RU209563U1

RU209563U1 - Antenna Vivaldi

Info

Publication number: RU209563U1
Application number: RU2021117108U
Authority: RU
Inventors: Юрий Геннадьевич Антонов; Святослав Владимирович Балландович; Григорий Александрович Костиков; Михаил Иванович Сугак; Любовь Михайловна Любина
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2022-03-17

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве широкополосной приемно-передающей антенны мобильных и стационарных устройств систем связи. Технический результат предлагаемой полезной модели - улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении качества согласования в полосе рабочих частот антенны, возможность оперативной подстройки полосы рабочих частот антенны. Технический результат достигается за счёт выполнения сплошных металлических выступов, ограничивающих раскрыв антенны, в виде металлической ленты, установленной перпендикулярно подложке с металлизацией и механически соединенной с ними. 4 ил.The utility model relates to antenna technology and is intended for use as a broadband transmit-receive antenna for mobile and stationary devices of communication systems. The technical result of the proposed utility model is to improve the manufacturability of the device while maintaining the quality of matching in the antenna operating frequency band, the ability to quickly adjust the antenna operating frequency band. The technical result is achieved due to the implementation of solid metal protrusions that limit the opening of the antenna, in the form of a metal tape installed perpendicular to the substrate with metallization and mechanically connected to them. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве широкополосной приемно-передающей антенны мобильных и стационарных устройств систем связи.The utility model relates to antenna technology and is intended for use as a broadband transmit-receive antenna for mobile and stationary devices of communication systems.

Известна сверхширокополосная антенна Вивальди (Патент RU 2701483 C1), содержащая диэлектрическую подожку с нанесенным на нее металлическим слоем, форма которого образует раскрыв антенны, а также устройство адаптивной коррекции диаграммы направленности, установленное в раскрыве антенны.Known ultra-wideband antenna Vivaldi (Patent RU 2701483 C1), containing a dielectric pad with a metal layer deposited on it, the shape of which forms the opening of the antenna, as well as a device for adaptive correction of the radiation pattern installed in the opening of the antenna.

Недостатком такой антенны является сложность конструкции узла питания за счет наличия устройства адаптивной коррекции диаграммы направленности.The disadvantage of such an antenna is the complexity of the design of the power unit due to the presence of a device for adaptive beam correction.

Из уровня техники известна антенна Вивальди, выполненная в виде диэлектрической подожки с нанесенным на нее металлическим слоем, форма которого образует раскрыв антенны, ограниченный с каждой стороны металлическим выступом, выполненным в виде ряда металлизированных сквозных отверстий в диэлектрической подложке (S. Al-Saif, A. Al-Omar, M.А. Ashraf and S. Alshebeili, "A millimeter wave Vivaldi antenna with contoured platted vias for next generation wireless communication systems," 2016 17th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics (ANTEM), Montreal, QC, Canada, 2016, рр. 1-2).From the prior art, a Vivaldi antenna is known, made in the form of a dielectric substrate with a metal layer deposited on it, the shape of which forms an antenna opening, limited on each side by a metal protrusion made in the form of a series of metallized through holes in the dielectric substrate (S. Al-Saif, A Al-Omar, M.A. Ashraf and S. Alshebeili, "A millimeter wave Vivaldi antenna with contoured platted vias for next generation wireless communication systems," 2016 17th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics (ANTEM), Montreal, QC , Canada, 2016, pp. 1-2).

Недостатками такого решения являются технологическая сложность изготовления, сложность аккуратного согласования антенны в требуемой полосе рабочих частот.The disadvantages of this solution are the technological complexity of manufacturing, the complexity of accurate matching of the antenna in the required operating frequency band.

Известна цельнометаллическая антенна Вивальди (Патент CN 112117551 А). Устройство содержит металлический слой, форма которого образует раскрыв антенны, ограниченный с каждой стороны сплошным металлическим выступом.Known all-metal antenna Vivaldi (Patent CN 112117551 A). The device contains a metal layer, the shape of which forms the opening of the antenna, limited on each side by a solid metal ledge.

Недостатком такого решения является технологическая сложность изготовления.The disadvantage of this solution is the technological complexity of manufacturing.

Наиболее близкой по совокупности существующих признаков к предлагаемому устройству является антенна Вивальди (R. Sarkis and C. Craeye, "Circular array of wideband 3D Vivaldi antennas," 2010 URSI International Symposium on Electromagnetic Theory, Berlin, Germany, 2010). Устройство содержит диэлектрическую подожку с нанесенным на нее металлическим слоем, форма которого образует раскрыв антенны, ограниченный с каждой стороны сплошным металлическим выступом.The closest set of existing features to the proposed device is the Vivaldi antenna (R. Sarkis and C. Craeye, "Circular array of wideband 3D Vivaldi antennas," 2010 URSI International Symposium on Electromagnetic Theory, Berlin, Germany, 2010). The device contains a dielectric pad with a metal layer deposited on it, the shape of which forms an antenna opening, limited on each side by a solid metal ledge.

