[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2587495C2 - Method of transmitting signals through omnidirectional circular log periodic vertically polarised antenna array and antenna array therefor - Google Patents

Method of transmitting signals through omnidirectional circular log periodic vertically polarised antenna array and antenna array therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2587495C2
RU2587495C2 RU2014120884/28A RU2014120884A RU2587495C2 RU 2587495 C2 RU2587495 C2 RU 2587495C2 RU 2014120884/28 A RU2014120884/28 A RU 2014120884/28A RU 2014120884 A RU2014120884 A RU 2014120884A RU 2587495 C2 RU2587495 C2 RU 2587495C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transmission
frequency
sections
antenna array
ranges
Prior art date
Application number
RU2014120884/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014120884A (en
Inventor
Александр Викторович Невский
Алексей Павлович Трофимов
Вячеслав Викторович Юдин
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир)
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 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир)
Priority to RU2014120884/28A priority Critical patent/RU2587495C2/en
Publication of RU2014120884A publication Critical patent/RU2014120884A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2587495C2 publication Critical patent/RU2587495C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and is intended, in particular, for use in mobile communication systems in metre and decimetre wavelength range. Disclosed is a method of transmitting signals through an omnidirectional log periodic vertically polarised circular antenna array with division of full operating frequency band of antenna into first and second transmission frequency ranges. Sections of first transmission range are located between sections of second transmission range. When dividing full operating frequency band into first and second transmission frequency ranges, said transmission frequency ranges are assigned with partial overlap of transmission bands of first and second frequency transmission ranges and signals falling in frequency overlap zone of said two transmission frequency ranges and having matching allocated transmission frequencies, are transmitted via both transmission ranges through all sections of antenna array. Also disclosed is an antenna that realises said method.
EFFECT: technical result is expansion of frequency band of omnidirectional circular antenna array due to reduced effect of increasing electric radius of array.
6 cl, 8 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено, в частности, для использования в качестве передающей антенны для передачи сообщений в системах подвижной связи: сухопутной подвижной, воздушной подвижной и морской подвижной радиосвязи в метровом и дециметровом диапазонах волн.The invention relates to radio engineering and is intended, in particular, for use as a transmitting antenna for transmitting messages in mobile communication systems: land mobile, air mobile and marine mobile radio communications in the meter and decimeter wavelengths.

Уровень техникиState of the art

Для организации радиосвязи с подвижными абонентами в профессиональных системах радиосвязи обычно используются антенны вертикальной поляризации, всенаправленные в горизонтальной плоскости, например, несимметричные вертикальные вибраторы (Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. / Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. Ч.2 - М.: Связь, 1977. - 288 с.). Эти антенны обеспечивают хорошую равномерность характеристики направленности в горизонтальной плоскости, однако могут размещаться только на вершине опоры, что ограничивает рабочий диапазон частот для таких антенн.For the organization of radio communication with mobile subscribers in professional radio communication systems, vertical polarization antennas are usually used, omnidirectional in the horizontal plane, for example, asymmetric vertical vibrators (Aizenberg G.Z., Yampolsky V.G., Tereshin O.N. Antennas VHF / Ed. G.Z. Eisenberg. In the 2 part of Part 2 - M .: Communication, 1977. - 288 p.). These antennas provide good uniformity of directivity in the horizontal plane, but can only be placed on the top of the support, which limits the working frequency range for such antennas.

Известны всенаправленные антенные решетки, в которых используются кольцевые решетки из излучателей вертикальной поляризации, равномерно расположенных вокруг опоры (патент РФ на изобретение №2206159, Н01Q 21/20 от 10.06.2003). Ширина рабочей полосы частот логопериодической антенны при достаточно большом числе вибраторов в ее составе может составлять октаву и более. Однако широкополосность кольцевых решеток ограничена не только широкополосностью входящих в них излучателей, но и относительно узкой полосой частот, при которой диаграмма направленности кольцевой решетки с фиксированными расстояниями между излучателями остается квазикруговой с приемлемой неравномерностью. При увеличении рабочей частоты соответственно растет электрическое расстояние между излучателями решетки. Начиная с некоторой частоты, уровень провалов (минимумов) азимутальной диаграммы направленности становится недопустимо низким. При использовании в качестве излучателей кольцевой антенной решетки логопериодических антенн указанный эффект частотной зависимости электрического расстояния между излучателями дополнительно усиливается, поскольку с ростом частоты положение эквивалентного фазового центра излучателя смещается в направлении главного излучения логопериодической антенны, т.е. фактически увеличивается радиус решетки. Все это существенно ограничивает широкополосность всенаправленных кольцевых антенных решеток.Omnidirectional antenna arrays are known in which annular arrays of vertical polarized emitters are used that are evenly spaced around the support (RF patent for the invention No. 2206159, H01Q 21/20 from 06/10/2003). The width of the working frequency band of the log-periodic antenna with a sufficiently large number of vibrators in its composition can be an octave or more. However, the broadband of the ring gratings is limited not only by the broadband of the emitters included in them, but also by a relatively narrow frequency band, in which the radiation pattern of the ring grating with fixed distances between the emitters remains quasi-circular with acceptable unevenness. With an increase in the operating frequency, the electric distance between the grating emitters increases correspondingly. Starting from a certain frequency, the level of dips (minima) of the azimuthal radiation pattern becomes unacceptably low. When using log-periodic antennas as emitters of a circular antenna array, the indicated effect of the frequency dependence of the electric distance between the emitters is further enhanced, since with increasing frequency the position of the equivalent phase center of the emitter shifts in the direction of the main radiation of the log-periodic antenna, i.e. in fact, the radius of the lattice increases. All this significantly limits the broadband omnidirectional ring antenna arrays.

