RU223140U1 - WIDEBAND DUAL POLARIZATION LOW PROFILE X-BAND ANTENNA WITH CAPACITIVE FEED - Google Patents

WIDEBAND DUAL POLARIZATION LOW PROFILE X-BAND ANTENNA WITH CAPACITIVE FEED Download PDF

Info

Publication number
RU223140U1
RU223140U1 RU2023126620U RU2023126620U RU223140U1 RU 223140 U1 RU223140 U1 RU 223140U1 RU 2023126620 U RU2023126620 U RU 2023126620U RU 2023126620 U RU2023126620 U RU 2023126620U RU 223140 U1 RU223140 U1 RU 223140U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
emitter
dielectric
antenna
screen
model
Prior art date
Application number
RU2023126620U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Кривов
Павел Александрович Кострыкин
Илья Валерьевич Карабанов
Александр Сергеевич Приветень
Ольга Александровна Артамонова
Иван Александрович Бушуев
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны
Application granted granted Critical
Publication of RU223140U1 publication Critical patent/RU223140U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к низкопрофильным антеннам, которые могут использоваться в приемопередающих антенных устройствах радиотехнических систем для создания фазированных антенных решеток сверхкороткоимпульсной (СКИ) и сверхширокополосной (СШП) радиолокации с полнополяризационной модуляцией. Основной целью предлагаемой полезной модели является расширение рабочей полосы частот прототипа. Данная модель при условиях, имеющих место на практике, позволяет достичь технического эффекта: расширить рабочую полосу частот в 2,8 раза. Технический эффект достигается за счет компенсации индуктивного импеданса и введения диэлектрика на питающем штыре, при этом штырь и излучатель образуют конденсатор, через который и осуществляется возбуждение излучателя. 4 ил. The utility model relates to low-profile antennas that can be used in transmit-receive antenna devices of radio engineering systems to create phased array antennas for ultra-short pulse (USP) and ultra-wideband (UWB) radar with full-polarization modulation. The main goal of the proposed utility model is to expand the operating frequency band of the prototype. This model, under the conditions found in practice, allows one to achieve a technical effect: to expand the operating frequency band by 2.8 times. The technical effect is achieved by compensating for inductive impedance and introducing a dielectric on the power pin, while the pin and the emitter form a capacitor through which the emitter is excited. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к низкопрофильным антеннам, в частности к технологическому оснащению широкополосных антенн, которые могут использоваться в приемных, передающих и приемопередающих антенных устройствах радиотехнических систем различного назначения, в частности для создания фазированных антенных решеток сверхкороткоимпульсной (СКИ) и сверхширокополосной (СШП) радиолокации с полнополяризационной модуляцией.The utility model relates to low-profile antennas, in particular to the technological equipment of broadband antennas that can be used in receiving, transmitting and transceiving antenna devices of radio engineering systems for various purposes, in particular for creating phased array antennas for ultra-short pulse (USP) and ultra-wideband (UWB) radar with full polarization modulation.

Развивающиеся в последние десятилетия направления СКИ и СШП радиолокации требует создания эффективных малогабаритных антенных систем. При использовании в СКИ малогабаритных локаторах способа полнополяризационной модуляции, антенная система должна обеспечивать управление всеми видами поляризации, для того чтобы получить максимум информации о лоцируемом объекте.The areas of SRS and UWB radar that have been developing in recent decades require the creation of effective small-sized antenna systems. When using the full-polarization modulation method in small-sized SRS locators, the antenna system must provide control of all types of polarization in order to obtain maximum information about the located object.

Лучшим вариантом является микрополосковая антенна, но она не удовлетворяет требованиям широкополосности, так как имеет рабочую полосу всего несколько процентов. Для использования в СКИ локаторах относительный диапазон частот должен составлять не менее 15%. У антенны с центральной частотой 10 ГГц рабочий диапазон составит 1,5 ГГц.The best option is a microstrip antenna, but it does not meet the broadband requirements, since it has an operating bandwidth of only a few percent. For use in SRS locators, the relative frequency range must be at least 15%. An antenna with a center frequency of 10 GHz will have an operating range of 1.5 GHz.

