Широкополосная компактная антенна с секторной диаграммой направленности для систем радиосвязи диапазона УВЧ

РАДИОТЕХНИКА И СВЯЗЬ

В.В. Вереитин,

ВНИИ «Вега», г. Воронеж

А.И. Климов, Ю.Б. Нечаев,

доктор технических наук, доктор физико-математических доцент наук, профессор, Воронежский

государственный университет

ШИРОКОПОЛОСНАЯ КОМПАКТНАЯ АНТЕННА С СЕКТОРНОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ ДЛЯ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ ДИАПАЗОНА УВЧ

WIDEBAND COMPACT ANTENNA WITH SECTOR RADIATION PATTERN FOR UHF RADIO COMMUNICATION SYSTEMS

Приведены результаты разработки и исследований малогабаритной антенны c секторной диаграммой направленности для базовых станций систем подвижной радиосвязи УВЧ диапазона. Полоса рабочих частот антенны 400—470 МГц, коэффициент усиления не менее 6 дБ.

Results of design of a new compact antenna with sector radiation pattern for base stations of mobile radio communication systems are presented. The operational frequency range of the antenna is 400—470 МШ, the antenna gain is not less than 6 dBi.

В предыдущей статье [1] были представлены результаты разработки и исследований новой секторной антенны линейной поляризации для аппаратуры систем радиосвязи диапазона УВЧ (цифровых систем подвижной радиосвязи стандартов APCO-25, TETRA и др. [2]) с минимальным коэффициентом усиления 7 дБ, рассчитанной для полосы частот 440—470 МГц при питании коаксиальным фидером с волновым сопротивлением 50 Ом, отличающейся от известных аналогов меньшими габаритами и массой. Общий вид антенны показан на рис. 1, на котором обозначено: 1 — металлический экран; 2 — излучающий элемент (ИЭ) 1, подключаемый к питающему фидеру;

3 — ИЭ2; 4 — металлические стержни, служащие для объединения элементов конструкции и электрического соединения ИЭ с экраном и обеспечивающие возможность полного заземления всей конструкции антенны; 5 — зонд в виде центрального проводника коаксиального разъема (прикреплен к нижней плоскости экрана, на рисунке не виден); 6 — отверстие в экране.

ъ

О 100 200

Рис. 1. Общий вид антенны

В [1] было отмечено, что введение ИЭ2 приводит к увеличению высоты конструкции антенны, но, вместе с тем, позволяет расширить полосу рабочих частот.

В новой конструкции антенны, рассматриваемой в данной статье, использован один металлический стержень и ИЭ уменьшенных размеров. Размеры конструкции оптимизированы для почти двукратного расширения полосы рабочих частот при сохранении у антенны свойств полосового фильтра. Повышение частотной избирательности антенны, несомненно, полезно в плане обеспечения электромагнитной совместимости приемопередающей аппаратуры системы радиосвязи с другими радиоэлектронными средствами и повышения помехоустойчивости радиоприема.

Общий вид новой антенны показан на рис. 2.

Рис. 2

Основные конструктивные параметры компьютерной модели новой антенны (рис. 2), обеспечивающие согласование с питающим 50-0мным фидером и коэффициент усиления не менее 6 дБ в полосе частот 400—470 МГц: размеры экрана 550*120x1,5 мм3; ИЭ1 — 316x46x1,5 мм3; ИЭ2 — 266*46*1,5 мм3; диаметр стержня — 10 мм.

Ниже на рис. 3—5 приведены электрические характеристики новой антенны: частотная характеристика коэффициента стоячей волны напряжения (КСВ) в питающем фидере, рис. 3; частотная характеристика коэффициента усиления, рис. 4; диаграммы направленности (ДН) в Е- и Н-плоскостях на частотах 400 и 470 МГц в виде угловых зависимостей коэффициента усиления от направления излучения, рис. 5 и 6.

Рис. 3. Частотная характеристика КСВ

Realßed Gain,3D,Max. Valu^Solid Angle)

--

11 V У V 410, 6 4283

460.53, 7.3402 ) 350, -5.2538 ) 550, -2.8047 )

?