Известна логопериодическая комбинированная антенна, содержащая плоскую антенну, содержащая несколько модулей, каждый из которых имеет собственный диапазон рабочих частот, при этом рабочие диапазоны часто для отдельных модулей не перекрывают друг друга (патент РФ на изобретение №2427946, Н01Q 11/10 от 27.08.2011). Как отмечают авторы данного изобретения, потенциально данная антенна может использовать широкий диапазон частот, метровые, дециметровые и сантиметровые радиоволны, но в данной антенной решетке остаются все ограничения на рабочий диапазон каждого из модулей в связи с затуханием сигнала на границах рабочего данного модуля. Кроме того, используя антенну такого типа, нельзя получить равномерное всенаправленное излучение сигнала, что необходимо при работе с подвижными объектами.Known log-periodic combined antenna containing a flat antenna containing several modules, each of which has its own operating frequency range, while the operating ranges often for individual modules do not overlap each other (RF patent for the invention No. 2427946, H01Q 11/10 from 08/27/2011 ) As the authors of this invention note, potentially this antenna can use a wide range of frequencies, meter, decimeter and centimeter radio waves, but in this antenna array there are all restrictions on the working range of each of the modules due to signal attenuation at the boundaries of the working given module. In addition, using an antenna of this type, it is impossible to obtain uniform omnidirectional radiation of the signal, which is necessary when working with moving objects.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения полосы рабочих частот при передаче сообщений подвижным приемным станциям.The present invention solves the problem of expanding the operating frequency band when transmitting messages to mobile receiving stations.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Для решения поставленной задачи предлагается способ передачи сигналов через всенаправленную кольцевую логопериодическую антенную решетку вертикальной поляризации, основанный на разделении полной рабочей полосы частот антенны на первый и второй диапазоны частот передачи, выделение для каждого из диапазонов передачи своих секций всенаправленной кольцевой антенной решетки, назначение передаваемым сигналам канала передачи с выделенной частотой передачи, распределение назначенных каналов передачи по диапазонам передачи в соответствии с выделенной частотой передачи и передачу сигналов антенной на выделенных частотах передачи через соответствующие секции антенной решетки, при этом секции первого диапазона передачи располагают между секциями второго диапазона передачи, а при разделении полной рабочей полосы частот на первый и второй диапазоны частот передачи эти диапазоны частот передачи назначают с частичным перекрытием полос передачи первого и второго диапазонов частот передачи и сигналы, попадающие в зону перекрытия частот этих двух диапазонов частот передачи и имеющие совпадающие выделенные частоты передачи, передают по обоим диапазонам передачи через все секции антенной решетки.To solve this problem, a method for transmitting signals through an omnidirectional log periodic periodic antenna array of vertical polarization, based on dividing the full working frequency band of the antenna into the first and second transmission frequency ranges, allocating an omnidirectional ring antenna array for each of the transmission ranges of their sections, assigning channel signals to the transmitted signals transmission with a dedicated transmission frequency, the distribution of the assigned transmission channels by transmission ranges in accordance AI with a dedicated transmission frequency and transmitting antenna signals at dedicated transmission frequencies through the corresponding sections of the antenna array, while the sections of the first transmission range are located between the sections of the second transmission range, and when dividing the full working frequency band into the first and second transmission frequency ranges, these transmission frequency ranges with partially overlapping transmission bands of the first and second transmission frequency ranges, and signals falling into the frequency overlapping zone of these two transmission frequency ranges and and having matching allocated transmission frequencies, transmit over both transmission ranges through all sections of the antenna array.

При этом в предлагаемом способе в первом и втором диапазонах передачи используют восьмисекционную всенаправленную антенну с четырьмя секциями на каждый диапазон, при этом обеспечивают, включая, но не ограничиваясь, следующие режимы возбуждения входов: 1) сигналы на входах смежных 1-го, 2-го, 3-го и 4-го элементов в каждой секции смещают относительно друг друга на +90°; 2) сигналы на входах смежных 1-го, 2-го, 3-го и 4-го элементов в каждой секции смещают относительно друг друга на -90°; 3) сигналы на входах двух противоположных элементов обеспечивают синфазными, ортогональные им элементы не возбуждают.Moreover, in the proposed method in the first and second transmission ranges, an eight-section omnidirectional antenna with four sections for each range is used, while providing, including, but not limited to, the following modes of input excitation: 1) signals at the inputs of adjacent 1st, 2nd , The 3rd and 4th elements in each section are shifted relative to each other by + 90 °; 2) the signals at the inputs of adjacent 1st, 2nd, 3rd and 4th elements in each section are offset by -90 ° relative to each other; 3) the signals at the inputs of two opposite elements provide in-phase, orthogonal elements do not excite them.

Для решения поставленной задачи предлагается также широкополосная всенаправленная кольцевая логопериодическая антенная решетка вертикальной поляризации, содержащая излучатели, равномерно расположенные на центральной опоре, в качестве излучателей используются секции логопериодической антенны вертикальной поляризации, скомпонованные в две группы секций, одна группа секций антенной решетки сконфигурирована для работы в высокочастотном диапазоне передачи, а другая группа секций антенной решетки сконфигурирована для работы в низкочастотном диапазоне передачи, частично перекрывающем высокочастотный диапазон передачи вышеупомянутой группы секций, при этом секции излучателей обеих групп расположены в одной плоскости так, что секции излучателей одной группы размещены между секциями излучателей другой группы, при этом излучатели обеих групп, работающие в перекрывающемся диапазоне частот, подключены к частотно-разделительным устройствам, обеспечивающим разделение низкочастотного и высокочастотного диапазонов с частичным перекрытием этих диапазонов передачи, при этом каждое частотно-распределительное устройство имеет один вход и два выхода, так что к выходам каждого частотно-разделительного устройства подключены соответствующие входы двух смежных излучателей, а входы частотно-разделительных устройств являются интерфейсами антенной решетки для передачи/приема сигнала.To solve this problem, it is also proposed a broadband omnidirectional ring log-periodic antenna array of vertical polarization containing emitters evenly located on the central support, sections of a log-periodic antenna of vertical polarization arranged in two groups of sections are used as emitters, one group of sections of the antenna array is configured to operate in high-frequency transmission range, and another group of sections of the antenna array is configured to operate in low the frequency range of transmission, partially covering the high-frequency transmission range of the aforementioned group of sections, while the sections of the emitters of both groups are located in the same plane so that the sections of the emitters of one group are located between the sections of the emitters of the other group, while the emitters of both groups operating in the overlapping frequency range are connected to frequency separation devices providing separation of the low-frequency and high-frequency ranges with a partial overlap of these transmission ranges, etc. wherein each frequency-distribution device has one input and two outputs, so that the outputs of each frequency-separating devices are connected corresponding inputs of two adjacent radiators, and inputs the frequency-dividing devices are interfaces array antenna for transmitting / receiving a signal.

