSWR = 2.

Предложенная конструкция антенны круговой поляризации, как показано на фиг.10, предпочтительно имеет следующие параметры: r0 - радиус излучателя 21, D - линейный размер или диаметр проводящей пластинки 55, h - высота полоскового излучателя 55 над экранирующей плоскостью 20, r - радиус точки зазора 4а-4d возбуждения от оси симметрии, s - ширина проводника 1.The proposed design of the circular polarization antenna, as shown in Fig. 10, preferably has the following parameters: r0 is the radius of the emitter 21, D is the linear size or diameter of the conductive plate 55, h is the height of the strip emitter 55 above the shielding plane 20, r is the radius of the gap point 4a-4d of the excitation from the axis of symmetry, s is the width of conductor 1.

Параметр r=26 мм +/- 2 мм (0.125λ, здесь и далее λ - длина волны на центральной частоте диапазона 1150-1730 мГц). При большем изменении данного параметра происходит рассогласование и полоса частот пропускания по уровню КСВ=2 на выходе делителя (волновое сопротивление 50 Ом) уменьшается.The parameter r = 26 mm +/- 2 mm (0.125λ, hereinafter λ is the wavelength at the center frequency of the range 1150-1730 MHz). With a larger change in this parameter, a mismatch occurs and the passband at the SWR level = 2 at the output of the divider (wave impedance 50 Ohms) decreases.

Параметр h=20 мм +/- 2 мм (0.096λ). При увеличении высоты полоскового излучателя более чем 22 мм полоса пропускания по уровню КСВ=2 разделяется на два участка. На частотах между этими участками КСВ хуже 2, что приводит к неработоспособности антенны в единой полосе частот. При уменьшении высоты полоскового излучателя полоса частот по уровню КСВ=2 сужается.Parameter h = 20 mm +/- 2 mm (0.096λ). With an increase in the height of the strip radiator by more than 22 mm, the passband at the level of SWR = 2 is divided into two sections. At frequencies between these sections, the SWR is worse than 2, which leads to inoperability of the antenna in a single frequency band. When the height of the strip emitter decreases, the frequency band at the level of SWR = 2 narrows.

Параметр D=40 мм +/- 10 мм (0.192λ). При увеличении диаметра полоскового излучателя полоса пропускания по уровню КСВ=2 уменьшается и вся полоса частот несколько сдвигается вниз. При величинах диаметра более 50 мм (0.24 λ) полоса резко уменьшается за счет возросшей емкостной связи на сферический элемент с 4 парами лепестков.Parameter D = 40 mm +/- 10 mm (0.192λ). With an increase in the diameter of the strip emitter, the passband at the SWR level = 2 decreases and the entire frequency band shifts somewhat downward. With diameters greater than 50 mm (0.24 λ), the strip sharply decreases due to the increased capacitive coupling to a spherical element with 4 pairs of petals.

При уменьшении диаметра полоскового излучателя полоса по уровню КСВ=2 меняется слабо. При величинах диаметра излучателя менее 30 мм (0.144 λ) полоса частот по уровню КСВ=2 распадается на два диапазона. На средней частоте КСВ хуже 2.With a decrease in the diameter of the strip emitter, the band at the level of SWR = 2 changes slightly. When the diameter of the emitter is less than 30 mm (0.144 λ), the frequency band at the level of SWR = 2 splits into two ranges. At an average frequency, the SWR is worse than 2.

На фиг.17 показан вариант выполнения сферических сегментов и диэлектрической опоры.17 shows an embodiment of spherical segments and dielectric support.

Позицией 22а показана диэлектрическая опора, разделяющая набор проводящих N сегментов поверхности между собой. Поз. 22с показана диэлектрическая опора, отделяющая набор проводящих N сегментов поверхности от плоского экрана 20 определенного размера.22a shows a dielectric support dividing a set of conductive N surface segments among themselves. Pos. 22c shows a dielectric support separating a set of conductive N surface segments from a flat screen 20 of a certain size.

Фиг.18а-с показывает примеры различных форм поверхностей, сегментами которых образован излучатель 21 антенны.Figa-a shows examples of various forms of surfaces, the segments of which are formed by the emitter 21 of the antenna.