Расширению рабочего диапазона планарных антенн посвящено много работ, см. например, [1]. Все они сводятся, как правило, к ухудшению добротности антенны, которые реализуются тремя известными вариантами:Many works are devoted to expanding the operating range of planar antennas, see, for example, [1]. All of them, as a rule, come down to a deterioration in the quality factor of the antenna, which is implemented in three well-known options:

1. Увеличением толщины диэлектрика. Как правило, толщина находится в пределах 0,07÷0,2λ. Уменьшение соотношения приводит к сужению рабочей полосы;1. Increasing the thickness of the dielectric. As a rule, the thickness is in the range of 0.07÷0.2λ. Reducing the ratio leads to a narrowing of the working band;

2. Уменьшением диэлектрической проницаемости подложки (εr);2. Reducing the dielectric constant of the substrate (ε r );

3. Использованием пассивных дополнительных излучателей. Создание многослойных антенн с добавлением дополнительных пассивных излучателей сильно усложняет конструкцию антенны.3. Using passive additional emitters. Creating multilayer antennas with the addition of additional passive radiators greatly complicates the antenna design.

Для большой толщины диэлектрика, входной импеданс всегда индуктивный. Следовательно, используя толстую подложку и зондовую запитку, которая вносит дополнительную индуктивность, для получения широкой полосы пропускания, эту индуктивность необходимо компенсировать.For large dielectric thickness, the input impedance is always inductive. Therefore, by using a thick substrate and probe feeding, which introduces additional inductance, to obtain a wide bandwidth, this inductance must be compensated.

В ряде исследований было показано, что еще одним из способов расширения полосы рабочих частот малогабаритных планарных антенн является применение слабой емкостной связи между питающим фидером и излучателем.A number of studies have shown that another way to expand the operating frequency band of small-sized planar antennas is to use weak capacitive coupling between the feed feeder and the emitter.

Емкость реализуется либо физическим добавлением сосредоточенного конденсатора, либо конструктивными элементами. Одна из таких конструкций показана в работе [2].Capacitance is realized either by the physical addition of a lumped capacitor or by structural elements. One of such constructions is shown in [2].

За прототип антенны с емкостным питанием взята антенна, показанная в [3] стр. 119.The antenna shown in [3] p. 119 was taken as a prototype of a capacitively fed antenna.

Емкость выполняется в виде дополнительной печатной платы, которая размещается на верхнем проводнике планарной антенны. Возбуждающий штырь проходит через подложку планарной антенны и подложку дополнительной печатной платы и имеет контакт с ее верхним проводником. Контакт с верхним проводником планарной антенны отсутствует. Таким образом, получается, что возбуждающий штырь связан с верхним проводником через конденсатор, который образуется проводниками дополнительной печатной платы. Такие конструкции применимы на относительно низких частотах, на частотах X диапазона из-за малых габаритов элементов реализация такой конструкции затруднена.The capacitance is made in the form of an additional printed circuit board, which is placed on the upper conductor of the planar antenna. The drive pin passes through the planar antenna substrate and the sub-circuit board substrate and is in contact with its top conductor. There is no contact with the top conductor of the planar antenna. Thus, it turns out that the exciting pin is connected to the upper conductor through a capacitor, which is formed by the conductors of the additional printed circuit board. Such designs are applicable at relatively low frequencies; at frequencies in the X range, due to the small dimensions of the elements, the implementation of such a design is difficult.

Согласно данной полезной модели, предложена простая технологичная низкопрофильная антенна, способная работать на линейных и круговых поляризациях с рабочей полосой 20%, у которой отсутствуют недостатки присущие предыдущим конструкциям.According to this utility model, a simple, technologically advanced low-profile antenna is proposed, capable of operating on linear and circular polarizations with a working bandwidth of 20%, which does not have the disadvantages inherent in previous designs.

Антенна содержит латунный экран (1) толщиной 0,3 мм, на котором установлена диэлектрическая пластина (2) с εr=1,05, на другой поверхности которой, расположена излучающая латунная пластина (3) квадратной формы, размеры которой меньше размеров экрана, и могут находиться в пределах 0,4÷0,6λ.The antenna contains a brass screen (1) 0.3 mm thick, on which a dielectric plate (2) with ε r = 1.05 is installed, on the other surface of which there is a square-shaped radiating brass plate (3), the dimensions of which are smaller than the dimensions of the screen, and can be in the range of 0.4÷0.6λ.