Всенаправленная кольцевая антенная решетка отличается тем, что она оснащена восемью секциями излучателей и четырьмя интерфейсами, при этом входы секций решетки подключены к интерфейсам антенной решетки через диаграммообразующее устройство, обеспечивающее значения нормированного вектора комплексных амплитуд напряжений на входах решетки [1, -i, -1, i], [1, i, -1, -i], [1, 0, 1, 0], [0, 1, 0, 1] для 1-й, 2-й, 3-й и 4-й мод соответственно, где i - мнимая единица.The omnidirectional ring antenna array is characterized in that it is equipped with eight sections of emitters and four interfaces, while the inputs of the sections of the array are connected to the interfaces of the antenna array through a beam-forming device that provides the normalized vector of complex voltage amplitudes at the inputs of the array [1, -i, -1, i], [1, i, -1, -i], [1, 0, 1, 0], [0, 1, 0, 1] for the 1st, 2nd, 3rd and 4th mod, respectively, where i is the imaginary unit.

Техническим результатом изобретения является расширение полосы частот всенаправленной кольцевой антенной решетки за счет снижения влияния эффекта увеличения электрического радиуса решетки.The technical result of the invention is to expand the frequency band of an omnidirectional ring antenna array by reducing the effect of increasing the electric radius of the array.

Для достижения указанного технического результата предлагаемый способ передачи и антенная решетка базируются на разделении полной рабочей полосы частот известной всенаправленной кольцевой антенной решетки с поворотной симметрией, выполненной на основе равномерно расположенных на цилиндрической опоре излучателей, на первый (низкочастотный) и второй (высокочастотный) диапазоны с организацией для каждого из диапазонов своих секций решетки. Элементы секций каждого диапазона выполняют более узкополосными, чем элементы секций антенной решетки без частотного разделения, соответственно, обеспечивается меньшая девиация положений эквивалентных фазовых центров излучателей в рабочей полосе частот. Первый и второй диапазоны частот задают смежными с частичным перекрытием полос, при этом сигналы, попадающие в зону взаимно-перекрывающихся областей диапазонов, передают одновременно по обоим диапазонам через все секции антенной решетки. Разделение суммарной полосы частот антенной решетки на первый и второй диапазоны осуществляют с помощью частотно-разделительных устройств (ЧРУ), каждое из которых выполняют, например, в виде «вилки фильтров», представляющей собой комбинацию фильтра верхних частот (ФВЧ) и фильтра нижних частот (ФНЧ). Первый диапазон, в частности, может быть выделен ФНЧ, а второй - ФВЧ, построенных с частично-пересекающимися полосами пропускания. При этом выделенные ФНЧ сигналы первого диапазона подают на входы элементов первой секции антенной решетки; выделенные ФВЧ сигналы второго диапазона - на входы элементов второй секции антенной решетки; сигналы же частот во взаимно-пересекающейся области полос пропускания ФНЧ и ФВЧ - на входы элементов обеих секций антенной решетки, соответственно.To achieve the indicated technical result, the proposed transmission method and the antenna array are based on dividing the full working frequency band of the known omnidirectional ring antenna array with rotational symmetry, made on the basis of the emitters evenly located on the cylindrical support, into the first (low-frequency) and second (high-frequency) ranges with organization for each of the ranges of its sections of the lattice. The elements of the sections of each range perform narrower than the elements of the sections of the antenna array without frequency separation, respectively, provides a smaller deviation of the positions of the equivalent phase centers of the emitters in the working frequency band. The first and second frequency ranges are set adjacent to the partial overlapping of the bands, while the signals falling into the area of mutually overlapping regions of the ranges are transmitted simultaneously on both ranges through all sections of the antenna array. Separation of the total frequency band of the antenna array into the first and second ranges is carried out using frequency separation devices (CIA), each of which is performed, for example, in the form of a “filter plug”, which is a combination of a high-pass filter (HPF) and a low-pass filter ( Low-pass filter). The first range, in particular, can be allocated by the low-pass filter, and the second - the high-pass filter, built with partially overlapping passband. Moreover, the selected low-pass filters of the first range are fed to the inputs of the elements of the first section of the antenna array; dedicated high-frequency signals of the second range - to the inputs of the elements of the second section of the antenna array; frequency signals in the mutually intersecting region of the passband of the low-pass and high-pass filters are applied to the inputs of the elements of both sections of the antenna array, respectively.

