RU141247U1

RU141247U1 - MICRO-STRIP ANTENNA WITH SUBSTRATE BASED ON METAMETERIAL

Info

Publication number: RU141247U1
Application number: RU2013155131/08U
Authority: RU
Inventors: Игорь Викторович Богачков; Ксения Павловна Шашерина; Алексей Александрович Кузьменко
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-05-27

Abstract

Микрополосковая антенна, содержащая тонкую плоскую проводящую пластину, размещённую на подложке - диэлектрическом слое на основе метаматериала, ограниченную снизу проводящей экранной плоскостью, отличающаяся тем, что подложка имеет линейно-решётчатую структуру, непосредственно примыкает к экранной плоскости, а проводящая пластина имеет трапециевидную форму и трапециевидный переход для соединения с питающей линией.A microstrip antenna containing a thin flat conductive plate placed on a substrate — a metamaterial-based dielectric layer bounded below by a conductive screen plane, characterized in that the substrate has a linear-lattice structure, is directly adjacent to the screen plane, and the conductive plate has a trapezoidal and trapezoidal shape transition to connect to the supply line.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве самостоятельной приемной, передающей или приемо-передающей многодиапазонной антенны.The utility model relates to antenna technology and can be used as a separate receiving, transmitting or transmitting multi-band antenna.

Известна широкополосная микрополосковая антенна (ΜΠΑ) [Патент RU №2122263, МПК H01Q 1/38, опубл. 20.11.1998], которая содержит расположенную над экраном на обеих сторонах подложки решетку излучателей и двухпроводную линию передачи. К одному проводнику на расстоянии половины соответствующей резонансной длины волны попеременно с разных сторон присоединены четвертьволновые вибраторы, а к другому на обратной стороне подложки под ними присоединены в середине полуволновые симметричные вибраторы. ΜΠΑ отличается тем, что на всех плечах или на плечах некоторых логопериодически расположенных полуволновых симметричных вибраторов образованы поперечные зазоры, не превышающие по ширине толщину подложки.Known broadband microstrip antenna (ΜΠΑ) [Patent RU No. 2122263, IPC H01Q 1/38, publ. November 20, 1998], which comprises a radiator array and a two-wire transmission line located above the screen on both sides of the substrate. To one conductor at a distance of half the corresponding resonant wavelength, quarter-wave vibrators are alternately attached from different sides, and half-wave symmetrical vibrators are attached in the middle on the reverse side of the substrate below them. ΜΠΑ differs in that transverse gaps are formed on all shoulders or on the shoulders of some log-periodically positioned half-wave symmetric vibrators, not exceeding the width of the substrate in width.

Недостатком устройства является большой размер антенны.The disadvantage of this device is the large size of the antenna.

Известна также ΜΠΑ круговой поляризации [Патент Японии 63-139406, МКИ H01Q 21/24, опубл. в 1988], выполненная на микрополосковой линии (МПЛ), с одной стороны которой сформирована возбуждающая структура, а вторая сторона является заземляющим проводником. Возбуждающая структура выполнена в виде МПЛ, связанной с квадратурным мостом, к выходам которого подключены возбудители в виде отрезков МПЛ. Возбудители формируют поле излучения крестообразной щели, выполненной в заземляющем проводнике МПЛ.ΜΠΑ circular polarization is also known [Japanese Patent 63-139406, MKI H01Q 21/24, publ. in 1988], performed on a microstrip line (MPL), on one side of which an exciting structure is formed, and the second side is a grounding conductor. The exciting structure is made in the form of an MPL connected with a quadrature bridge, to the outputs of which pathogens are connected in the form of segments of an MPL. Pathogens form the radiation field of the cross-shaped slit made in the grounding conductor MPL.

Недостатком такой антенны является низкий коэффициент полезного действия, обусловленный малой эффективной излучающей поверхностью крестообразной щели и внесением дополнительных потерь энергии элементами квадратурного моста.The disadvantage of this antenna is its low efficiency, due to the small effective radiating surface of the cruciform slit and the introduction of additional energy losses by the elements of the quadrature bridge.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является антенна с подложкой на основе метаматериала [Патент США №8350759 B2, опубл. 04.11.2010], включающая резонатор, в котором расположена антенна, и подложку, включающую диэлектрическую пластину с проводящими вставками, имеющую следующий вид: четыре прямоугольных вогнутых участка, направленные к центру проводящей пластины.Closest to the claimed technical solution is an antenna with a substrate based on metamaterial [US Patent No. 8350759 B2, publ. 04/04/2010], including the resonator in which the antenna is located, and the substrate, including a dielectric plate with conductive inserts, having the following form: four rectangular concave sections directed toward the center of the conductive plate.