Через экран, диэлектрическую пластину и излучатель проходят два питающих штыря (4) от питающих фидеров (5). Особенностью данной антенны является то, что запитывающие штыри и излучающий элемент разделены диэлектриком (6) и не имеют гальванического контакта. Точки подключения проводников к полосковому излучателю расположены на одном расстоянии от центра квадратного излучателя под углом 90°, причем расстояния от его центра соответствуют требованию согласования линий передачи с планарной антенной. Импеданс изменяется от нуля в центре до сопротивления на краю примерно так:Two power pins (4) from the power feeders (5) pass through the screen, dielectric plate and emitter. A special feature of this antenna is that the feeding pins and the radiating element are separated by a dielectric (6) and have no galvanic contact. The connection points of the conductors to the strip emitter are located at the same distance from the center of the square emitter at an angle of 90°, and the distances from its center correspond to the requirement of matching the transmission lines with the planar antenna. The impedance changes from zero at the center to resistance at the edge something like this:

где Ri - входное сопротивление, Re - входное сопротивление на краю, х - расстояние от центра пластины, L - высота пластины. Расположение запитывающего коаксиала не оказывает существенного влияния на резонансную частоту. Точку подачи СВЧ-энергии при заданном входном сопротивлении можно найти из формулы:where R i is the input resistance, R e is the input resistance at the edge, x is the distance from the center of the plate, L is the height of the plate. The location of the feeding coaxial does not significantly affect the resonant frequency. The point at which microwave energy is supplied at a given input resistance can be found from the formula:

Каждый штырь с помощью фидера подключен к своему приемопередатчику. Наличие двух штырей и двух фидеров позволяет возбуждать две ортогональные поляризации, а при создании фазового сдвига между ними, круговые и эллиптические поляризации. Фазовые сдвиги могут формироваться схемами управления приемопередатчиков.Each pin is connected to its own transceiver using a feeder. The presence of two pins and two feeders makes it possible to excite two orthogonal polarizations, and when creating a phase shift between them, circular and elliptical polarizations. Phase shifts can be generated by the control circuits of transceivers.

С целью компенсации индуктивного импеданса и введен диэлектрик на питающем штыре, при этом штырь и излучатель образуют конденсатор, через который и осуществляется возбуждения излучателя. В качестве зонда используется центральная жила кабеля РК50-2-23 совместно с фторопластовой изоляцией.In order to compensate for the inductive impedance, a dielectric is introduced on the supply pin, while the pin and the emitter form a capacitor, through which the emitter is excited. The central core of the RK50-2-23 cable together with fluoroplastic insulation is used as a probe.

На фиг. 1 показан разрез антенного модуля, где под цифрой (1) обозначено основание антенного модуля (экрана), под цифрой (2) диэлектрическая подложка. Высота подложки в данном варианте 0,08λ, определено заданными габаритами. Под цифрой (3) квадратный излучающий элемент, который меньше размеров экрана. Размеры излучателя могут быть в пределах 0,4÷0,6λ.In fig. Figure 1 shows a section of the antenna module, where number (1) indicates the base of the antenna module (screen), and number (2) the dielectric substrate. The height of the substrate in this version is 0.08λ, determined by the specified dimensions. Below the number (3) is a square radiating element, which is smaller than the size of the screen. The dimensions of the emitter can be in the range of 0.4÷0.6λ.

Излучатель запитывается в двух точках питания штырями (4) от фидеров (5), расположенными между центром и краем излучателя и создающих ортогонально расположенные векторы напряженности электрического поля, при этом, каждый из СВЧ-входов через СВЧ-разъем соединен с соответствующим входом приемопередатчика. Запитывающие штыри и излучающий элемент разделены диэлектриком (6).The emitter is powered at two power points by pins (4) from feeders (5), located between the center and edge of the emitter and creating orthogonally located electric field strength vectors, while each of the microwave inputs is connected through a microwave connector to the corresponding input of the transceiver. The power pins and the radiating element are separated by a dielectric (6).

