RU202519U1

RU202519U1 - SMALL-SIZED COMBINED-TYPE RADIATOR

Info

Publication number: RU202519U1
Application number: RU2020125671U
Authority: RU
Inventors: Юрий Иннокентьевич Буянов; Илья Сергеевич Цепляев; Сергей Эдуардович Шипилов; Раиль Наилевич Сатаров; Иван Сергеевич Федянин
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2021-02-20

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике, в частности, к широкополосным антеннам и может применяться в качестве передающей или приемной антенны в системах радиосвязи, радиолокации и радиовидения. Техническим результатом полезной модели является уменьшение поперечных размеров при сохранении полосы согласования. Технический результат достигается тем, что предлагается малогабаритный излучатель комбинированного типа, содержащий металлические монополь и противовес, нанесенные на диэлектрическую пластину, рефлектор и коаксиальный разъем, отличающийся тем, что диэлектрическая пластина выполнена в форме прямоугольника с соотношением сторон приблизительно один к четырём, монополь выполнен в виде двух перпендикулярных друг другу прямоугольных металлических пластин приблизительно одинаковой длины, первая из которых нанесена на диэлектрическую пластину, ширина которой примерно в два раза больше ширины первой пластины, длинная сторона первой металлической пластины совмещена с передней кромкой диэлектрической пластины и имеет гальванический контакт со второй металлической пластиной монополя вдоль ее средней линии, противовес выполнен в форме квадратной пластины, нижняя сторона которой равна ширине диэлектрической пластины и совмещена с ее нижней кромкой и при этом относится к боковым сторонам как 32÷30, между верхней стороной противовеса и нижней стороной первой пластины монополя, а также между верхней стороной первой пластины монополя и верхней кромкой диэлектрической пластины оставлены свободные от металла участки поверхности, рефлектор выполнен в виде тонкой металлической изогнутой полосы, ширина которой равна приблизительно ширине диэлектрической пластины, окаймляющей по периметру диэлектрической пластины ее верхнюю кромку, заднюю кромку, нижнюю кромку и часть передней кромки на высоте противовеса, в металлический противовес дополнительно введен отрезок копланарной линии, начало которой соединено с нижним задним углом первой пластины монополя, а конец соединен с установленном на нижней кромке противовеса коаксиальным разъемом, образующим выход антенны. 3 ил.The utility model relates to antenna technology, in particular, to broadband antennas and can be used as a transmitting or receiving antenna in radio communication, radar and radio imaging systems. The technical result of the utility model is to reduce the transverse dimensions while maintaining the matching band. The technical result is achieved by the fact that a small-sized emitter of the combined type is proposed, containing a metal monopole and a counterweight applied to a dielectric plate, a reflector and a coaxial connector, characterized in that the dielectric plate is made in the form of a rectangle with an aspect ratio of approximately one to four, the monopole is made in the form two perpendicular to each other rectangular metal plates of approximately the same length, the first of which is applied to a dielectric plate, the width of which is approximately twice the width of the first plate, the long side of the first metal plate is aligned with the leading edge of the dielectric plate and has galvanic contact with the second metal plate of the monopole along its centerline, the counterweight is made in the form of a square plate, the lower side of which is equal to the width of the dielectric plate and is aligned with its lower edge and at the same time refers to the lateral sides as 32 ÷ 30, m Between the upper side of the counterweight and the lower side of the first plate of the monopole, as well as between the upper side of the first plate of the monopole and the upper edge of the dielectric plate, surface areas free from metal are left, the reflector is made in the form of a thin metal curved strip, the width of which is approximately equal to the width of the dielectric plate bordering perimeter of the dielectric plate, its upper edge, trailing edge, lower edge and part of the leading edge at the height of the counterweight, a piece of coplanar line is additionally introduced into the metal counterweight, the beginning of which is connected to the lower rear angle of the first plate of the monopole, and the end is connected to the coaxial line installed on the lower edge of the counterweight the connector that forms the antenna output. 3 ill.

Description

Заявленная полезная модель относится к антенной технике, а именно к широкополосным антеннам, и может применяться в качестве передающей или приемной антенны в системах радиосвязи, радиолокации и радиовидения.The claimed utility model relates to antenna technology, namely to broadband antennas, and can be used as a transmitting or receiving antenna in radio communication, radar and radio imaging systems.

