RU167398U1

RU167398U1 - PLANAR DIPOLE BROADBAND ANTENNA WITH A CONNECTING DEVICE

Info

Publication number: RU167398U1
Application number: RU2016122751U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Шульженко; Владимир Степанович Чалых; Анатолий Владимирович Плишкин; Екатерина Алексеевна Маркова
Original assignee: Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority date: 2016-06-08
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2017-01-10

Abstract

Полезная модель относится к планарным широкополосным антеннам СВЧ диапазона и используется как в качестве одиночного излучателя, так и в антенных решетках, радиолокаторах, радиопеленгаторах, системах приема и передачи информации. Для получения этого результата в предлагаемое устройство введены устройство согласования (3), состоящее из двух пластин, расположенных перпендикулярно соответственно первой и второй металлизированным излучающим поверхностям (2.1 и 2.2), а также первая и вторая точки питания (4.1 и 4.2), расположенные между пластинами устройства согласования (3) на краях соответственно первой и второй металлизированных излучающих поверхностей (2.1 и 2.2). Технический результат заключается в улучшении согласования антенны с фидером в широкой полосе частот. 2 ил.The utility model relates to planar microwave broadband antennas and is used both as a single emitter and in antenna arrays, radars, direction finders, and systems for receiving and transmitting information. To obtain this result, a matching device (3) is introduced into the proposed device, consisting of two plates located perpendicularly to the first and second metallized radiating surfaces (2.1 and 2.2), as well as the first and second supply points (4.1 and 4.2) located between the plates matching devices (3) at the edges of the first and second metallized emitting surfaces, respectively (2.1 and 2.2). The technical result is to improve the matching of the antenna with the feeder in a wide frequency band. 2 ill.

Description

Предлагаемое устройство относится к планарным широкополосным антеннам СВЧ диапазона и используется как в качестве одиночного излучателя, так и в антенных решетках, радиолокаторах, радиопеленгаторах, системах приема и передачи информации.The proposed device relates to planar broadband antennas of the microwave range and is used both as a single emitter and in antenna arrays, radars, direction finders, information reception and transmission systems.

Известно антенное устройство - планарная печатная сверхширокополосная антенна, предназначенная для приема или передачи высокочастотных сигналов (Hans Gregory Schantz. Bottom fed planar elliptical UWB antennas. Ultra Wideband Systems end Technologies, 2003 IEEE Conference on, pp. 219-233, Nov. 2003). В этом устройстве согласование импеданса достигается изменением ширины питающей линии. Недостатком такого способа согласования является сложность применения подобной конструкции в антенных решетках вследствие расположения излучающих элементов и питающей линии в одной плоскости, а так же несимметричность диаграммы направленности.A known antenna device is a planar printed ultra-wideband antenna designed to receive or transmit high-frequency signals (Hans Gregory Schantz. Bottom fed planar elliptical UWB antennas. Ultra Wideband Systems end Technologies, 2003 IEEE Conference on, pp. 219-233, Nov. 2003). In this device, impedance matching is achieved by changing the width of the supply line. The disadvantage of this matching method is the difficulty of using such a design in antenna arrays due to the location of the radiating elements and the supply line in the same plane, as well as the asymmetry of the radiation pattern.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является антенное устройство (Е.

, F. Thudor, P. Chambelin. A Low Cost UWB Printed Dipole Antenna with High Performances. Conference Proceedings of the 2005 IEEE Internrtional Conference on Ultra-Wideband, Zurich, Sept. 5-8, 2005), принятое за прототип.The closest in technical essence to the proposed is the antenna device (E.

, F. Thudor, P. Chambelin. A Low Cost UWB Printed Dipole Antenna with High Performances. Conference Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Ultra-Wideband, Zurich, Sept. 5-8, 2005), adopted as a prototype.

Схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:The circuit of the prototype device is shown in FIG. 1, where indicated:

1 - диэлектрическая подложка;1 - dielectric substrate;

2.1-2.4 - металлизированные излучающие поверхности;2.1-2.4 - metallized radiating surfaces;

5.1.1-5.1.N и 5.2.1-5.2.N - соединительные металлизированные отверстия;5.1.1-5.1.N and 5.2.1-5.2.N - connecting metallized holes;

6 - питающая полосковая линия.6 - feed strip line.

Устройство-прототип выполнено на двухслойной диэлектрической подложке 1 из материала FR-4, на верхней и нижней сторонах которой находятся изготовленные печатным способом металлизированные элементы 2.1-2.4, имеющие круглую форму и образующие вместе планарный диполь. Металлизированные излучающие поверхности 2.1 и 2.2 верхнего слоя соединены с такими же излучающими поверхностями 2.3 и 2.4 нижнего слоя металлизированными отверстиями 5.1.1-5.1.N и 5.2.1-5.2.N. Питание к антенне подводится полосковой линией 4, расположенной между верхним и нижним слоями.The prototype device is made on a two-layer dielectric substrate 1 made of FR-4 material, on the upper and lower sides of which there are printed metallized elements 2.1-2.4 having a circular shape and forming together a planar dipole. The metallized radiating surfaces 2.1 and 2.2 of the upper layer are connected to the same radiating surfaces 2.3 and 2.4 of the lower layer by metallized holes 5.1.1-5.1.N and 5.2.1-5.2.N. The power to the antenna is fed by a strip line 4 located between the upper and lower layers.

Устройство-прототип работает следующим образом.The prototype device operates as follows.

При подаче через питающий фидер высокочастотного сигнала к полосковой линии 4 происходит возбуждение антенны. Благодаря электромагнитной связи между питающей линией и излучателями 2.1-2.4, а также электрическому контакту, осуществляемому через соединительные металлизированные отверстия 5.1.1-5.1.N и 5.2.1-5.2.N, возбуждаются одновременно нижний и верхний слои антенны. В силу широкополосных свойств планарного диполя происходит значительное расширение полосы рабочих частот.When a high-frequency signal is supplied through the supply feeder to the strip line 4, the antenna is excited. Due to the electromagnetic connection between the supply line and the radiators 2.1-2.4, as well as the electrical contact through the metalized connecting holes 5.1.1-5.1.N and 5.2.1-5.2.N, the lower and upper layers of the antenna are excited simultaneously. Due to the broadband properties of a planar dipole, a significant expansion of the working frequency band occurs.

Недостатками устройства-прототипа являются ограничение согласования антенны на низких частотах, технологическая сложность реализации антенны из-за наличия двух слоев и расположения полосковой линии между ними, что накладывает некоторые ограничения на пространственное расположение антенны, делая ее неудобной для применения в антенных решетках.The disadvantages of the prototype device are the restriction of matching the antenna at low frequencies, the technological complexity of the implementation of the antenna due to the presence of two layers and the location of the strip line between them, which imposes some restrictions on the spatial arrangement of the antenna, making it inconvenient for use in antenna arrays.

Задачей предлагаемого устройства является улучшение согласования антенны в полосе частот, а так же упрощение способа подачи питания.The objective of the proposed device is to improve the matching of the antenna in the frequency band, as well as simplifying the method of power supply.

Для решения поставленной задачи в устройство, содержащее двухслойную диэлектрическую подложку, на верхнем слое которой расположены первая и вторая металлизированные излучающие поверхности, согласно полезной модели, введено устройство согласования, состоящее из двух пластин, расположенных перпендикулярно соответственно первой и второй металлизированным излучающим поверхностям, а также первая и вторая точки питания, расположенные между пластинами устройства согласования на краях соответственно первой и второй металлизированных излучающих поверхностей.To solve the problem, a matching device consisting of two plates located perpendicular to the first and second metallized radiating surfaces, as well as the first one, is inserted into the device containing a two-layer dielectric substrate, on the upper layer of which the first and second metallized radiating surfaces are located and a second power point located between the plates of the matching device at the edges of the first and second metallized uchayuschih surfaces.