Преимуществами прототипа являются широкая полоса рабочих частот, высокая механическая прочность.The advantages of the prototype are a wide band of operating frequencies, high mechanical strength.

Недостатками прототипа являются технологическая сложность изготовления раскрыва антенны сложной формы со сплошным металлическим выступом в виде единой конструкции методом штамповки или фрезеровки из-за требований к необходимому для изготовления оборудованию, высокие требования к точности изготовления узла питания и, как следствие, сложность аккуратного согласования антенны в требуемой полосе рабочих частот.The disadvantages of the prototype are the technological complexity of manufacturing an antenna opening of complex shape with a solid metal protrusion in the form of a single structure by stamping or milling due to the requirements for the equipment necessary for manufacturing, high requirements for the accuracy of manufacturing the power unit and, as a result, the complexity of accurately matching the antenna to the required operating frequency band.

Задачей предлагаемой полезной модели является улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосности антенны, а также возможность производить оперативную подстройку полосы рабочих частот антенны.The objective of the proposed utility model is to improve the manufacturability of the device while maintaining the antenna broadband characteristics, as well as the ability to quickly adjust the antenna operating frequency band.

Поставленная задача решается за счет того, что заявленное устройство, так же как и известное, содержит диэлектрическую подожку с нанесенным на нее металлическим слоем, форма которого образует раскрыв антенны, ограниченный с каждой стороны сплошным металлическим выступом. Но, в отличие от известного, в антенне Вивальди каждый выступ выполнен в виде металлической ленты, установленной перпендикулярно подложке с металлизацией и механически соединенной с ними.The problem is solved due to the fact that the claimed device, as well as the known one, contains a dielectric pad with a metal layer deposited on it, the shape of which forms an antenna opening, limited on each side by a solid metal ledge. But, unlike the well-known, in the Vivaldi antenna, each protrusion is made in the form of a metal tape installed perpendicular to the substrate with metallization and mechanically connected to them.

Достигаемым техническим результатом является улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении характеристик широкополосности антенны, возможность оперативной подстройки полосы рабочих частот антенны.Achievable technical result is to improve the manufacturability of the device while maintaining the characteristics of the broadband antenna, the ability to quickly adjust the band of the antenna.

Технический результат достигается за счет выполнения сплошных металлических выступов, ограничивающих раскрыв антенны, в виде металлической ленты, установленной перпендикулярно подложке с металлизацией и механически соединенной с ними.The technical result is achieved by making solid metal protrusions that limit the opening of the antenna, in the form of a metal tape installed perpendicular to the substrate with metallization and mechanically connected to them.

Полезная модель иллюстрируется 4 чертежами.The utility model is illustrated by 4 drawings.

Фиг. 1 - вид предлагаемой антенны Вивальди.Fig. 1 - view of the proposed Vivaldi antenna.

Фиг. 2 - частотные зависимости КСВ для различных антенн Вивальди.Fig. 2 - frequency dependences of SWR for various Vivaldi antennas.

Фиг. 3 - частотные зависимости КСВ для антенн Вивальди предлагаемой конструкции с различной шириной металлической ленты, перпендикулярной металлическому слою.Fig. 3 - frequency dependences of the SWR for Vivaldi antennas of the proposed design with different widths of the metal tape perpendicular to the metal layer.

Фиг. 4 - частотные зависимости КСВ для антенн Вивальди предлагаемой конструкции и прототипа.Fig. 4 - frequency dependences of SWR for Vivaldi antennas of the proposed design and prototype.

На чертежах введены следующие обозначения:The following designations are introduced in the drawings:

1 - точка питания,1 - power point,

2 - металлический слой, образующий раскрыв антенны,2 - metal layer forming the opening of the antenna,

3 - диэлектрическая подложка, 3 - dielectric substrate,

4 - сплошной металлический выступ, 4 - solid metal protrusion,

5 - элементы крепления,5 - fastening elements,

6 - частотная зависимость КСВ предлагаемой антенны Вивальди,6 - frequency dependence of the SWR of the proposed Vivaldi antenna,

7 - частотная зависимость КСВ антенны Вивальди с формой раскрыва как у предлагаемой антенны Вивальди, но без сплошного металлического выступа,7 - frequency dependence of the SWR of the Vivaldi antenna with the opening shape of the proposed Vivaldi antenna, but without a solid metal protrusion,

8 - частотная зависимость КСВ антенны Вивальди с формой раскрыва как у предлагаемой антенны Вивальди и толщиной металлизации, равной высоте сплошного металлического выступа.8 - frequency dependence of the SWR of a Vivaldi antenna with an aperture shape similar to that of the proposed Vivaldi antenna and a metallization thickness equal to the height of a solid metal protrusion.