В качестве варианта осуществления изобретения предлагается использовать в первом и втором диапазонах передачи используют восьмисекционную всенаправленную антенну с четырьмя секциями на каждый диапазон, при этом расширение рабочей полосы частот обеспечивается (включая, но не ограничиваясь) следующими режимами возбуждения входов:As an embodiment of the invention, it is proposed to use an eight-section omnidirectional antenna with four sections for each band in the first and second transmission ranges, while the extension of the working frequency band is provided (including, but not limited to) the following input drive modes:

1) сигналы на входах смежных 1-го, 2-го, 3-го и 4-го элементов в каждой секции смещают относительно друг друга на +90°;1) the signals at the inputs of adjacent 1st, 2nd, 3rd and 4th elements in each section are offset by + 90 ° relative to each other;

2) сигналы на входах смежных 1-го, 2-го, 3-го и 4-го элементов в каждой секции смещают относительно друг друга на -90°;2) the signals at the inputs of adjacent 1st, 2nd, 3rd and 4th elements in each section are offset by -90 ° relative to each other;

3) сигналы на входах двух противоположных элементов обеспечивают синфазными, ортогональные им элементы не возбуждают,3) the signals at the inputs of two opposite elements provide in-phase, orthogonal elements do not excite them,

что обеспечивает формирование четырех независимых диаграмм направленности.which ensures the formation of four independent radiation patterns.

Устройство, реализующее заявляемый способ, предполагает использование в качестве секционных элементов во всенаправленной кольцевой антенной решетке с поворотной симметрией, выполненной на основе излучателей, равномерно расположенных на цилиндрической опоре, логопериодических антенн вертикальной поляризации первого и второго частотных диапазонов соответственно. Элементы первой и второй секций размещены на опоре поочередно и подключены к ЧРУ, обеспечивающим, с частичным перекрытием, разделение первого и второго диапазонов и имеющим каждое один вход и два выхода, так что к выходам ЧРУ подключены соответствующие входы двух смежных излучателей, а входы ЧРУ образуют входы решетки.A device that implements the inventive method involves the use of log periodic antennas of vertical polarization of the first and second frequency ranges, respectively, as sectional elements in an omnidirectional ring antenna array with rotational symmetry, made on the basis of radiators uniformly located on a cylindrical support. The elements of the first and second sections are placed alternately on the support and are connected to the switchgear, providing, with partial overlap, separation of the first and second ranges and having each one input and two outputs, so that the corresponding inputs of two adjacent radiators are connected to the outputs of the switchgear, and the inputs of the switchgear form grating inputs.

В другом варианте входы упомянутой широкополосной всенаправленной кольцевой антенной решетки, содержащей 8 излучателей, подключаются к четырем передатчикам или приемникам через диаграммообразующее устройство, обеспечивающее значения нормированного вектора комплексных амплитуд напряжений на входах решетки [1, -i, -1, i], [-i, 1, i, -1], [-i, 0, -i, 0], [0, -i, 0, -i] для 1-го, 2-го, 3-го и 4-го передатчика (приемника) соответственно, где i - мнимая единица, что обеспечивает формирование четырех независимых диаграмм направленности.In another embodiment, the inputs of the aforementioned broadband omnidirectional ring antenna array containing 8 emitters are connected to four transmitters or receivers through a diagram-forming device that provides the normalized vector of complex voltage amplitudes at the inputs of the array [1, -i, -1, i], [-i , 1, i, -1], [-i, 0, -i, 0], [0, -i, 0, -i] for the 1st, 2nd, 3rd and 4th transmitter ( receiver), respectively, where i is the imaginary unit, which ensures the formation of four independent radiation patterns.

Краткое описание рисунковBrief Description of Drawings

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображена схематически предлагаемая широкополосная всенаправленная антенная решетка, вид сверху; в данном случае решетка содержит 8 излучателей.In FIG. 1 shows a schematically proposed broadband omnidirectional antenna array, top view; in this case, the grating contains 8 emitters.

На фиг. 2 предлагаемая антенная решетка изображена схематически в аксонометрии.In FIG. 2, the proposed antenna array is shown schematically in a perspective view.

На фиг. 3 представлена схема подключения излучателей к частотно-разделительным устройствам.In FIG. 3 shows a diagram of the connection of emitters to frequency-separation devices.

На фиг. 4 изображена схема подключения антенной решетки к диаграммообразующему устройству.In FIG. 4 shows a connection diagram of an antenna array to a beam-forming device.

На фиг. 5 изображена схема варианта диаграммообразующего устройства.In FIG. 5 shows a diagram of a variant of a beam-forming device.

На фиг.6…8 приведены диаграммы направленности в горизонтальной плоскости для конкретного варианта 8-элементной решетки.Figure 6 ... 8 shows the radiation patterns in the horizontal plane for a particular variant of the 8-element array.

