RU2360338C1 - Broadband three-band horn-microstrip antenna - Google Patents
Broadband three-band horn-microstrip antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2360338C1 RU2360338C1 RU2008124865/09A RU2008124865A RU2360338C1 RU 2360338 C1 RU2360338 C1 RU 2360338C1 RU 2008124865/09 A RU2008124865/09 A RU 2008124865/09A RU 2008124865 A RU2008124865 A RU 2008124865A RU 2360338 C1 RU2360338 C1 RU 2360338C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- horn
- plate
- isosceles triangle
- antenna
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к широкополосным (ШП) рупорно-микрополосковым антеннам СВЧ-диапазона, и может быть использовано в метрологии, в системах связи, в радиодефектоскопии, радиомониторинге, в решении задач электромагнитной совместимости.The invention relates to radio engineering, in particular to broadband (ШП) horn-microstrip antennas of the microwave range, and can be used in metrology, in communication systems, in radio fault detection, radio monitoring, in solving problems of electromagnetic compatibility.
Известна "Рупорная антенна" (см. Пат. RU №2250542, МПК 7 H01Q 13/02, опубл. 20.04.2005 г., бюл. №11). Она содержит прямоугольный рупор, торец которого закрыт металлической заглушкой, три металлических гребня специальной формы и особым подключением. Антенна обеспечивает прием и передачу сигналов в сравнительно широкой полосе частот с высоким уровнем согласования и линейной фазочастотной характеристикой. Однако она непригодна для работы со значительным классом ШП сигналов из-за недостаточной широкополосности. Кроме того, аналог характеризуется достаточно большими габаритами, величина которых определяется средним значением частоты сигнала.Known "Horn antenna" (see Pat. RU No. 2250542, IPC 7 H01Q 13/02, publ. 04/20/2005, bull. No. 11). It contains a rectangular horn, the end of which is closed by a metal plug, three metal ridges of a special shape and a special connection. The antenna provides reception and transmission of signals in a relatively wide frequency band with a high level of coordination and a linear phase-frequency characteristic. However, it is unsuitable for working with a significant class of NW signals due to insufficient broadband. In addition, the analog is characterized by sufficiently large dimensions, the value of which is determined by the average value of the signal frequency.
Известна "Дисковая микрополосковая антенна" (см. авт.св. СССР №1573487, МПК 5 H01Q 1/38, опубл. 23.06.90 г., бюл. №23). Она содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен металлический экран, а на другой - проводящий диск, в котором выполнена щель, штыревой зонд, коаксиальный фидер и шунт с соответствующими подключениями. Антенна обеспечивает формирование изотропной диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и уменьшение габаритов в 2-4 раза по сравнению с известными образцами.The well-known "Disk microstrip antenna" (see ed. St. USSR No. 1573487, IPC 5
Известна также "Малогабаритная антенна" (см. авт.св. СССР №1141482, МПК 5 H01Q 13/10, опубл. 23.02.1985 г., бюл. №7). Она содержит две металлические пластины, размещенные параллельно металлическому экрану, одна из них соединена с экраном с помощью шунта, а вторая - с питающим фидером, и ферритовое кольцо. Антенна обеспечивает повышение стабильности формы диаграммы направленности (ДН) в рабочей полосе частот при уменьшении габаритов и сохранении коэффициента усиления.Also known is the "Small Antenna" (see ed. St. USSR No. 1141482, IPC 5 H01Q 13/10, publ. 02.23.1985, bull. No. 7). It contains two metal plates placed parallel to the metal screen, one of them is connected to the screen by means of a shunt, and the second is connected to the supply feeder, and a ferrite ring. The antenna provides increased stability of the shape of the pattern in the working frequency band while reducing dimensions and maintaining the gain.