1_

350 360 370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550

Freqjericy / MHz

Рис. 4. Частотная характеристика коэффициента усиления

Рис. 5. ДН антенны в Е-плоскости на частотах 400 и 470 МГц

163

Рис. 6. ДН антенны в Н-плоскости на частотах 400 и 470 МГц

Анализ полученных при моделировании данных показывает, что в полосе частот 398,5—472 МГц (73,5 МГц) КСВ не превышает 2.

Минимальный и максимальный коэффициенты усиления в заданной полосе частот — 6,4 дБ и 7,3 дБ. Минимальная ширина ДН в Е-плоскости составляет 58°, в Н-плоскости — 110°. Уровень боковых лепестков ДН во всей рабочей полосе частот не более -12,6 дБ.

Таким образом, в результате проведенных исследований разработана новая компактная антенна, отличающаяся от предыдущего варианта аналогичной конструкции уменьшенными размерами и существенно расширенной полосой рабочих частот (400— 470 МГц).

Новая антенна, как и ее предыдущий вариант, может быть использована как в качестве самостоятельного устройства, так и в составе линейных, кольцевых или цилиндрических антенных решеток в приемопередающей аппаратуре базовых станций и ретрансляторов систем радиосвязи диапазона УВЧ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вереитин В. В., Климов А. И., Нечаев Ю. Б. Компактная антенна с секторной диаграммой направленности для систем радиосвязи диапазона УВЧ // Вестник Воронежского института МВД России. — 2017. — № 3. — С. 66—77.

2. Системы радиосвязи специального назначения : учебное пособие / О. И. Бо-кова, Д. А. Жайворонок, Н. С. Хохлов, С. Н. Ляшенко. — Воронеж : Воронежский институт МВД России, 2016. — 230 с.

REFERENCES

1. Vereitin V. V., Klimov A. I., Nechaev Yu. B. Kompaktnaya antenna s sektornoy di-agrammoy napravlennosti dlya sistem radiosvyazi diapazona UVCh // Vestnik Voronezh-skogo instituta MVD Rossii. — 2017. — # 3. — S. 66—77.

2. Sistemyi radiosvyazi spetsialnogo naznacheniya : uchebnoe posobie / O. I. Bokova, D. A. Zhayvoronok, N. S. Hohlov, S. N. Lyashenko. — Voronezh : Voronezhskiy institut MVD Rossii, 2016. — 230 s.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ

Вереитин Владимир Владимирович. Инженер. ВНИИ «Вега», г. Воронеж. E-mail: 1nza1@bk.ru

Россия, 394026, г. Воронеж, Московский проспект, 7 б.

Климов Александр Иванович. Профессор кафедры инфокоммуникационных систем и технологий. Доктор технических наук, доцент.

Воронежский институт МВД России. E-mail: alexserkos@inbox.ru

Россия, 394065, г. Воронеж, проспект Патриотов, 53. Тел. (473) 200-52-65.

Нечаев Юрий Борисович. Профессор кафедры информационных систем. Доктор физико-математических наук, профессор.

Воронежский государственный университет. E-mail: nechaev_ub@mail.ru

Россия, 394006 г. Воронеж, Университетская площадь, 1. Тел. (473) 220-87-24.

Vereitin Vladimir Vladimirovich. Engineer. Voronezh Research Institute "Vega". E-mail: 1nza1@bk.ru

Work address: Russia, 394026, Voronezh, Moskovsky Prospect, 7 b.

Klimov Alexander Ivanovich. Professor of the chair of Infocommunication Systems and Technologies. Doctor of Sciences (Radio Engineering), Assistant Professor.

Voronezh Institute of the Ministry of the Interior of Russia.

Work address: Russia, 394065, Voronezh, Prospect Patriotov, 53. Tel. (473) 200-52-65.

Nechayev Jury Borisovich. Professor of the chair of Information Systems. Doctor of Sciences (Physic, Mathematic), Professor.

E-mail: nechaev_ub@mail.ru Voronezh State University.

Work address: Russia, 3940006, Voronezh, University Square, 1. Tel. (473) 220-87-24.

Ключевые слова: антенна; коэффициент усиления; диаграмма направленности; подвижная радиосвязь.

Key words: antenna; gain; radiation pattern; mobile radio communications. УДК 621.396.67