Описание примеров осуществления изобретенияDescription of Embodiments

Широкополосная всенаправленная антенная решетка (фиг. 1 и 2) представляет собой кольцевую антенную решетку с поворотной симметрией (фиг. 1), излучатели которой 1, 2 равномерно расположены на цилиндрической опоре 3. В качестве излучателей используются логопериодические антенны вертикальной поляризации двух частично перекрывающихся частотных диапазонов - низкочастотного 1 и высокочастотного 2, размещенные на опоре поочередно, так что секции излучателей первого диапазона частот передач расположены между секциями излучателей второго диапазона частот передач. Излучатели подключены (фиг. 3) к частотно-разделительным устройствам 4, обеспечивающим, с частичным перекрытием, разделение низкочастотного и высокочастотного диапазонов. Ширина полосы частот перекрытия высокочастотного и низкочастотного диапазонов лежит в пределах (5…15)% от ширины полосы рабочих частот решетки и уточняется по результатам оптимизации пространственных характеристик конкретной решетки. Частотно-разделительное устройство имеет один вход 5 и два выхода: низкочастотного диапазона 6 и высокочастотного диапазона 7. В качестве частотно-разделительного устройства используется, например, известное устройство типа «вилки фильтров» (Бузов А.Л. УКВ антенны для радиосвязи с подвижными объектами, радиовещания и телевидения. - М.: Радио и связь, 1997), причем ФНЧ подключен между входом частотно-разделительного устройства 5 и выходом низкочастотного диапазона 6, а ФВЧ - между входом частотно-разделительного устройства 5 и выходом высокочастотного диапазона 7. К выходам 6, 7 каждого частотно-разделительного устройства подключены соответствующие входы двух смежных излучателей 1, 2, а входы частотно-разделительных устройств 5 образуют входы решетки.Broadband omnidirectional antenna array (Fig. 1 and 2) is an annular antenna array with rotational symmetry (Fig. 1), the emitters of which 1, 2 are uniformly located on the cylindrical support 3. Log emitters of vertical polarization of two partially overlapping frequency ranges are used as emitters - low-frequency 1 and high-frequency 2, placed on the support in turn, so that the sections of the emitters of the first range of transmission frequencies are located between the sections of the emitters of the second range on gear frequencies. The emitters are connected (Fig. 3) to the frequency separation devices 4, providing, with partial overlap, the separation of the low-frequency and high-frequency ranges. The bandwidth of the overlapping frequencies of the high-frequency and low-frequency ranges lies within (5 ... 15)% of the working frequency bandwidth of the grating and is refined by optimizing the spatial characteristics of a specific grating. The frequency separation device has one input 5 and two outputs: low-frequency range 6 and high-frequency range 7. As a frequency-separation device, for example, a well-known device such as “filter plugs” is used (A. Buzov VHF antennas for radio communication with moving objects broadcasting and television. - M.: Radio and communications, 1997), and the low-pass filter is connected between the input of the frequency separation device 5 and the output of the low-frequency range 6, and the high-pass filter is between the input of the frequency separation device 5 and the output of high hours 7. otnogo range to the outputs 6 and 7 of each frequency-separating devices are connected corresponding inputs of two adjacent radiators 1, 2, and inputs the frequency-dividing device 5 inputs a lattice form.

В другом варианте (фиг. 4) входы 5 частотно-разделительных устройств, являющиеся входами решетки, содержащей восемь излучателей, подключаются к четырем передатчикам или приемникам через диаграммообразующее устройство 8, обеспечивающее значения нормированного вектора комплексных амплитуд напряжений на его выходах 13, 14, 15, 16 (т.е. на входах решетки) [1, -i, -1, i], [-i, 1, i, -1], [-i, 0, -i, 0], [0, -i, 0, -i] (где i - мнимая единица) при подаче сигналов на входы 9, 10, 11, 12 диаграммообразующего устройства соответственно. В результате обеспечивается формирование четырех независимых диаграмм направленности.In another embodiment (Fig. 4), the inputs of 5 frequency-separating devices, which are the inputs of a grating containing eight emitters, are connected to four transmitters or receivers through a diagram-forming device 8, which provides the values of the normalized vector of complex voltage amplitudes at its outputs 13, 14, 15, 16 (ie, at the inputs of the grating) [1, -i, -1, i], [-i, 1, i, -1], [-i, 0, -i, 0], [0, - i, 0, -i] (where i is the imaginary unit) when applying signals to the inputs 9, 10, 11, 12 of the beam-forming device, respectively. The result is the formation of four independent radiation patterns.

Диаграммообразующее устройство (фиг. 5) построено по известной схеме «усеченной» матрицы Батлера (Бузов А.Л. УКВ антенны для радиосвязи с подвижными объектами, радиовещания и телевидения. - М.: Радио и связь, 1997) и образовано соединением трех широкополосных квадратурных 3 дБ мостовых устройств 17 и двух широкополосных фазосдвигателей 18 с набегом фазы 90°. В результате на выходах 13, 14, 15, 16 формируются амплитудно-фазовые распределения, соответствующие значениям нормированного вектора комплексных амплитуд напряжений [1, -i, -1, i], [-i, 1, i, -1], [-i, 0, -i, 0], [0, -i, 0, -i] (где i - мнимая единица) при подаче сигналов на входы 9, 10, 11, 12 диаграммообразующего устройства соответственно.The diagram-forming device (Fig. 5) is constructed according to the well-known “truncated” Butler matrix (Buzov A.L. VHF antennas for radio communications with mobile objects, broadcasting and television. - M .: Radio and communications, 1997) and is formed by the connection of three broadband quadrature 3 dB of bridge devices 17 and two wideband phase shifters 18 with a 90 ° phase advance. As a result, at the outputs 13, 14, 15, 16, amplitude-phase distributions are formed corresponding to the normalized vector of complex stress amplitudes [1, -i, -1, i], [-i, 1, i, -1], [- i, 0, -i, 0], [0, -i, 0, -i] (where i is the imaginary unit) when applying signals to the inputs 9, 10, 11, 12 of the beam-forming device, respectively.

Широкополосная всенаправленная кольцевая антенная решетка работает следующим образом.Broadband omnidirectional ring antenna array operates as follows.

При подаче сигналов на входы частотно-разделительных устройств возбуждаются излучатели, подключенные к их выходам, причем в низкочастотной части низкочастотного диапазона возбуждаются преимущественно излучатели низкочастотного диапазона, в высокочастотной части высокочастотного диапазона - преимущественно излучатели высокочастотного диапазона, а в области частичного перекрытия диапазонов - и те и другие излучатели. При этом формируются характеристики направленности, определяемые амплитудно-фазовым распределением сигналов. Выбором оптимальных геометрических размеров излучателей и решетки в целом, а также частотных характеристик частотно-разделительных устройств обеспечиваются характеристики излучения решетки, близкие к всенаправленным, при различных амплитудно-фазовых распределениях сигналов в том числе - и в области частичного перекрытия частотных диапазонов.When signals are fed to the inputs of the frequency separation devices, emitters connected to their outputs are excited, and in the low-frequency part of the low-frequency range, mainly emitters of the low-frequency range are excited, in the high-frequency part of the high-frequency range, mainly emitters of the high-frequency range, and in the region of partial overlapping of the ranges, both other emitters. In this case, directivity characteristics are formed, determined by the amplitude-phase distribution of signals. The choice of the optimal geometric dimensions of the emitters and the grating as a whole, as well as the frequency characteristics of the frequency separation devices, ensures that the radiation characteristics of the grating are close to omnidirectional, for various amplitude-phase distributions of signals, including in the region of partial overlapping of frequency ranges.