Излучатель 21 может быть выполнен в виде сегментов выпуклой поверхности, ограниченной областью 100, которая расположена в пространстве между сферой заданного радиуса, вписанной во внешний эллипсоид (как показано на фиг.18а), с общей центральной точкой О. Выпуклая поверхность может быть усеченной сверху отрезком линии d-e для образования соответствующей площадки под размещение дополнительного излучающего элемента 40.The emitter 21 can be made in the form of segments of a convex surface bounded by a region 100, which is located in the space between a sphere of a given radius inscribed in an external ellipsoid (as shown in Fig. 18a), with a common center point O. The convex surface can be truncated from above by a segment line de for the formation of an appropriate platform for the placement of additional radiating element 40.

Как вариант форма излучателя 21 имеет вид эллипсоида (показано на фиг.18b), т.е. поверхности в трехмерном пространстве, полученной деформацией сферы вдоль трех взаимно перпендикулярных осей. Каноническое уравнение эллипсоида в декартовых координатах, совпадающих с осями деформации эллипсоида.Alternatively, the shape of the emitter 21 has the form of an ellipsoid (shown in Fig. 18b), i.e. surface in three-dimensional space obtained by deformation of a sphere along three mutually perpendicular axes. The canonical equation of an ellipsoid in Cartesian coordinates, coinciding with the deformation axes of the ellipsoid.

Figure 00000018
Figure 00000018

Используя различные значения параметров а, b, с, можно создавать соответствующие формы поверхности излучателя 21. Так, излучатель 21 может быть сферическим, т.е. частным случаем эллипсоида при а=b=с, а именно полусферой (как показано на фиг.17) и/или усеченной сверху полусферой (показано на фиг.2); в форме полуэллипсоида, полученного усечением эллипсоида снизу вдоль всей большой его оси; а также иметь форму прямой поверхности. В этом случае излучатель 21 будут представлять собой многоугольник с N сегментами (как показано на фиг.18с, например, N=12), т.е. правильную усеченную пирамиду, боковые грани правильной усеченной пирамиды - равные равнобедренные трапеции, а основания - правильные многоугольники. Использование предложенных форм поверхности излучателя не ограничено вышеизложенными вариантами и может использовать другие примеры поверхностей.Using various values of the parameters a, b, c, it is possible to create the corresponding surface shapes of the emitter 21. Thus, the emitter 21 can be spherical, i.e. a particular case of an ellipsoid with a = b = c, namely a hemisphere (as shown in Fig. 17) and / or a hemisphere truncated from above (shown in Fig. 2); in the form of a semi-ellipsoid obtained by truncating an ellipsoid from below along its entire major axis; and also have the shape of a straight surface. In this case, the emitter 21 will be a polygon with N segments (as shown in Fig. 18c, for example, N = 12), i.e. a regular truncated pyramid, the side faces of a regular truncated pyramid are equal isosceles trapezoids, and the bases are regular polygons. The use of the proposed surface forms of the emitter is not limited to the above options and may use other examples of surfaces.

Резюмируя вышеизложенное, следует отметить, что в известных микрополосковых излучателях на воздушной подложке обычно резонансный размер излучающей пластинки составляет порядка 0.4-0.5λ, а полоса микрополосковой антенны в зависимости от толщины подложки обычно составляет 3-10% от центральной частоты диапазона. Особенностью описанной выше системы возбуждения является то, что она работает в нерезонансном режиме. Размер излучающей пластинки 55 системы возбуждения составляет порядка 0.15-0.25λ, то есть ее размер 55 заметно меньше резонансного размера. Нерезонансный режим возбудителя позволяет работать излучающей системе в существенно более широкой полосе частот по сравнению с обычной микрополосковой антенной.Summarizing the foregoing, it should be noted that in known microstrip emitters on an air substrate, the resonant size of the emitting plate is usually about 0.4-0.5λ, and the strip of the microstrip antenna, depending on the thickness of the substrate, is usually 3-10% of the center frequency of the range. A feature of the excitation system described above is that it operates in a non-resonant mode. The size of the radiating plate 55 of the excitation system is of the order of 0.15-0.25λ, that is, its size 55 is noticeably smaller than the resonant size. The non-resonant mode of the pathogen allows the emitting system to operate in a significantly wider frequency band compared to a conventional microstrip antenna.