На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства, где обозначено:In FIG. 2 presents a diagram of the proposed device, where it is indicated:

1 - диэлектрическая подложка;1 - dielectric substrate;

2.1 и 2.2 - первая и вторая металлизированные излучающие поверхности;2.1 and 2.2 - the first and second metallized radiating surfaces;

3 - устройство согласования;3 - matching device;

4.1 и 4.2 - первая и вторая точки подключения питания.4.1 and 4.2 - the first and second points of power connection.

Предлагаемая антенна содержит двухслойную диэлектрическую подложку 1, на верхнем слое которой расположены первая и вторая металлизированные излучающие поверхности 2.1 и 2.2 круглой формы, изготовленные печатным способом; устройство согласования 3, состоящее из двух пластин, выполненных из латуни в форме усеченного эллипса и расположенных перпендикулярно соответственно первой и второй излучающим поверхностям 2.1 и 2.2. Питание антенны осуществляется через первую и вторую точки подключения питания 4.1 и 4.2, расположенные между пластинами устройства согласования 3 на краях соответственно первой и второй излучающих поверхностей 2.1 и 2.2.The proposed antenna contains a two-layer dielectric substrate 1, on the upper layer of which are the first and second metallized radiating surfaces 2.1 and 2.2 of a circular shape, made by printing; matching device 3, consisting of two plates made of brass in the form of a truncated ellipse and located perpendicular to the first and second radiating surfaces 2.1 and 2.2, respectively. The antenna is powered through the first and second power connection points 4.1 and 4.2, located between the plates of the matching device 3 at the edges of the first and second radiating surfaces 2.1 and 2.2, respectively.

Излучающие поверхности 2.1 и 2.2 выполнены таким образом, что диаметр каждой поверхности равен 0,2λ (λ - длина волны на минимальной частоте), а расстояние между ними ΔL=1,5 мм.The radiating surfaces 2.1 and 2.2 are made in such a way that the diameter of each surface is 0.2λ (λ is the wavelength at the minimum frequency), and the distance between them is ΔL = 1.5 mm.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

При подаче высокочастотного сигнала к точкам питания 4.1 и 4.2 любым удобным способом, например микрополосковой линией или коаксиальным шлейфом, происходит возбуждение антенны. Благодаря электромагнитной связи между питающей линией и излучателями 2.1 и 2.2 возбуждаются одновременно обе излучающие поверхности 2.1 и 2.2 антенны. В силу широкополосных свойств планарного диполя происходит значительное расширение полосы рабочих частот. Предлагаемая планарная антенна является симметричным вибратором, при этом устройство согласования 3, создает на ее входе дополнительное реактивное сопротивление, обеспечивающее широкополосную трансформацию и согласование более высоких входных сопротивлений антенны с более низким импедансом питающей линии.When a high-frequency signal is supplied to power points 4.1 and 4.2 in any convenient way, for example, by a microstrip line or a coaxial cable, the antenna is excited. Due to the electromagnetic coupling between the supply line and the emitters 2.1 and 2.2, both radiating surfaces 2.1 and 2.2 of the antenna are excited simultaneously. Due to the broadband properties of a planar dipole, a significant expansion of the working frequency band occurs. The proposed planar antenna is a symmetric vibrator, and the matching device 3 creates an additional reactance at its input, providing broadband transformation and matching of higher input impedances of the antenna with a lower impedance of the supply line.

Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство проще в изготовлении, обладает лучшим согласованием в полосе частот. Так же к предлагаемому устройству гораздо проще подводится питание, что обеспечивает возможность использования подобной конфигурации в антенных решетках.Thus, compared with the prototype, the proposed device is easier to manufacture, has better matching in the frequency band. Also, the proposed device is much easier to supply power, which makes it possible to use a similar configuration in antenna arrays.

Claims

A planar dipole antenna with a matching device containing a two-layer dielectric substrate, on the upper layer of which there are first and second metallized radiating surfaces, characterized in that a matching device is introduced, consisting of two plates located perpendicular to the first and second metallized radiating surfaces, as well as the first and a second power point located between the plates of the matching device at the edges of the first and second metallized radiant surfaces.