Полезная модель может использоваться как самостоятельная антенна и как элемент фазированной или тактированной антенной решетки на частотах 0,6-2.0 ГГц. Обычно в системах радиовидения используются рупорные антенны. Главным недостатками таких излучателей являются большие габариты и малый сектор обслуживания.The utility model can be used as an independent antenna and as an element of a phased or clocked antenna array at frequencies of 0.6-2.0 GHz. Horn antennas are commonly used in radio imaging systems. The main disadvantages of such emitters are their large dimensions and small service sector.

Известна планарная малогабаритная антенна (патент РФ 150632, H01Q 9/00, опубл. 20.02.2015 г.), предназначенная для использования в качестве встроенной приемно-передающей антенны мобильных и стационарных устройств, в частности, использующих стандарт GSM 900/1800 в диапазонах частот 872-960/1710-1885 МГц. Использование антенны позволяет значительно повысить уровень передаваемого и принимаемого сигнала и соответственно увеличить скорость приема-передачи данных, а также улучшить качество связи. Основной технической задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является создание планарной малогабаритной антенны, обладающей равномерной в пределах полупространства диаграммой направленности (ДН).Known planar small antenna (RF patent 150632, H01Q 9/00, publ. 20.02.2015), intended for use as a built-in receiving and transmitting antenna of mobile and stationary devices, in particular, using the GSM 900/1800 standard in the frequency ranges 872-960 / 1710-1885 MHz. The use of an antenna can significantly increase the level of the transmitted and received signal and, accordingly, increase the speed of data reception and transmission, as well as improve the quality of communication. The main technical problem solved by the claimed utility model is the creation of a planar small-sized antenna with a uniform radiation pattern (DP) within the half-space.

Недостатком является неравномерность частотной характеристики и почти круговая ДН.The disadvantage is the uneven frequency response and an almost circular pattern.

Известна широкополосная плоская антенна (патент РФ 2272340, H01Q 9/00, опубл. 20.03.2006 г.). Технический результат - уменьшение габаритов антенны. Для этого в антенне, содержащей два плеча П1 и П2, выполненных в виде меандровой структуры, состоящей из вертикальных элементов, соединенных горизонтальными проводниками, плечи П1 и П2 размещают по обеим сторонам диэлектрического основания так, что в его плоскости вокруг продольной оси одно плечо довернуто относительно другого на 180 градусов, при этом i-ый вертикальный элемент первого плеча образует с i-ым вертикальным элементом второго плеча синфазно излучающую пару, а соседние пары плеч включены противофазно.Known broadband flat antenna (RF patent 2272340, H01Q 9/00, publ. 03/20/2006). The technical result is to reduce the size of the antenna. To do this, in an antenna containing two arms P1 and P2, made in the form of a meander structure consisting of vertical elements connected by horizontal conductors, the arms P1 and P2 are placed on both sides of the dielectric base so that in its plane around the longitudinal axis one arm is turned relative to another 180 degrees, while the i-th vertical element of the first arm forms an in-phase emitting pair with the i-th vertical element of the second arm, and the adjacent pairs of arms are connected in antiphase.

Недостатком является большие поперечные размеры и круговая ДН.The disadvantage is the large transverse dimensions and circular pattern.