В варианте широкополосной всенаправленной кольцевой антенной решетки, возбуждаемой через диаграммообразующее устройство, при подаче сигнала на первый вход (9 на фиг. 4) излучатели (пары излучателей в области частичного перекрытия частотных диапазонов) возбуждаются квадратурно, со сдвигом фаз между соседними излучателями (парами излучателей) +90°, при подаче сигнала на второй вход (10 на фиг. 4) излучатели (пары излучателей) возбуждаются квадратурно, со сдвигом фаз между соседними излучателями (парами излучателей) -90°, при подаче сигнала на третий вход (11 на фиг. 4) возбуждаются синфазно два противоположных излучателя (пары излучателей), а остальные два излучателя (пары излучателей) не возбуждаются, при подаче сигнала на четвертый вход (12 на фиг. 4) возбуждаются синфазно два других излучателя (пары излучателей), а оставшиеся два излучателя (пары излучателей) не возбуждаются. Таким образом, реализуется формирование до четырех независимых диаграмм направленности, близких в горизонтальной плоскости к круговым.In a variant of a broadband omnidirectional ring antenna array excited through a beam-forming device, when a signal is supplied to the first input (9 in Fig. 4), emitters (pairs of emitters in the region of partial overlapping of frequency ranges) are excited quadrature, with a phase shift between adjacent emitters (pairs of emitters) + 90 °, when applying a signal to the second input (10 in Fig. 4), emitters (pairs of emitters) are excited quadrature, with a phase shift between adjacent emitters (pairs of emitters) -90 °, when applying a signal to the second input (11 in Fig. 4) are excited in phase by two opposite emitters (pairs of emitters), and the other two emitters (pairs of emitters) are not excited, when a signal is supplied to the fourth input (12 in Fig. 4), the other two emitters are excited in phase (pairs emitters), and the remaining two emitters (pairs of emitters) are not excited. Thus, the formation of up to four independent radiation patterns that are close to circular in the horizontal plane is realized.

На фиг. 6…8 приведены расчетные диаграммы направленности в горизонтальной плоскости для конкретного варианта 8-элементной решетки, предназначенной для работы в полосе частот 100…520 МГц. Низкочастотный диапазон 100…260 МГц и высокочастотный диапазон 200…520 МГц перекрываются в полосе частот 200…260 МГц, т.е. ширина полосы частот перекрытия высокочастотного и низкочастотного диапазонов в данном случае составляет 14% от ширины рабочей полосы частот решетки.In FIG. 6 ... 8 shows the calculated radiation patterns in the horizontal plane for a particular version of the 8-element array, designed to operate in the frequency band 100 ... 520 MHz. The low-frequency range 100 ... 260 MHz and the high-frequency range 200 ... 520 MHz overlap in the frequency band 200 ... 260 MHz, i.e. the bandwidth of the overlapping frequencies of the high-frequency and low-frequency ranges in this case is 14% of the width of the working frequency band of the grating.

На частоте 100 МГц (фиг. 6) возбуждаются преимущественно низкочастотные излучатели, на частоте 230 МГц (фиг. 7) возбуждаются как низкочастотные, так и высокочастотные излучатели, а на частоте 520 МГц (фиг. 8) возбуждаются преимущественно высокочастотные излучатели.At a frequency of 100 MHz (FIG. 6), mainly low-frequency emitters are excited, at a frequency of 230 MHz (FIG. 7) both low-frequency and high-frequency emitters are excited, and at a frequency of 520 MHz (FIG. 8), mainly high-frequency emitters are excited.

Сплошные кривые на фиг. 6…8 соответствуют синфазному возбуждению всех четырех входов, штриховые - квадратурному возбуждению четырех входов, а пунктирные - синфазному возбуждению двух противоположных входов (остальные два не возбуждаются).The solid curves in FIG. 6 ... 8 correspond to in-phase excitation of all four inputs, dashed - to quadrature excitation of four inputs, and dashed - to in-phase excitation of two opposite inputs (the other two are not excited).

Результаты расчетов подтверждают достижение поставленной цели - расширение полосы рабочих частот, поскольку квазикруговая форма диаграмм направленности с приемлемой неравномерностью (не хуже ±4 дБ) при синфазном и квадратурном режимах возбуждения обеспечивается во всей полосе частот, включая область частичного перекрытия высокочастотного и низкочастотного диапазонов, а при синфазном возбуждении двух противоположных излучателей - в большей части указанной полосы частот, за исключением относительно небольшого участка в области верхних частот высокочастотного диапазона.The calculation results confirm the achievement of the goal - the expansion of the operating frequency band, since the quasi-circular shape of the radiation patterns with acceptable unevenness (no worse than ± 4 dB) under in-phase and quadrature excitation modes is provided in the entire frequency band, including the region of partial overlap of the high-frequency and low-frequency ranges, and at in-phase excitation of two opposite emitters - for the most part of the indicated frequency band, with the exception of a relatively small portion in the upper their high-frequency frequencies.