Недостатком устройства является сложность конструкции и резкое ухудшение согласования антенны при изменении рабочей частоты.The disadvantage of this device is the design complexity and a sharp deterioration in the coordination of the antenna when changing the operating frequency.

Техническим результатом полезной модели является создание более совершенной и простой конструкции антенны с расширенной полосой рабочих частот.The technical result of the utility model is the creation of a more advanced and simple antenna design with an extended operating frequency band.

Указанный технический результат достигается тем, что в ΜΠΑ, содержащей тонкую плоскую проводящую пластину, размещенную на подложке - диэлектрическом слое на основе метаматериала, ограниченной снизу проводящей экранной плоскостью, согласно заявляемому техническому решению, подложка имеет линейно-решетчатую структуру, непосредственно примыкает к экранной плоскости, а проводящая пластина имеет трапециевидную форму и трапециевидный переход для соединения с питающей линией.The specified technical result is achieved by the fact that in ΜΠΑ containing a thin flat conductive plate placed on a substrate - a dielectric layer based on a metamaterial, bounded below by a conductive screen plane, according to the claimed technical solution, the substrate has a linear-lattice structure, directly adjacent to the screen plane, and the conductive plate has a trapezoidal shape and a trapezoidal transition for connection with the supply line.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена ΜΠΑ в аксонометрии, а на фиг. 2 представлено построение метаматериала подложки.The essence of the technical solution is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows ΜΠΑ in a perspective view, and in FIG. 2 shows the construction of the substrate metamaterial.

ΜΠΑ состоит из тонкой плоской проводящей пластины (1), размещенной на подложке на основе метаматериала (2), ограниченной снизу проводящей экранной плоскостью (3).ΜΠΑ consists of a thin flat conductive plate (1) placed on a substrate based on metamaterial (2), bounded below by a conductive screen plane (3).

В качестве подложки используется метаматериал, в котором сочетаются ячейки из обычного материала (ε и µ больше нуля) с DNG-материалами (ε и µ могут быть меньше нуля). На различных частотах такие материалы позволяют получить как отрицательный коэффициент преломления (нижняя часть диапазона), а при превышении некоторой граничной частоты - положительный. В результате подложка выполняется на основе метаматериала видоизмененной линейно-решетчатой структуры.A metamaterial is used as a substrate, in which cells from ordinary material (ε and µ are greater than zero) are combined with DNG materials (ε and µ can be less than zero). At different frequencies, such materials make it possible to obtain a negative refractive index (lower part of the range), and when a certain boundary frequency is exceeded, it is positive. As a result, the substrate is made on the basis of a metamaterial of a modified linear-lattice structure.

Возбуждение антенны осуществляется коаксиальной линией, которая подсоединяется в точке (4).The antenna is excited by a coaxial line that connects at point (4).

Подбором размеров сегментов подложки осуществляется регулирование резонансной частоты печатной антенны, полосы рабочих частот, что позволяет сделать ее многодиапазонной.The selection of the sizes of the segments of the substrate regulates the resonant frequency of the printed antenna, the operating frequency band, which makes it multiband.

Диаграмма направленности ΜΠΑ имеет секторный характер. В результате для приведенной конструкции при толщине подложки 4 мм была получена ΜΠΑ с рабочей полосой частот от 1 до 3 ГГц.The radiation pattern ΜΠΑ is sectoral in nature. As a result, привед with a working frequency band from 1 to 3 GHz was obtained for the above design with a substrate thickness of 4 mm.

Таким образом, в результате изменения структуры подложки и формы проводящей пластины была получена многодиапазонная ΜΠΑ, имеющая упрощенную и компактную структуру.Thus, as a result of changing the structure of the substrate and the shape of the conductive plate, a multiband ΜΠΑ was obtained, which has a simplified and compact structure.

Claims

A microstrip antenna containing a thin flat conductive plate placed on a substrate — a metamaterial-based dielectric layer bounded below by a conductive screen plane, characterized in that the substrate has a linear-lattice structure, is directly adjacent to the screen plane, and the conductive plate has a trapezoidal and trapezoidal shape transition to connect to the supply line.