Таким образом, предложенная конструкция антенны круговой поляризации позволяет обеспечить требуемую азимутальную равномерность диаграммы направленности за счет применения достаточно большого количества сегментов излучателя и обеспечить полосу частот 40% от центральной частоты диапазона. Причем предложенная конструкция системы возбуждения и антенной системы такого сегментного излучателя позволяет возбудить требуемое количество излучающих сегментов, не усложняя конструкцию возбуждающего устройства.Thus, the proposed design of a circular polarization antenna allows you to provide the required azimuthal uniformity of the radiation pattern due to the use of a sufficiently large number of segments of the emitter and to provide a frequency band of 40% of the center frequency of the range. Moreover, the proposed design of the excitation system and the antenna system of such a segmented emitter allows you to excite the required number of radiating segments without complicating the design of the exciting device.

Хотя выше были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что они были представлены только для примера, а не для ограничения. Таким образом, охват и объем настоящего изобретения не должны ограничиваться никакими из вышеописанных вариантов осуществления, но должны определяться только нижеследующей формулой изобретения и ее эквивалентами.Although various embodiments of the present invention have been described above, it should be understood that they were presented by way of example only and not by way of limitation. Thus, the scope and scope of the present invention should not be limited by any of the above embodiments, but should be determined only by the following claims and their equivalents.

Claims (24)