В качестве основного недостатка названных аналогов следует отметить их недостаточную широкополосность для работы с ШП сигналами современных систем связи с мобильными абонентами, большие размеры, особенно на частотах 450 МГц и ниже.As the main drawback of these analogs, their insufficient broadband for working with broadband signals of modern communication systems with mobile subscribers should be noted, they are large, especially at frequencies of 450 MHz and lower.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому устройству является "Ультраширокополосная компактная рупорно-микрополосковая антенна с высокой направленностью" (см. Пат. RU №2289873, МПК 7 H01Q 3/02, опубл. 20.12.2006 г., бюл. №35).Closest in technical essence to the claimed device is "Ultra-wide compact horn-microstrip antenna with high directivity" (see Pat. RU No. 2289873, IPC 7
Устройство-прототип содержит усеченный конический рупор, снабженный плоской стенкой на узкой стороне из металла и представляющий собой экран-рефлектор, резонатор, образованный экраном-рефлектором и круглой пластиной из металла, укрепленной соосно и симметрично на шунте в центре внутренней стороны экрана-рефлектора, а плоскость круглой пластины резонатора параллельна экрану-рефлектору, чем обеспечен надежный механический и электрический контакт круглой пластины с экраном-рефлектором, наконечник, выполненный из металла и имеющий форму усеченного конуса с диаметром основания и высотой, приблизительно равной половине расстояния между круглой пластиной и экраном-рефлектором. Вершина наконечника соединена с центральным проводником питающей коаксиальной линии, а ось симметрии наконечника перпендикулярна плоскости круглой пластины резонатора и проходит через ее край. Питающая коаксиальная линия подведена к экрану-рефлектору перпендикулярно к нему, а внешний проводник линии закреплен на нем с надежным электрическим контактом. Центральный проводник подсоединен к краю круглой пластины резонатора посредством наконечника с надежным электрическим контактом.The prototype device contains a truncated conical horn, provided with a flat wall on the narrow side of the metal and which is a reflector screen, a resonator formed by a reflector screen and a round metal plate mounted coaxially and symmetrically on the shunt in the center of the inner side of the reflector screen, and the plane of the circular plate of the resonator is parallel to the reflector screen, which ensures reliable mechanical and electrical contact of the round plate with the reflector screen, a tip made of metal and having the shape a truncated cone with a diameter of the base and a height approximately equal to half the distance between the round plate and the reflector screen. The tip tip is connected to the central conductor of the supply coaxial line, and the axis of symmetry of the tip is perpendicular to the plane of the circular resonator plate and passes through its edge. The supply coaxial line is brought to the reflector screen perpendicular to it, and the external line conductor is fixed to it with a reliable electrical contact. The central conductor is connected to the edge of the circular resonator plate by a ferrule with a reliable electrical contact.
Антенна-прототип обеспечивает прием и передачу сигналов в сравнительно широкой полосе частот (при КСВ=2, fср=4,5 ГГц, ∆F=0,6 ГГц). Кроме того, стало возможным при сохранении коэффициента усиления антенны уменьшить ее габариты (примерно в три раза сократить толщину рупора) и снизить уровень боковых лепестков диаграммы направленности.The prototype antenna provides reception and transmission of signals in a relatively wide frequency band (at SWR = 2, f av = 4.5 GHz, ∆F = 0.6 GHz). In addition, it became possible, while maintaining the antenna gain, to reduce its dimensions (to reduce the thickness of the horn by about three times) and reduce the level of the side lobes of the radiation pattern.
Антенна-прототип также обладает существенным недостатком. Она непригодна для работы со значительным классом ШП сигналов из-за недостаточной широкополосности.The prototype antenna also has a significant drawback. It is unsuitable for working with a significant class of NW signals due to insufficient broadband.