Были проведены исследования параметров антенны с гальваническим соединением коаксиальной линии и излучателя, а также с емкостным питанием через изолятор коаксиальной линии путем моделирования антенн в программе электродинамического моделирования HFSS v. 19. Зависимость коэффициента стоячей волны антенного модуля с гальванической связью от частоты представлена фиг. 2. Результаты моделирования зависимости коэффициента стоячей волны антенного модуля с емкостной связью от частоты приведены на фиг. 3.Studies were carried out on the parameters of the antenna with a galvanic connection of the coaxial line and the emitter, as well as with capacitive power supply through the coaxial line insulator by modeling the antennas in the electrodynamic modeling program HFSS v. 19. The dependence of the standing wave ratio of an antenna module with galvanic coupling on frequency is shown in Fig. 2. The results of modeling the dependence of the standing wave ratio of a capacitively coupled antenna module on frequency are shown in Fig. 3.

Сравнение ширины полосы пропускания антенн на уровне КСВ=2, показало:Comparison of antenna bandwidth at SWR=2 level showed:

- у антенны с гальванической связью ширина полосы составила 1,44 ГГц;- the antenna with galvanic coupling had a bandwidth of 1.44 GHz;

- у антенны с емкостным питанием ширина полосы пропускания составила 4,05 ГГц, что в 2,8 раза больше.- the antenna with capacitive feeding had a bandwidth of 4.05 GHz, which is 2.8 times greater.

Макет широкополосной низкопрофильной двухполяризационной антенны X диапазона с емкостным питанием представлен на фиг. 4.The layout of a broadband low-profile dual-polarization X-band antenna with capacitive power supply is shown in Fig. 4.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY

1. Лось В.Ф. Микрополосковые и диэлектрические резонаторные антенны, САПР-модели: методы математического моделирования/ Под редакцией Л.Д. Бахраха,- М.; ИПРЖР, 2002. - 96 с.1. Los V.F. Microstrip and dielectric resonator antennas, CAD models: methods of mathematical modeling / Edited by L.D. Bakhrakha, - M.; IPRZHR, 2002. - 96 p.

2. А.И. Семенихин, Д.В. Семенихина, С.Н. Сергеев, С.Н. Носаков Широкополосные компактные микрополосковые антенны с емкостным микрополосковым питанием, ЮФУ. Технические науки.2. A.I. Semenikhin, D.V. Semenikhin, S.N. Sergeev, S.N. Nosakov Broadband compact microstrip antennas with capacitive microstrip power supply, Southern Federal University. Technical science.

3. Банков С.Е. Антенны спутниковых навигаторов. - М.: Издательство «Перо», 2014. - 693 с.3. Bankov S.E. Antennas for satellite navigators. - M.: Pero Publishing House, 2014. - 693 p.

Claims (1)

Широкополосная низкопрофильная двухполяризационная антенна X диапазона с емкостным питанием, характеризующаяся тем, что содержит латунный экран толщиной 0,3 мм, на котором установлена диэлектрическая пластина толщиной , с диэлектрической проницаемостью , на другой поверхности которой расположена излучающая латунная пластина квадратной формы, размеры которой меньше размеров экрана, и находятся в пределах , через экран, диэлектрическую пластину и излучатель проходят два питающих штыря, расположенных на одном расстоянии от центра квадратного излучателя под углом 90°, которые гальванически развязаны с излучающим элементом за счет разделения диэлектриком, создающих ортогонально расположенные векторы напряженности электрического поля, при этом каждый из входов через СВЧ-разъем соединен с соответствующим входом приемопередатчика через питающие фидеры.Wideband low-profile dual-polarization X-band antenna with capacitive feeding, characterized by containing a 0.3 mm thick brass screen on which a dielectric plate of thickness , with dielectric constant , on the other surface of which there is a square-shaped radiating brass plate, the dimensions of which are smaller than the screen dimensions and are within , two power pins pass through the screen, dielectric plate and emitter, located at the same distance from the center of the square emitter at an angle of 90°, which are galvanically isolated from the radiating element due to separation by a dielectric, creating orthogonally located electric field strength vectors, with each of the inputs through the microwave connector it is connected to the corresponding input of the transceiver through the power feeders.
RU2023126620U 2023-10-18 WIDEBAND DUAL POLARIZATION LOW PROFILE X-BAND ANTENNA WITH CAPACITIVE FEED RU223140U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU223140U1 true RU223140U1 (en) 2024-02-02