1. Антенна круговой поляризации, содержащая возбуждающее устройство, сверху которого размещен излучатель круговой поляризации, отличающая тем, что излучатель круговой поляризации состоит из набора N проводящих сегментов с определенной формой поверхности и расположен над проводящим экраном заданного размера, а возбуждающее устройство представляет собой нерезонансный излучатель, состоящий из проводящей плоской пластинки, расположенной над упомянутым проводящим экраном определенного размера и противоположно ему; и двух диэлектрических плат, ориентированных взаимно перпендикулярно между собой, и на которых расположены проводящие элементы системы возбуждения, причем платы размещены между упомянутым проводящим экраном и упомянутой плоской проводящей пластинкой.1. The circular polarization antenna containing an exciting device, on top of which is placed a circular polarized radiator, characterized in that the circular polarized radiator consists of a set of N conductive segments with a certain surface shape and is located above a conductive screen of a given size, and the exciting device is a non-resonant radiator, consisting of a conductive flat plate located above said conductive screen of a certain size and opposite to it; and two dielectric boards oriented mutually perpendicular to each other, and on which the conductive elements of the excitation system are located, the boards being placed between said conductive screen and said flat conductive plate. 2. Антенна круговой поляризации по п.1, в которой упомянутые две диэлектрические платы размещены на упомянутом проводящем экране перпендикулярно ему.2. The circular polarization antenna according to claim 1, wherein said two dielectric boards are arranged perpendicular to it on said conductive screen. 3. Антенна круговой поляризации по п.1 или 2, в которой упомянутая плоская проводящая пластинка выполнена в форме круга, квадрата или любой другой симметричной относительно оси вращения формы, а ее линейный размер составляет порядка 0.15…0.25λ длины волны сигнала.3. The circular polarization antenna according to claim 1 or 2, in which said flat conductive plate is made in the form of a circle, square or any other shape symmetrical about the axis of rotation, and its linear size is of the order of 0.15 ... 0.25λ of the wavelength of the signal. 4. Антенна круговой поляризации по п.3, в которой количество N проводящих сегментов равно от 3 до 16.4. The circular polarization antenna according to claim 3, in which the number N of conductive segments is from 3 to 16. 5. Антенна круговой поляризации по п.1, или 2, или 4, в которой на каждой плате с одной ее стороны расположены проводники заданной ширины, которые простираются вдоль контура платы с перемычкой посередине и оканчиваются около края каждой короткой стороны платы.5. The circular polarization antenna according to claim 1, or 2, or 4, in which on each board on one side there are conductors of a given width that extend along the circuit outline with a jumper in the middle and end near the edge of each short side of the board. 6. Антенна круговой поляризации по п.5, в которой между упомянутыми окончаниями проводников, расположенных по двум коротким сторонам платы, имеется зазор определенной величины, причем проводники электрически соединены с упомянутой проводящей плоской пластинкой и упомянутым проводящим экраном.6. The circular polarized antenna according to claim 5, in which between the ends of the conductors located on the two short sides of the board, there is a gap of a certain size, and the conductors are electrically connected to said conductive flat plate and said conductive screen. 7. Антенна круговой поляризации по п.6, в которой на каждой плате со стороны, противоположной стороне с проводниками определенной ширины, расположен делитель мощности, который в упомянутых зазорах формирует равноамплитудное электромагнтное поле.7. The circular polarization antenna according to claim 6, in which on each board from the side opposite to the side with conductors of a certain width, there is a power divider, which in the said gaps forms an equal-amplitude electromagnetic field. 8. Антенна круговой поляризации по п.7, в которой четыре зазора на двух платах расположены осесимметрично на окружности заданного радиуса.8. The circular polarization antenna according to claim 7, in which four gaps on two boards are located axisymmetrically on the circumference of a given radius. 9. Антенна круговой поляризации по п.7 или 8, в которой каждый делитель мощности выполнен в виде микрополосковой линии определенной длины и ширины с волновым сопротивлением W, которая разветвляется около центра платы на две микрополосковые линии равной длины с волновым сопротивлением 2W, причем входное сопротивление в зазоре оптимально согласовано волновым сопротивлением 2W микрополосковой линии.9. The circular polarization antenna according to claim 7 or 8, in which each power divider is made in the form of a microstrip line of a certain length and width with wave impedance W, which branches near the center of the board into two microstrip lines of equal length with a wave impedance of 2W, and the input impedance in the gap is optimally matched by the wave impedance of 2W of the microstrip line. 10. Антенна круговой поляризации по п.9, в которой упомянутые две микрополосковые линии равной длины с волновым сопротивлением 2W расположены на одной стороне платы так, чтобы проходить от центра платы противоположно проводникам заданной ширины, расположенным на обратной стороне платы.10. The circular polarization antenna according to claim 9, wherein said two microstrip lines of equal length with a wave impedance of 2W are located on one side of the board so as to extend from the center of the board opposite to conductors of a given width located on the back of the board. 11. Антенна круговой поляризации по п.10, в которой упомянутая первая микрополосковая линия с волновым сопротивлением 2W расположена на одной стороне платы вблизи ее короткой стороны так, чтобы проходить противоположно верхнему окончанию проводника заданной ширины и над упомянутыми зазорами, которые расположены на обратной стороне платы, и оканчиваться в области платы, противоположной нижнему окончанию проводника заданной ширины, а вторая микрополосковая линия с волновым сопротивлением 2W расположена на одной стороне платы у противоположной ее короткой стороны так, чтобы проходить противоположно нижнему окончанию проводника заданной ширины и над упомянутыми зазорам, которые расположены на обратной стороне платы, и оканчиваться в области платы, противоположной верхнему окончанию проводника заданной ширины.11. The circular polarization antenna of claim 10, wherein said first microstrip line with a wave impedance of 2W is located on one side of the board near its short side so as to pass opposite the upper end of the conductor of a given width and above said gaps that are located on the back of the board , and end in the area of the board opposite the lower end of the conductor of a given width, and the second microstrip line with a wave resistance of 2W is located on one side of the board at the opposite hydrochloric its short side so as to extend opposite the lower end of the conductor of predetermined width and over these gaps, which are located on the reverse side of the board and end in the area of the board opposite the upper end of the conductor of predetermined width. 