9 - частотная зависимость КСВ предлагаемой антенны Вивальди с уменьшенной высотой сплошного металлического выступа.9 - frequency dependence of the SWR of the proposed Vivaldi antenna with a reduced height of a solid metal protrusion.

10 - частотная зависимость КСВ предлагаемой антенны Вивальди с увеличенной высотой сплошного металлического выступа.10 - frequency dependence of the SWR of the proposed Vivaldi antenna with an increased height of a solid metal protrusion.

11 - частотная зависимость КСВ прототипа.11 - frequency dependence of the SWR of the prototype.

Антенна работает следующим образом.The antenna works as follows.

Линия питания 1 (фиг. 1), подключенная к металлическому слою 2, нанесенному на диэлектрическую подложку 3 и образующему раскрыв антенны, ограниченный сплошными металлическими выступами 4, возбуждает электромагнитное поле. Размеры и форма металлического слоя, толщина диэлектрического слоя определяется согласованием с требуемым волновым сопротивлением питающей линии в полосе рабочих частот антенны. Выполнение сплошного металлического выступа в виде ленты, которая механически крепится (5) к металлическому слою, позволяет изготавливать предлагаемую антенну, например, с применением технологии лазерной резки, что позволяет улучшить согласование в низкочастотной области.Power line 1 (Fig. 1), connected to the metal layer 2 deposited on the dielectric substrate 3 and forming the opening of the antenna, limited by solid metal protrusions 4, excites the electromagnetic field. The dimensions and shape of the metal layer, the thickness of the dielectric layer is determined by matching with the required impedance of the supply line in the antenna operating frequency band. The implementation of a solid metal protrusion in the form of a tape, which is mechanically attached (5) to the metal layer, allows the proposed antenna to be manufactured, for example, using laser cutting technology, which improves matching in the low-frequency region.

Работа устройства подтверждается результатами электродинамического анализа антенн Вивальди в полосе рабочих частот 0.5-3 ГГц различной конфигурации. При моделировании использовалось питание сосредоточенным источником с входным сопротивлением 50 Ом.The operation of the device is confirmed by the results of electrodynamic analysis of Vivaldi antennas in the operating frequency band of 0.5-3 GHz of various configurations. In the simulation, a lumped source power supply with an input impedance of 50 Ω was used.

Из приведенных частотных зависимостей КСВ в полосе рабочих частот (фиг. 2) видно, что использование сплошного металлического выступа в виде ленты позволяет расширить полосу рабочих частот по критерию КСВ=2, достигнув нижней граничной частоты в 0.15 ГГц. При этом исполнение данного металлического выступа в виде отдельной конструктивной детали позволяет оперативно производить подстройку антенны, заменяя непосредственно металлическую ленту на другую, с иным значением ее ширины (фиг. 3). Сохранение качества согласования в полосе рабочих частот демонстрируется на фиг. 4, где приводится сравнение частотных зависимостей прототипа и предлагаемой антенны Вивальди.From the given frequency dependences of the SWR in the operating frequency band (Fig. 2), it can be seen that the use of a solid metal protrusion in the form of a tape allows you to expand the operating frequency band according to the SWR=2 criterion, reaching the lower cutoff frequency of 0.15 GHz. At the same time, the execution of this metal protrusion in the form of a separate structural part allows you to quickly adjust the antenna, directly replacing the metal tape with another one with a different value of its width (Fig. 3). Preservation of the quality of matching in the operating frequency band is demonstrated in Fig. 4, which compares the frequency dependences of the prototype and the proposed Vivaldi antenna.

Таким образом, показана достижимость технического результата - улучшение технологичности изготовления устройства при сохранении качества согласования в полосе рабочих частот антенны, возможность оперативной подстройки полосы рабочих частот антенны.Thus, the feasibility of the technical result is shown - improving the manufacturability of the device while maintaining the quality of matching in the antenna operating frequency band, the possibility of operational adjustment of the antenna operating frequency band.

Claims

Vivaldi antenna containing a dielectric substrate with a metal layer deposited on it, the shape of which forms an antenna aperture, limited on each side by a solid metal protrusion, characterized in that each protrusion is made in the form of a metal tape installed perpendicular to the substrate with metallization and mechanically connected to them.