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2052878C1 (en) * 1993-04-01 1996-01-20 Борис Иосифович Суховецкий Wide-band array
CA2176656C (en) * 1995-07-13 2003-10-28 Matthew Bjorn Oliver Broadband circularly polarized dielectric resonator antenna
JP2005051331A (en) * 2003-07-29 2005-02-24 Kyocera Corp Coupling structure between microstrip line and dielectric waveguide
RU2368040C1 (en) * 2008-05-05 2009-09-20 Ооо "Топкон Позишионинг Системс Снг" Antenna assembly for global navigation satellite system (gnss)
CN109193131B (en) * 2018-09-11 2020-05-12 哈尔滨工业大学 Printing type broadband low-profile omnidirectional dual-polarized antenna

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2052878C1 (en) * 1993-04-01 1996-01-20 Борис Иосифович Суховецкий Wide-band array
CA2176656C (en) * 1995-07-13 2003-10-28 Matthew Bjorn Oliver Broadband circularly polarized dielectric resonator antenna
JP2005051331A (en) * 2003-07-29 2005-02-24 Kyocera Corp Coupling structure between microstrip line and dielectric waveguide
RU2368040C1 (en) * 2008-05-05 2009-09-20 Ооо "Топкон Позишионинг Системс Снг" Antenna assembly for global navigation satellite system (gnss)
CN109193131B (en) * 2018-09-11 2020-05-12 哈尔滨工业大学 Printing type broadband low-profile omnidirectional dual-polarized antenna

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11069965B2 (en) Low-profile broadband circularly-polarized array antenna using stacked traveling wave antenna elements
Yang et al. A low-cost, single-layer, dual circularly polarized antenna for millimeter-wave applications
US8325093B2 (en) Planar ultrawideband modular antenna array
US7079082B2 (en) Coplanar waveguide continuous transverse stub (CPW-CTS) antenna for wireless communications
WO2019130305A1 (en) Cavity backed slot antenna with in-cavity resonators
US20100245204A1 (en) Circularly polarized antenna for satellite communication
CN109616764B (en) Substrate integrated gap waveguide circularly polarized antenna
Chen et al. Design of $2\times 2$ Microstrip Patch Array Antenna for 5G C-Band Access Point Applications
Yu et al. Investigation of patch phase array antenna orientation at 28 GHz for 5G applications
US20140049439A1 (en) Compact dual-polarized multiple directly fed & em coupled stepped probe element for ultra wideband performance
US8026855B2 (en) Radio apparatus and antenna thereof
Zhang et al. A substrate integrated waveguide slot antenna for 79-GHz applications
Masa-Campos et al. Monopulse circularly polarized SIW slot array antenna in millimetre band
RU223140U1 (en) WIDEBAND DUAL POLARIZATION LOW PROFILE X-BAND ANTENNA WITH CAPACITIVE FEED
Yang et al. A printed LPDA antenna fed by a microstrip line to double sided parallel strip line from backside
Niroojazi et al. Practical design of single feed truncated corner microstrip antenna
CN112467400B (en) Ultra-wideband dual-polarized phased array antenna
CN110707425B (en) SIW-based large-frequency-ratio back cavity antenna
Ali et al. A microstrip patch antenna with aperture coupler technique at 5.8 GHz
RU199496U1 (en) MODEL OF A FULL POLARIZED ANTENNA SYSTEM
Nakajima et al. 28 GHz Side-Edge loop antenna with end-fire radiation polarized vertically to substrate
Khan et al. Experimental investigation of empty substrate integrated waveguide-fed MMW patch antenna for 5G applications
EP3440739B1 (en) Broadband cavity-backed slot antenna
Soltan et al. Development of circularly polarized cavity backed slot antennas using SIW structure
Ouberri et al. A novel wideband circularly-polarized microstrip antenna array based on DGS for wireless power transmission