Известна конструкция комбинированной антенны, принятой за прототип (Е.В. Балзовский, Ю.И. Буянов, С.Э. Шипилов «Плоская сверхширокополосная антенна для системы радиовидения»/Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т.57. Номер 9-2. С.102-106). Антенна представляет собой пластину одностороннего фольгированного диэлектрика размером 50×40×1 мм, на которой печатным способом выполнен изогнутый монополь с противовесом. Свободный от металла участок платы является излучателем магнитного типа. Необходимые амплитудно-фазовые соотношения для возбуждения излучателей обоих типов задаются размерами монополя, магнитного излучателя, шириной щели между концом изогнутого монополя и противовесом и формой неоднородной щелевой линии. Антенна закреплена в уголковом рефлекторе, выполненном из алюминиевого уголка сечением 50×50 мм. Противовес имеет гальванический контакт с рефлектором. Место возбуждения антенны обозначено точкой. Этот вариант антенны предназначен для маломощных источников в режиме передачи т.к. ширина начального участка щелевой линии составляет доли миллиметра. Недостатком прототипа является сложность конструкции и большие поперечные размеры, достигающие 0.15 максимальной длины волны.Known design of the combined antenna, taken as a prototype (EV Balzovsky, Yu.I. Buyanov, SE Shipilov "Flat ultra-wideband antenna for a radio vision system" / Bulletin of higher educational institutions. Physics. 2014. Vol. 57. Number 9 -2. P. 102-106). The antenna is a 50 × 40 × 1 mm single-sided foil dielectric plate, on which a curved monopole with a counterweight is printed. The metal-free area of the board is of the magnetic type. The required amplitude-phase relationships for exciting both types of emitters are set by the dimensions of the monopole, the magnetic emitter, the width of the slot between the end of the curved monopole and the counterweight, and the shape of the inhomogeneous slot line. The antenna is fixed in a corner reflector made of an aluminum corner with a cross section of 50 × 50 mm. The counterweight is in galvanic contact with the reflector. The antenna excitation point is indicated by a dot. This version of the antenna is intended for low-power sources in the transmission mode because the width of the initial section of the slit line is fractions of a millimeter. The disadvantage of the prototype is the complexity of the design and large transverse dimensions, reaching 0.15 maximum wavelength.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в уменьшении поперечных размеров при сохранении полосы согласования. Поставленная задача решается тем, сверхширокополосная антенна содержит нанесенные на лицевую сторону диэлектрической пластины прямоугольной формы металлические монополь и противовес, и рефлектор, выполненный в виде тонкой металлической полосы, изогнутой по периметру диэлектрической пластины. Свободный от металла участок диэлектрической пластины между монополем и рефлектором образует щель, которая является излучателем магнитного типа. Диэлектрическая пластина выполнена в форме прямоугольника с соотношением сторон приблизительно один к четырем. Ширина диэлектрической пластины примерно в два раза больше ширины первой пластины металлического монополя.The technical result to be achieved by the claimed utility model consists in reducing the transverse dimensions while maintaining the matching band. The problem is solved by the fact that the ultra-wideband antenna contains a metal monopole and a counterweight applied to the front side of a rectangular dielectric plate, and a reflector made in the form of a thin metal strip bent along the perimeter of the dielectric plate. The metal-free section of the dielectric plate between the monopole and the reflector forms a slot, which is a magnetic type emitter. The dielectric plate is made in the form of a rectangle with an aspect ratio of approximately one to four. The width of the dielectric plate is about twice the width of the first plate of the metal monopole.

Монополь является излучателем электрического типа и состоит из двух прямоугольных металлических пластин одинаковой длины, имеющих между собой гальванический контакт вдоль средней линии второй пластины: первая пластина нанесена на диэлектрик и ее длинная сторона совмещена с передней кромкой диэлектрической пластины, вторая пластина ориентирована перпендикулярно первой и при этом относится к боковым сторонам как 32-30. Нижняя сторона первой пластины монополя через отрезок копланарной линии соединена коаксиальным разъемом, который установлен на нижней стороне противовеса и является выходом антенны. The monopole is an electric type emitter and consists of two rectangular metal plates of the same length, having galvanic contact with each other along the centerline of the second plate: the first plate is applied to the dielectric and its long side is aligned with the leading edge of the dielectric plate, the second plate is oriented perpendicular to the first and at the same time refers to the sides as 32-30. The lower side of the first plate of the monopole is connected through a piece of coplanar line with a coaxial connector, which is installed on the lower side of the counterweight and is the antenna output.

Настоящая полезная модель удовлетворяет следующим требованиям: поперечные размеры не превышают 0,06 максимальной рабочей длины волны, длина антенны не превышает 0,3 максимальной рабочей длины волны, входной импеданс 50 Ом при КСВН > 2, ширина ДН не менее 120º, полоса пропускания не менее октавы.This utility model meets the following requirements: the transverse dimensions do not exceed 0.06 of the maximum operating wavelength, the antenna length does not exceed 0.3 of the maximum operating wavelength, the input impedance is 50 Ohm at VSWR> 2, the BP width is at least 120º, the bandwidth is at least octaves.

Конструкция полезной модели поясняется рисунком, представленным на фиг.1. The design of the utility model is illustrated by the figure shown in Fig. 1.

На фиг. 2 изображен КСВН сверхширокополосной антенны.FIG. 2 depicts the VSWR of an ultra-wideband antenna.

На фиг. 3 изображена ДН на средней частоте.FIG. 3 shows the BP at the middle frequency.