12. Антенна круговой поляризации по п.10 или 11, в которой микрополосковые линии с волновым сопротивлением 2W имеют окончания в форме площадок определенной площади.12. The circular polarization antenna of claim 10 or 11, in which the microstrip lines with wave impedance 2W have ends in the form of pads of a certain area. 13. Антенна круговой поляризации по п.12, в которой упомянутые верхние и нижние окончания проводников выполнены сужающимися.13. The circular polarization antenna of claim 12, wherein said upper and lower ends of the conductors are tapered. 14. Антенна круговой поляризации по п.13, в которой ссужающиеся окончания проводников выполнены в форме треугольника и оканчиваются вершиной треугольника, между которыми имеется упомянутый зазор.14. The antenna of circular polarization according to item 13, in which the tapered ends of the conductors are made in the shape of a triangle and end at the top of the triangle, between which there is a gap. 15. Антенна круговой поляризации по п.10, или 11, или, 14, в которой первая микрополосковая линия с волновым сопротивлением 2W, имеющая окончание в области платы, противоположной нижнему окончанию проводника заданной ширины, замыкается на упомянутое окончание проводника заданной ширины с помощью металлизированного отверстия в плате, и вторая микрополосковая линия с волновым сопротивлением 2W, имеющая окончание в области платы, противоположной верхнему окончанию проводника заданной ширины, замыкается на упомянутое окончание проводника заданной ширины с помощью соответствующего металлизированного отверстия в плате.15. The circular polarization antenna of claim 10, 11, or, 14, in which the first microstrip line with a wave impedance of 2W, having an end in the region of the board opposite the lower end of the conductor of a given width, closes to the said end of the conductor of a given width using a metallized holes in the board, and the second microstrip line with a wave impedance of 2W, having an end in the region of the board opposite to the upper end of the conductor of a given width, closes to the said end of the conductor of a given width with the appropriate metallized holes in the board. 16. Антенна круговой поляризации по п.9, в которой упомянутые микрополосковые линии с волновым сопротивлением W каждой платы соединены с выходом квадратурного делителя мощности, вход которого является входом антенны.16. The circular polarization antenna according to claim 9, in which said microstrip lines with wave impedance W of each board are connected to the output of the quadrature power divider, the input of which is the input of the antenna. 17. Антенна круговой поляризации по п.16, в которой квадратурный делитель мощности размещен на отдельной печатной плате, которая устанавливается на упомянутый проводящий экран определенного размера.17. The circular polarization antenna according to clause 16, in which the quadrature power divider is placed on a separate printed circuit board, which is installed on said conductive screen of a certain size. 18. Антенна круговой поляризации по любому из пп.1, 4, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 16, 17, в которой упомянутыми проводящими N сегментами являются сегменты выпуклой поверхности, минимальный и максимальный размеры которой ограничены областью, заключенной между двумя полусферами определенных радиусов и имеющими общую центральную точку.18. The circular polarization antenna according to any one of claims 1, 4, 6, 7, 8, 10, 11, 13, 14, 16, 17, in which said N conductive segments are convex surface segments, the minimum and maximum dimensions of which are limited by the region concluded between two hemispheres of certain radii and having a common central point. 19. Антенна круговой поляризации по п.18, в которой выпуклая поверхность имеет сверху усечение.19. The circular polarized antenna of claim 18, wherein the convex surface has a truncation on top. 20. Антенна круговой поляризации по п.18, в которой выпуклая поверхность имеет форму полусферы или полуэллипсоида, а каждый из упомянутых N сегментов выполнен сужающимся от нижнего края формы к ее верху.20. The circular polarization antenna of claim 18, wherein the convex surface is in the form of a hemisphere or semi-ellipsoid, and each of said N segments is made tapering from the lower edge of the shape to its top. 21. Антенна круговой поляризации по п.18, в которой упомянутые N сегменты размещены на диэлектрической поддерживающей опоре соответствующей формы.21. The circular polarization antenna according to claim 18, wherein said N segments are placed on a dielectric supporting support of a corresponding shape. 22. Антенна круговой поляризации по п.21, в которой между проводящим экраном заданного размера и излучателем имеется определенный зазор, сформированный упомянутой диэлектрической опорой.22. The circular polarization antenna according to item 21, in which there is a certain gap between the conductive screen of a given size and the radiator, which is formed by said dielectric support. 23. Антенна круговой поляризации по п.21 или 22, в которой диэлектрическая опора размещена на упомянутом проводящем экране определенного размера и выполнена, как каркас, для скрепления упомянутых N сегментов излучателя.23. The circular polarization antenna according to claim 21 or 22, in which the dielectric support is placed on said conductive screen of a certain size and made like a frame for fastening said N segments of the emitter. 24. Антенна круговой поляризации по п.23, в которой сверху диэлектрической опоры излучателя круговой поляризации размещен дополнительный сегмент излучателя из проводящего материала определенного размера и определенной формы. 24. The circular polarization antenna according to claim 23, wherein an additional segment of the radiator of conductive material of a certain size and shape is placed on top of the dielectric support of the circular polarization emitter.
RU2008134341/09A 2008-08-22 2008-08-22 Compact circularly polarised antenna with spread frequency band RU2380799C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134341/09A RU2380799C1 (en) 2008-08-22 2008-08-22 Compact circularly polarised antenna with spread frequency band

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008134341/09A RU2380799C1 (en) 2008-08-22 2008-08-22 Compact circularly polarised antenna with spread frequency band

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2380799C1 true RU2380799C1 (en) 2010-01-27

Family

ID=42122290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008134341/09A RU2380799C1 (en) 2008-08-22 2008-08-22 Compact circularly polarised antenna with spread frequency band

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2380799C1 (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013063335A1 (en) * 2011-10-25 2013-05-02 Wireless Research Development Omnidirectional 3d antenna
US8976513B2 (en) 2002-10-22 2015-03-10 Jason A. Sullivan Systems and methods for providing a robust computer processing unit
US9450309B2 (en) 2013-05-30 2016-09-20 Xi3 Lobe antenna
US9478868B2 (en) 2011-02-09 2016-10-25 Xi3 Corrugated horn antenna with enhanced frequency range
US9478867B2 (en) 2011-02-08 2016-10-25 Xi3 High gain frequency step horn antenna
US9606577B2 (en) 2002-10-22 2017-03-28 Atd Ventures Llc Systems and methods for providing a dynamically modular processing unit
RU170222U1 (en) * 2016-12-26 2017-04-18 Акционерное общество "Воронежский научно-исследовательский институт "Вега" (АО "ВНИИ "Вега") ANTENNA
US9961788B2 (en) 2002-10-22 2018-05-01 Atd Ventures, Llc Non-peripherals processing control module having improved heat dissipating properties
RU2654914C1 (en) * 2017-07-17 2018-05-23 Закрытое акционерное общество "Институт телекоммуникаций" Wireless antenna
RU2744042C1 (en) * 2019-12-30 2021-03-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" Weakly directional helical antenna with circular polarization of the radiation field
RU231580U1 (en) * 2024-09-10 2025-01-31 Станислав Игоревич Боуш Printed antenna for receiving satellite navigation signals with circular polarization
CN119535016A (en) * 2024-11-15 2025-02-28 北京中科飞龙传感技术有限责任公司 Orthogonal magnetic loop antenna, azimuth calibration method and calibration device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4431998A (en) * 1980-05-13 1984-02-14 Harris Corporation Circularly polarized hemispheric coverage flush antenna
RU2184411C2 (en) * 1999-04-12 2002-06-27 Научно-исследовательский институт "Стрела" Antenna system and aperture power distribution control device
US6618016B1 (en) * 2001-02-21 2003-09-09 Bae Systems Aerospace Inc. Eight-element anti-jam aircraft GPS antennas
RU2292612C2 (en) * 2003-12-10 2007-01-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Экран" Multi-beam selective antenna array antenna system and its construction
JP2008035424A (en) * 2006-07-31 2008-02-14 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Array antenna
RU2321950C2 (en) * 2002-12-23 2008-04-10 Телефонактиеболагет Лм Эрикссон (Пабл) Method for using generation of polar pattern and distribution during transmission in closed contour in multi-beam antenna system
RU2330356C1 (en) * 2006-12-04 2008-07-27 Ростовский военный институт ракетных войск имени Главного маршала артиллерии М.И. Неделина Method of interference suppression while receiving electromagnetic circularly polarised wave by antenna array of identically oriented radiators

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4431998A (en) * 1980-05-13 1984-02-14 Harris Corporation Circularly polarized hemispheric coverage flush antenna
RU2184411C2 (en) * 1999-04-12 2002-06-27 Научно-исследовательский институт "Стрела" Antenna system and aperture power distribution control device
US6618016B1 (en) * 2001-02-21 2003-09-09 Bae Systems Aerospace Inc. Eight-element anti-jam aircraft GPS antennas
RU2321950C2 (en) * 2002-12-23 2008-04-10 Телефонактиеболагет Лм Эрикссон (Пабл) Method for using generation of polar pattern and distribution during transmission in closed contour in multi-beam antenna system
RU2292612C2 (en) * 2003-12-10 2007-01-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Экран" Multi-beam selective antenna array antenna system and its construction
JP2008035424A (en) * 2006-07-31 2008-02-14 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Array antenna
RU2330356C1 (en) * 2006-12-04 2008-07-27 Ростовский военный институт ракетных войск имени Главного маршала артиллерии М.И. Неделина Method of interference suppression while receiving electromagnetic circularly polarised wave by antenna array of identically oriented radiators