Claims (6)

1. Способ передачи сигналов через всенаправленную кольцевую логопериодическую антенную решетку вертикальной поляризации, основанный на разделении полной рабочей полосы частот антенны на первый и второй диапазоны частот передачи, выделение для каждого из диапазонов передачи своих секций всенаправленной кольцевой антенной решетки, назначение передаваемым сигналам канала передачи с выделенной частотой передачи, распределение назначенных каналов передачи по диапазонам передачи в соответствии с выделенной частотой передачи и передачу сигналов антенной на выделенных частотах передачи через соответствующие секции антенной решетки, при этом секции первого диапазона передачи располагают между секциями второго диапазона передачи, а при разделении полной рабочей полосы частот на первый и второй диапазоны частот передачи эти диапазоны частот передачи назначают с частичным перекрытием полос передачи первого и второго диапазонов частот передачи и сигналы, попадающие в зону перекрытия частот этих двух диапазонов частот передачи и имеющие совпадающие выделенные частоты передачи, передают по обоим диапазонам передачи через все секции антенной решетки.1. A method of transmitting signals through an omnidirectional ring log periodic periodic antenna array of vertical polarization, based on dividing the full working frequency band of the antenna into the first and second transmission frequency ranges, allocating an omnidirectional ring antenna array for each of the transmission ranges of its sections, assigning the transmitted channel signals with a dedicated transmission frequency, the allocation of assigned transmission channels to transmission ranges in accordance with the allocated transmission frequency and transmission the antenna signals at the selected transmission frequencies through the corresponding sections of the antenna array, while the sections of the first transmission range are located between the sections of the second transmission range, and when dividing the full working frequency band into the first and second transmission frequency ranges, these transmission frequency ranges are assigned with partial overlap of the transmission bands of the first and the second transmission frequency ranges and signals falling into the overlapping frequency zone of these two transmission frequency ranges and having matching allocated frequencies n Transmissions, transmit on both transmission ranges through all sections of the antenna array. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют восьмисекционную всенаправленную антенну с четырьмя секциями на каждый диапазон, при этом сигналы на входах смежных 1-го, 2-го, 3-го и 4-го элементов в каждой секции смещают относительно друг друга на +90°.2. The method according to p. 1, characterized in that they use an eight-section omnidirectional antenna with four sections for each range, while the signals at the inputs of adjacent 1st, 2nd, 3rd and 4th elements in each section are offset relative to each other at + 90 °. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют восьмисекционную всенаправленную антенну с четырьмя секциями на каждый диапазон, при этом сигналы на входах смежных 1-го, 2-го, 3-го и 4-го элементов в каждой секции смещают относительно друг друга на -90°.3. The method according to p. 1, characterized in that they use an eight-section omnidirectional antenna with four sections for each range, while the signals at the inputs of adjacent 1st, 2nd, 3rd and 4th elements in each section are offset relative to each other at -90 °. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют восьмисекционную всенаправленную антенну с четырьмя секциями на каждый диапазон, при этом сигналы на входах двух противоположных элементов секции формируют синфазными, а ортогональные им элементы не возбуждают.4. The method according to p. 1, characterized in that they use an eight-section omnidirectional antenna with four sections for each range, while the signals at the inputs of two opposite section elements are formed in-phase, and the orthogonal elements do not excite them. 5. Широкополосная всенаправленная кольцевая логопериодическая антенная решетка вертикальной поляризации, содержащая излучатели, равномерно расположенные на центральной опоре, в качестве излучателей используются секции логопериодической антенны вертикальной поляризации, скомпонованные в две группы секций, одна группа секций антенной решетки сконфигурирована для работы в высокочастотном диапазоне передачи, а другая группа секций антенной решетки сконфигурирована для работы в низкочастотном диапазоне передачи, частично перекрывающем высокочастотный диапазон передачи вышеупомянутой группы секций, при этом секции излучателей обеих групп расположены в одной плоскости так, что секции излучателей одной группы размещены между секциями излучателей другой группы, при этом излучатели обеих групп, работающие в перекрывающемся диапазоне частот, подключены к частотно-разделительным устройствам, обеспечивающим разделение низкочастотного и высокочастотного диапазонов с частичным перекрытием этих диапазонов передачи, при этом каждое частотно-распределительное устройство имеет один вход и два выхода, так что к выходам каждого частотно-разделительного устройства подключены соответствующие входы двух смежных излучателей, а входы частотно-разделительных устройств являются интерфейсами антенной решетки для передачи/приема сигнала.5. Broadband omnidirectional ring log periodic periodic antenna array of vertical polarization, containing emitters evenly spaced on the central support, as emitters, sections of vertical periodic polarization log antenna are arranged in two groups of sections, one group of sections of the antenna array is configured to operate in the high-frequency transmission range, and another group of antenna array sections is configured to operate in the low-frequency transmission range, partially overlap we have a high-frequency transmission range of the aforementioned group of sections, while the sections of the emitters of both groups are located in the same plane so that the sections of the emitters of one group are located between the sections of the emitters of the other group, while the emitters of both groups operating in the overlapping frequency range are connected to frequency separation devices providing separation of the low-frequency and high-frequency ranges with a partial overlap of these transmission ranges, with each frequency distribution device o has one input and two outputs, so that the outputs of each frequency-separating devices are connected corresponding inputs of two adjacent radiators, and inputs the frequency-dividing devices are interfaces array antenna for transmitting / receiving a signal. 6. Всенаправленная кольцевая антенная решетка по п. 5, отличающаяся тем, что она оснащена восемью секциями излучателей и четырьмя интерфейсами, при этом входы секций решетки подключены к интерфейсам антенной решетки через диаграммообразующее устройство, способное обеспечивать значения нормированного вектора комплексных амплитуд напряжений на входах решетки [1, -i, -1, i], [1, i, -1, -i], [1, 0, 1, 0], [0, 1, 0, 1] для 1-й, 2-й, 3-й и 4-й мод соответственно, где i - мнимая единица. 6. The omnidirectional ring antenna array according to claim 5, characterized in that it is equipped with eight sections of emitters and four interfaces, while the inputs of the sections of the array are connected to the interfaces of the antenna array through a beam-forming device capable of providing the normalized vector of complex voltage amplitudes at the inputs of the array [ 1, -i, -1, i], [1, i, -1, -i], [1, 0, 1, 0], [0, 1, 0, 1] for the 1st, 2nd , 3rd and 4th modes, respectively, where i is the imaginary unit.
RU2014120884/28A 2014-05-23 2014-05-23 Method of transmitting signals through omnidirectional circular log periodic vertically polarised antenna array and antenna array therefor RU2587495C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014120884/28A RU2587495C2 (en) 2014-05-23 2014-05-23 Method of transmitting signals through omnidirectional circular log periodic vertically polarised antenna array and antenna array therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014120884/28A RU2587495C2 (en) 2014-05-23 2014-05-23 Method of transmitting signals through omnidirectional circular log periodic vertically polarised antenna array and antenna array therefor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014120884A RU2014120884A (en) 2015-11-27
RU2587495C2 true RU2587495C2 (en) 2016-06-20