Заявляемая полезная модель представляет собой комбинацию излучателей электрического и магнитного типов, имеющих общий вход. Полезная модель содержит диэлектрическую пластину 1, металлические монополь 2 и противовес 3, рефлектор 4 и отрезок копланарной линии 5, соединяющий монополь с коаксиальным разъемом 6, являющимся выходом антенны. Монополь состоит из двух взаимно перпендикулярных друг другу прямоугольных металлических пластин одинаковой длины, имеющих между собой гальванический контакт: первая пластина нанесена на диэлектрик и ее длинная сторона совмещена с передней кромкой диэлектрической пластины, вторая пластина ориентирована перпендикулярно первой. Между верхней стороной противовеса и нижней стороной первой пластины монополя, а также между верхней стороной первой пластины монополя и верхней кромкой диэлектрической пластины оставлены свободные от металла участки поверхности, при этом в металлический противовес дополнительно введен отрезок компланарной линии, начало которой соединено с нижним задним углом первой пластины монополя.The claimed utility model is a combination of electric and magnetic emitters having a common input. The utility model contains a dielectric plate 1, a metal monopole 2 and a counterweight 3, a reflector 4 and a piece of coplanar line 5 connecting the monopole with a coaxial connector 6, which is the antenna output. The monopole consists of two mutually perpendicular to each other rectangular metal plates of the same length, having a galvanic contact with each other: the first plate is applied to the dielectric and its long side is aligned with the leading edge of the dielectric plate, the second plate is oriented perpendicular to the first. Between the upper side of the counterweight and the lower side of the first plate of the monopole, as well as between the upper side of the first plate of the monopole and the upper edge of the dielectric plate, surface areas free from metal are left, while a piece of coplanar line is additionally introduced into the metal counterweight, the beginning of which is connected to the lower rear corner of the first monopole plates.

Антенна работает следующим образом:The antenna works as follows:

Копланарная линии 5 на нижней кромке монополя возбуждает электрический ток Ie, который создает электромагнитное поле, такое же, как вертикальный диполь (излучатель электрического типа). Линия, пересекающая промежуток между монополем и противовесом возбуждает щель межу рефлектором и монополем, которую можно считать излучателем магнитного тока Im (излучатель магнитного типа). Изменяя амплитудно-фазовые соотношения между токами Ie и Im путем изменения ширины монополя, ширины щели и волнового сопротивления копланарной линии, можно в достаточно широких пределах изменять форму диаграммы направленности и частотную зависимость входного импеданса антенны.The coplanar line 5 at the lower edge of the monopole excites an electric current Ie, which creates an electromagnetic field, the same as a vertical dipole (electric type emitter). The line crossing the gap between the monopole and the counterweight excites the gap between the reflector and the monopole, which can be considered as an Im magnetic current emitter (magnetic type emitter). By changing the amplitude-phase relations between the currents Ie and Im by changing the width of the monopole, the width of the slit, and the characteristic impedance of the coplanar line, it is possible to change the shape of the radiation pattern and the frequency dependence of the input impedance of the antenna within fairly wide limits.

Заявленная полезная модель может использоваться в системе радиовидения для обнаружения людей за диэлектрическими преградами.The claimed utility model can be used in a radio imaging system to detect people behind dielectric barriers.

Claims

A small-sized combined-type emitter containing a metal monopole and a counterweight applied to a dielectric plate, a reflector and a coaxial connector, characterized in that the dielectric plate is made in the form of a rectangle with an aspect ratio of approximately one to four, the monopole is made in the form of two rectangular metal plates perpendicular to each other of approximately the same length, the first of which is applied to a dielectric plate, the width of which is approximately twice the width of the first plate, the long side of the first metal plate is aligned with the leading edge of the dielectric plate and has galvanic contact with the second metal plate of the monopole along its center line, the counterweight is made in the form of a square plate, the lower side of which is equal to the width of the dielectric plate and is aligned with its lower edge and at the same time refers to the sides as 32-30, between the upper side of the counterweight and the lower side of the first th plate of the monopole, as well as between the upper side of the first plate of the monopole and the upper edge of the dielectric plate, surface areas free of metal are left, the reflector is made in the form of a thin metal curved strip, the width of which is approximately equal to the width of the dielectric plate, bordering its upper edge along the perimeter of the dielectric plate, the trailing edge, the lower edge and part of the leading edge at the counterweight height, a piece of coplanar line is additionally introduced into the metal counterweight, the beginning of which is connected to the lower rear corner of the first monopole plate, and the end is connected to a coaxial connector installed on the lower edge of the counterweight, which forms the antenna outlet.