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9961788B2 (en) 2002-10-22 2018-05-01 Atd Ventures, Llc Non-peripherals processing control module having improved heat dissipating properties
US8976513B2 (en) 2002-10-22 2015-03-10 Jason A. Sullivan Systems and methods for providing a robust computer processing unit
US11751350B2 (en) 2002-10-22 2023-09-05 Atd Ventures, Llc Systems and methods for providing a robust computer processing unit
US10849245B2 (en) 2002-10-22 2020-11-24 Atd Ventures, Llc Systems and methods for providing a robust computer processing unit
US9606577B2 (en) 2002-10-22 2017-03-28 Atd Ventures Llc Systems and methods for providing a dynamically modular processing unit
US10285293B2 (en) 2002-10-22 2019-05-07 Atd Ventures, Llc Systems and methods for providing a robust computer processing unit
US9478867B2 (en) 2011-02-08 2016-10-25 Xi3 High gain frequency step horn antenna
US9478868B2 (en) 2011-02-09 2016-10-25 Xi3 Corrugated horn antenna with enhanced frequency range
WO2013063335A1 (en) * 2011-10-25 2013-05-02 Wireless Research Development Omnidirectional 3d antenna
US9450309B2 (en) 2013-05-30 2016-09-20 Xi3 Lobe antenna
RU170222U1 (en) * 2016-12-26 2017-04-18 Акционерное общество "Воронежский научно-исследовательский институт "Вега" (АО "ВНИИ "Вега") ANTENNA
RU2654914C1 (en) * 2017-07-17 2018-05-23 Закрытое акционерное общество "Институт телекоммуникаций" Wireless antenna
RU2744042C1 (en) * 2019-12-30 2021-03-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" Weakly directional helical antenna with circular polarization of the radiation field
RU231580U1 (en) * 2024-09-10 2025-01-31 Станислав Игоревич Боуш Printed antenna for receiving satellite navigation signals with circular polarization
CN119535016A (en) * 2024-11-15 2025-02-28 北京中科飞龙传感技术有限责任公司 Orthogonal magnetic loop antenna, azimuth calibration method and calibration device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2380799C1 (en) Compact circularly polarised antenna with spread frequency band
US8723731B2 (en) Compact circularly-polarized antenna with expanded frequency bandwidth
EP3869618B1 (en) Antennas with improved reception of satellite signals
US6888510B2 (en) Compact, low profile, circular polarization cubic antenna
US8354972B2 (en) Dual-polarized radiating element, dual-band dual-polarized antenna assembly and dual-polarized antenna array
CN106329099B (en) Broadband circle polarized filter antenna applied to Beidou terminal
JP2006517074A (en) Multi-antenna diversity in mobile phone handsets, PDAs and other electrical miniature wireless platforms
CN102780091B (en) High-low elevation gain circular polarization helical antenna
CN106486741B (en) Air patch microstrip antenna
JP6516939B1 (en) Array antenna device
CN108155460B (en) Double-frequency omni-directional coupling support-section loaded spiral antenna and manufacturing method thereof
JP2006191515A (en) Microstrip reflective array antenna adopting u-slot patch
TW201025725A (en) A circularly polarized patch antenna with a capacitively coupled feed
KR20090085978A (en) Dual Band Circular Polarization Square Patch Antenna
JPS60217702A (en) Circularly polarized wave conical beam antenna
CN110838616A (en) Integrated substrate gap waveguide four-arm circularly polarized antenna
WO2014115653A1 (en) Antenna and sector antenna
RU2620195C1 (en) Resonant antenna
Li et al. Compact, low-profile, HIS-based pattern-reconfigurable antenna for wide-angle scanning
RU2483404C2 (en) Compact antenna system for reducing multibeam signal reception effect with integrated receiver
JP2024501920A (en) circularly polarized antenna
RU2400880C1 (en) Printed antenna
WO2021238217A1 (en) Single-frequency circular polarization positioning antenna and wearable device
JP2565108B2 (en) Planar antenna
Zhao et al. Design of a multi-layer structure of a bifilar helical antenna

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110823