Family

ID=54753421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014120884/28A RU2587495C2 (en) 2014-05-23 2014-05-23 Method of transmitting signals through omnidirectional circular log periodic vertically polarised antenna array and antenna array therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2587495C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA032876B1 (en) * 2017-10-25 2019-07-31 Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" Steerable beam antenna system
RU2707956C1 (en) * 2019-04-02 2019-12-02 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Полярный геофизический институт" Omnidirectional annular antenna with active counterweight
RU2713163C1 (en) * 2019-07-19 2020-02-04 Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" (ОАО "Межгосударственная Корпорация Развития") Method of constructing an omnidirectional annular antenna array and an antenna that implements it
RU227307U1 (en) * 2022-12-27 2024-07-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Ордена Трудового Красного Знамени Российский научно-исследовательский институт радио имени М.И. Кривошеева" (ФГБУ НИИР) HF BROADCAST MODULE

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2191451C2 (en) * 2000-12-19 2002-10-20 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации Annular antenna
WO2007011295A1 (en) * 2005-07-22 2007-01-25 Powerwave Technologies Sweden Ab Antenna arrangement with interleaved antenna elements
US7538740B2 (en) * 2006-03-06 2009-05-26 Alcatel-Lucent Usa Inc. Multiple-element antenna array for communication network
RU2427946C1 (en) * 2010-03-11 2011-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Log-periodic combined antenna
US8068065B1 (en) * 2009-04-07 2011-11-29 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Concentric ring log-periodic slot direction finding antenna

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2191451C2 (en) * 2000-12-19 2002-10-20 16 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации Annular antenna
WO2007011295A1 (en) * 2005-07-22 2007-01-25 Powerwave Technologies Sweden Ab Antenna arrangement with interleaved antenna elements
US7538740B2 (en) * 2006-03-06 2009-05-26 Alcatel-Lucent Usa Inc. Multiple-element antenna array for communication network
US8068065B1 (en) * 2009-04-07 2011-11-29 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Concentric ring log-periodic slot direction finding antenna
RU2427946C1 (en) * 2010-03-11 2011-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Log-periodic combined antenna

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA032876B1 (en) * 2017-10-25 2019-07-31 Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" Steerable beam antenna system
RU2707956C1 (en) * 2019-04-02 2019-12-02 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Полярный геофизический институт" Omnidirectional annular antenna with active counterweight
RU2713163C1 (en) * 2019-07-19 2020-02-04 Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" (ОАО "Межгосударственная Корпорация Развития") Method of constructing an omnidirectional annular antenna array and an antenna that implements it
RU227307U1 (en) * 2022-12-27 2024-07-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Ордена Трудового Красного Знамени Российский научно-исследовательский институт радио имени М.И. Кривошеева" (ФГБУ НИИР) HF BROADCAST MODULE
RU227460U1 (en) * 2023-11-30 2024-07-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Ордена Трудового Красного Знамени Российский научно-исследовательский институт радио имени М.И. Кривошеева" (ФГБУ НИИР) HF broadcast station

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014120884A (en) 2015-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9635619B2 (en) Wireless network device and wireless network control method
EP3394958B1 (en) Phased array antenna having sub-arrays
US20170207545A1 (en) Overlapping Linear Sub-Array for Phased Array Antennas
CN107196684B (en) Antenna system, signal processing system and signal processing method
US9991594B2 (en) Wideband antenna array
CN110797630A (en) Multiplexed dual-band antenna
US11695222B2 (en) Antenna aperture in phased array antenna systems
SE511911C2 (en) Antenna unit with a multi-layer structure
JP6246514B2 (en) ANTENNA AND MULTI-BEAM ANTENNA SYSTEM INCLUDING A SMALL POWER SUPPLY AND SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM INCLUDING AT LEAST ONE
JP2016511598A (en) Multi-array antenna
US11546053B2 (en) Method for multibeam coverage by the grouping of elementary beams of the same colour, and telecommunications payload for implementing such a method
RU2587495C2 (en) Method of transmitting signals through omnidirectional circular log periodic vertically polarised antenna array and antenna array therefor
US10840607B2 (en) Cellular communication systems having antenna arrays therein with enhanced half power beam width (HPBW) control
JP6602165B2 (en) Dual-frequency circularly polarized flat antenna and its axial ratio adjustment method
CN106129638B (en) Antenna and base station
CN113906632B (en) Antenna and base station
CA3035363C (en) Systems and methods for reducing signal radiation in an unwanted direction
US20120086608A1 (en) Antenna Array for Transmission/Reception Device for Signals with a Wavelength of the Microwave, Millimeter or Terahertz Type
CN112514163B (en) Multi-band cellular antenna system
RU2562756C1 (en) Scanning antenna array, basic station, wireless communication network and method for formation of directivity pattern
CN113823898B (en) P/L/S three-frequency-band left-right circular polarization antenna array surface
WO2022077185A1 (en) Multi-frequency band common-aperture antenna and communication device
US20240283167A1 (en) Antenna device and communication system
WO2016071681A1 (en) Antennas
CN110085967A (en) Ultra wide band double-circle polarization transceiver common-frequency aerial

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner