RU2313868C1

RU2313868C1 - Vertically polarized transceiving antenna

Info

Publication number: RU2313868C1
Application number: RU2006123833/09A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иванович Белый (RU); Юрий Иванович Белый; Георгий Феодосьевич Мосейчук (RU); Георгий Феодосьевич Мосейчук; Ирина Алексеевна Балина (RU); Ирина Алексеевна Балина; Тать на Алексеевна Ломовска (RU); Татьяна Алексеевна Ломовская; Анатолий Исакович Синани (RU); Анатолий Исакович Синани; Светлана Сергеевна Симунова (RU); Светлана Сергеевна Симунова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения имени В.В. Тихомирова"; Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Аэрофар"
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2006-07-03
Publication date: 2007-12-27

Abstract

FIELD: antenna engineering; antenna assemblies disposed on flying vehicles.

SUBSTANCE: proposed vertically polarized transceiving antenna is characterized in that it has its radiator installed perpendicular to screen plane and made in the form of rectangular wafer, 1.0-0.2λ_l wide and 1.0-0.15λ_l in height, which is shorted out through its bottom edge and fixed to screen. It is excited through half-open slit, minimum 0.2λ_l long, made in rectangular wafer at distance of 0.01-0.5λ_l from screen; excitation point is free to move along half-open slit. Additional screen whose height amounts to minimum half that of radiator is installed either perpendicular to main screen or at angle of 65 to 135 deg. to the later and at distance of λ_l/6±λ_l/30 from center of radiator bottom edge. Radiator can be installed in arbitrary position relative to additional screen within the range of 0 to ±180 deg., radiation maximum in elevation being constant in any position of radiator relative to additional screen and in azimuth it is free to move within ±10 deg. Radiator of vertically polarized transceiving antenna can be made in the form of rectangular wafer whose tops can be rounded off with rounding radius of minimum 0.015 λ_l. Half-open slit can be made in the form of rectangular or piecewise linear variable-width slit. This vertically polarized transceiving antenna is disposed in insulating space having constant or variable dielectric constant.

EFFECT: enhanced gain and mechanical strength.

6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокации, связи и других антенных системах, размещенных на летательных аппаратах (ЛА).The invention relates to the field of radio engineering, in particular to antenna technology, and can be used in radar, communications and other antenna systems placed on aircraft (LA).

Известны малогабаритная антенна DDRR [«Практические конструкции антенны», Григоров И.Н., изд. Москва 2005 г.], в которой излучатель выполнен в виде короткого штыря с питающим кабелем. С помощью переменного конденсатора антенну настраивают в резонанс с рабочей частотой. Антенна работает как открытая четвертьволновая резонансная рамка над проводящим экраном. Основной недостаток такой антенны - низкий КПД.Known small antenna DDRR ["Practical antenna design", I. Grigorov, ed. Moscow 2005], in which the emitter is made in the form of a short pin with a power cable. Using a variable capacitor, the antenna is tuned in resonance with the operating frequency. The antenna acts as an open quarter-wave resonant frame above a conductive screen. The main disadvantage of such an antenna is its low efficiency.

Наиболее близкими по технической сущности являются широкополосные однополюсные плоские антенны [Agrawall,N.P., Kumar,G. and Ray,K.P., Wide - Band Planar Monopole Antennas, IEEE Trans.on AP, 1998, vol. 46, no.2, pp.294-295], содержащие либо круглые, либо эллиптические излучатели, установленные перпендикулярно плоскости экрана. Недостатками таких антенн является их малая механическая прочность, так как силовая часть совмещена с точкой запитки, малый коэффициент усиления.The closest in technical essence are broadband unipolar flat antennas [Agrawall, N.P., Kumar, G. and Ray, K.P., Wide - Band Planar Monopole Antennas, IEEE Trans.on AP, 1998, vol. 46, no.2, pp.294-295], containing either round or elliptical emitters mounted perpendicular to the plane of the screen. The disadvantages of such antennas is their low mechanical strength, since the power part is combined with the power point, low gain.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента усиления и механической прочности предлагаемой антенны с вертикальной поляризацией.The technical result of the invention is to increase the gain and mechanical strength of the proposed antenna with vertical polarization.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией содержит излучатель, установленный перпендикулярно плоскости экрана.The essence of the invention is that the transceiver antenna with vertical polarization contains a radiator mounted perpendicular to the plane of the screen.

Новыми признаками является выполнение излучателя в виде прямоугольной пластины шириной 1.0-0.2 λ_н и высотой 1.0-0.15 λ_н, закороченной и жестко закрепленной нижней кромкой на экран. Возбуждение прямоугольной пластины производится через полуоткрытую щель длиной не менее 0.2 λ_н, прорезанную в прямоугольной пластине на расстоянии 0.01-0.5 λ_н от экрана, а точка возбуждения может перемещаться вдоль полуоткрытой щели. Кроме того, либо перпендикулярно экрану, либо под углом от 65 до 135° на расстоянии λ_н/6±λ_н/30 от центра нижней кромки излучателя установлен дополнительный экран высотой не менее половины высоты излучателя. Излучатель относительно дополнительного экрана может быть установлен в произвольное положение в пределах от 0 до ±180°, при этом направление максимума излучения в угломестной плоскости не изменяется при любом положении излучателя относительно дополнительного экрана, а в азимутальной плоскости может смещаться в пределах ±10°.New features are the implementation of the emitter in the form of a rectangular plate with a width of 1.0-0.2 λ _n and a height of 1.0-0.15 λ _n , shorted and rigidly fixed to the bottom edge of the screen. The rectangular plate is excited through a half-open slot with a length of at least 0.2 λ _n , cut in the rectangular plate at a distance of 0.01-0.5 λ _n from the screen, and the excitation point can move along the half-open gap. In addition, an additional screen with a height of at least half the height of the emitter is installed either perpendicular to the screen or at an angle of 65 to 135 ° at a distance of λ _n / 6 ± λ _n / 30 from the center of the lower edge of the radiator. The emitter relative to the additional screen can be installed in an arbitrary position in the range from 0 to ± 180 °, while the direction of the maximum radiation in the elevation plane does not change at any position of the emitter relative to the additional screen, and in the azimuthal plane can be shifted within ± 10 °.

Излучатель приемо-передающей антенны с вертикальной поляризацией может быть также выполнен в виде прямоугольной пластины, вершины которой скруглены с радиусом скругления не менее 0.015 λ_н, где λ_н - длина волны нижней границы частотного диапазона. Полуоткрытая щель в прямоугольной пластине может быть выполнена либо прямолинейной, либо кусочно-линейной, либо криволинейной с переменной шириной.The emitter of the transceiver antenna with vertical polarization can also be made in the form of a rectangular plate, the vertices of which are rounded with a fillet radius of at least 0.015 λ _n , where λ _n is the wavelength of the lower boundary of the frequency range. A half-open slot in a rectangular plate can be made either rectilinear, or piecewise linear, or curvilinear with a variable width.

Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией размещена в диэлектрическом объеме с постоянной или переменной диэлектрической проницаемостью.A vertical polarized transceiver antenna is placed in a dielectric volume with a constant or variable dielectric constant.

На фиг.1 представлен пример выполнения приемо-передающей антенны с вертикальной поляризацией с прямолинейной щелью.Figure 1 shows an example of the implementation of the transceiver antenna with vertical polarization with a rectilinear slit.

На фиг.2 представлен пример выполнения приемо-передающей антенны с вертикальной поляризацией с кусочно-линейной щелью.Figure 2 presents an example of the implementation of the transceiver antenna with vertical polarization with a piecewise linear slit.

На фиг.3 представлен пример выполнения приемо-передающей антенны с вертикальной поляризацией с криволинейной щелью с переменной шириной.Figure 3 presents an example of the implementation of the transceiver antenna with vertical polarization with a curved slit with a variable width.

На фиг.4 представлены варианты расположения дополнительного экрана и варианты размещения излучателя относительно него.Figure 4 presents options for the location of the additional screen and placement options for the emitter relative to it.

На фиг.5 представлены диаграммы направленности предлагаемой антенны с вертикальной поляризацией.Figure 5 presents the radiation patterns of the proposed antenna with vertical polarization.

Антенна содержит излучатель 1, расположенный над экраном 2. Излучатель 1 выполнен в виде прямоугольной пластины шириной 1.0-0.2 λ_н и высотой 1.0-0.15 λ_н, закороченной и жестко закрепленной нижней кромкой на экран 2. Возбуждение антенны осуществляется через щель 3 с помощью коаксиального кабеля 4. Щель 3, прорезанная в пластине излучателя 1, может быть прямолинейной 3¹, кусочно-линейной 3² криволинейной с переменной шириной 3³. На расстоянии λ_н/6±λ_н/30 от центра нижней кромки излучателя перпендикулярно экрану и одновременно перпендикулярно плоскости излучателя расположен дополнительный экран 5. Излучатель относительно дополнительного экрана может быть установлен в произвольное положение в пределах от 0 до ±180°, при этом направление максимума излучения в угломестной плоскости не изменяется при любом положении излучателя относительно дополнительного экрана, а в азимутальной плоскости может смещаться в пределах ±10°.The antenna contains a radiator 1 located above the screen 2. The radiator 1 is made in the form of a rectangular plate with a width of 1.0-0.2 λ _n and a height of 1.0-0.15 λ _n , shorted and rigidly fixed with the lower edge to the screen 2. The antenna is excited through slot 3 using a coaxial cable 4. Slit 3, cut in the plate of the emitter 1, can be rectilinear 3 ¹ , piecewise linear 3 ² curved with a variable width of 3 ³ . At a distance of λ _n / 6 ± λ _n / 30 from the center of the lower edge of the emitter perpendicular to the screen and at the same time perpendicular to the plane of the emitter there is an additional screen 5. The emitter relative to the additional screen can be set to an arbitrary position in the range from 0 to ± 180 °, while the direction the radiation maximum in the elevation plane does not change at any position of the emitter relative to the additional screen, and in the azimuthal plane it can shift within ± 10 °.

Причем положение излучателя 0° соответствует случаю размещения открытого конца щели в сторону дополнительного экрана, а положение 180° соответствует случаю размещения замкнутого конца щели в сторону дополнительного экрана. При этом направление максимума излучения в азимутальной плоскости сохраняется. При изменении угла размещения излучателя от 0 до 90° относительно плоскости дополнительного экрана возникает компонента продольного поля излучения, вследствие чего максимум диаграммы в плоскости азимута плавно смещается на 5-10° относительно основного направления излучения. При дальнейшем повороте пластины излучателя до 180° максимум диаграммы направленности возвращается в исходное положение. При этом угол возвышения максимума диаграммы направленности над плоскостью экрана не изменяется в диапазоне частот F_H-F_B,Moreover, the position of the emitter 0 ° corresponds to the case of placing the open end of the slit towards the additional screen, and the position of 180 ° corresponds to the case of placing the closed end of the slit towards the additional screen. In this case, the direction of the radiation maximum in the azimuthal plane is preserved. When the emitter angle changes from 0 to 90 ° relative to the plane of the additional screen, a component of the longitudinal radiation field appears, as a result of which the maximum of the diagram in the azimuth plane smoothly shifts by 5-10 ° relative to the main radiation direction. With further rotation of the emitter plate to 180 °, the maximum radiation pattern returns to its original position. In this case, the elevation angle of the maximum of the radiation pattern above the plane of the screen does not change in the frequency range F _H -F _B ,

где F_H - нижняя граница частотного диапазона;where F _H is the lower limit of the frequency range;

F_B - верхняя граница частотного диапазона.F _B - the upper limit of the frequency range.

Кроме того, дополнительный экран может располагаться под углом 65-135° к экрану.In addition, an additional screen can be located at an angle of 65-135 ° to the screen.

Приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией работает следующим образом: с помощью коаксиального кабеля 4 возбуждается полуоткрытая щель 3. Положение точки возбуждения щели выбрано исходя из условий обеспечения оптимального согласования в полосе частот F_H-F_B. Щель 3 в свою очередь возбуждает пластину излучателя 1, в котором она прорезана и в совокупности образует активную систему «щель- пластина», которая вместе с экраном 2 и дополнительным экраном 5 формирует направленную диаграмму направленности в полосе частот с углом возвышения 25-30° относительно поверхности экрана. Расстояние от центра излучателя до дополнительного экрана выбирается исходя из условий обеспечения оптимального согласования в полосе частот не менее 3F_H. Направленная диаграмма направленности образуется синфазным сложением в дальней зоне прямого и отраженного от дополнительного экрана полей.A transceiver antenna with vertical polarization works as follows: using a coaxial cable 4, a half-open slot 3 is excited. The position of the slot excitation point is selected based on the conditions for ensuring optimal matching in the frequency band F _H -F _B. Slit 3, in turn, excites the emitter plate 1, in which it is cut and together forms an active “slot-plate” system, which together with screen 2 and additional screen 5 forms a directional radiation pattern in the frequency band with an elevation angle of 25-30 ° relative to screen surface. The distance from the center of the emitter to the additional screen is selected based on the conditions for ensuring optimal coordination in the frequency band of at least 3F _H. The directional pattern is formed by in-phase addition in the far zone of the direct and reflected fields from the secondary screen.

Поскольку излучатель, возбуждаемый щелью с предлагаемой конфигурацией, имеет вертикальную поляризацию относительно экрана, то и вся антенна имеет вертикальную поляризацию электромагнитного поля.Since the emitter excited by the slot with the proposed configuration has a vertical polarization relative to the screen, the entire antenna has a vertical polarization of the electromagnetic field.

Таким образом, предлагаемая приемо-передающая антенна с вертикальной поляризацией имеет высокую механическую прочность и коэффициент усиления, достигающий 6,5 дБ (порядка 2 дБ у прототипа).Thus, the proposed transceiver antenna with vertical polarization has high mechanical strength and a gain of up to 6.5 dB (about 2 dB for the prototype).

Claims

1. The transceiver antenna with vertical polarization, comprising an emitter mounted perpendicular to the plane of the screen, characterized in that the emitter is made in the form of a rectangular plate with a width of 1.0-0.2 λ _H and a height of 1.0-0.15 λ _H , shorted and rigidly fixed bottom edge to the screen, the excitation is made through a half-open slot with a length of at least 0.2 λ _H cut in a rectangular plate at a distance of 0.01-0.5 λ _H from the screen, the excitation point can move along the half-open gap, where λ _H - the wavelength of the lower limit often Nogo range, moreover, either perpendicular to the screen, or at an angle from 65 to 135 ° at a distance of λ _H / 6 ± λ _H / 30 from the center of the bottom of a rectangular plate the edge of the optional screen height not less than half the height of a rectangular plate, wherein the emitter relative additional screen can be set to an arbitrary position in the range from 0 to ± 180 °, while the direction of the maximum radiation in the elevation plane does not change at any position of the emitter relative to the additional screen, but in the azimuth plane The span can move within ± 10 °.

2. The transceiver antenna with vertical polarization according to claim 1, characterized in that the emitter is made in the form of a rectangular plate with rounded vertices with a rounding radius of at least 0.015 λ _H.

3. The transceiver antenna with vertical polarization according to claim 1 or 2, characterized in that the half-open slot is made rectilinear.

4. The transceiver antenna with vertical polarization according to claim 1 or 2, characterized in that the half-open slot is made piecewise linear.

5. Transmitter antenna with vertical polarization according to claim 1 or 2, characterized in that the half-open slot is made curved with a variable width.

6. The transceiver antenna with vertical polarization according to claim 1 or 2, characterized in that it is placed in a dielectric volume with a constant or variable dielectric constant.