В настоящее время является актуальной задача создания компактных направленных антенн для приема и передачи сигналов в сетях связи с макро- и микросотовой структурой, использующих следующие полосы частот: 450-470 МГц, 890-1000 МГц и 1690-2400 МГц (см. Ратинский М.В. Основы сотовой связи / Под ред. Д.В.Зимина. - М.: Радио и связь, 1998). Еще большую сложность представляет разработка компактной направленной сверхширокополосной антенны, обеспечивающей эффективный прием и передачу сигналов одновременно во всех названных поддиапазонах частот.Currently, the urgent task of creating compact directional antennas for receiving and transmitting signals in communication networks with macro and microcellular structures using the following frequency bands: 450-470 MHz, 890-1000 MHz and 1690-2400 MHz (see Ratinsky M. B. Fundamentals of Cellular Communication / Edited by D.V. Zimin. - M.: Radio and Communications, 1998). Even greater complexity is the development of a compact directional ultra-wideband antenna that provides efficient reception and transmission of signals simultaneously in all of these frequency ranges.
Целью заявляемого технического решения является разработка широкополосной трехдиапазонной компактной антенны, обеспечивающей эффективный прием и передачу сигналов известных стандартов сотовых и транковых систем связи.The aim of the proposed technical solution is to develop a broadband tri-band compact antenna that provides efficient reception and transmission of signals of known standards of cellular and trunk communication systems.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из рупора, выполненного из металла, задняя стенка которого представляет собой экран-рефлектор, резонатора, образованного экраном-рефлектором и пластиной из металла, расположенной на диэлектрической подложке и укрепленной соосно и симметрично на шунте в центре внутренней стороны экрана-рефлектора, при этом плоскость пластины резонатора параллельна экрану-рефлектору и обеспечен надежный механический и электрический контакт пластины с экраном-рефлектором, и питающую коаксиальную линию, дополнительно введено ферритовое кольцо, расположенное на другой стороне диэлектрической подложке металлической пластины резонатора, шунт и рупор имеют форму прямого цилиндра с прямоугольным сечением, а пластина резонатора выполнена в форме равнобедренного треугольника, ось симметрии которого перпендикулярна двум противолежащим меньших размеров боковым стенкам рупора и проходит через их оси симметрии и точку крепления пластины с шунтом, а вершина равнобедренного треугольника металлической пластины резонатора дополнена симметрично выступающими полосковыми элементами, местоположение и размеры которых определяются значениями заданных рабочих полос частот, вершина равнобедренного треугольника металлической пластины резонатора соединена с центральным проводником питающей коаксиальной линии надежным электрическим контактом, причем питающая коаксиальная линия подведена к металлической пластине резонатора через боковую стенку рупора перпендикулярно к ней, а внешний проводник линии закреплен на боковой стенке рупора надежным электрическим контактом, а ферритовое кольцо закреплено на диэлектрической подложке пластины резонатора таким образом, что его центр расположен на оси симметрии равнобедренного треугольника металлической пластины резонатора по середине между шунтом и вершиной равнобедренного треугольника металлической пластины резонатора.This goal is achieved by the fact that in the known device, consisting of a horn made of metal, the back wall of which is a reflector screen, a resonator formed by a reflector screen and a metal plate located on a dielectric substrate and mounted coaxially and symmetrically on the shunt in the center of the inner side of the reflector screen, while the plane of the resonator plate is parallel to the reflector screen and reliable mechanical and electrical contact of the plate with the reflector screen is provided, and I feed coaxial line, an additional ferrite ring is introduced, located on the other side of the dielectric substrate of the resonator metal plate, the shunt and horn are in the form of a straight cylinder with a rectangular cross section, and the resonator plate is made in the form of an isosceles triangle, the axis of symmetry of which is perpendicular to two opposite smaller sides of the horn and passes through their axis of symmetry and the point of attachment of the plate with a shunt, and the apex of the isosceles triangle of the metal plate is resonant The aperture is complemented by symmetrically protruding strip elements, the location and dimensions of which are determined by the values of the specified operating frequency bands, the apex of the isosceles triangle of the resonator metal plate is connected to the central conductor of the supply coaxial line by a reliable electrical contact, and the supply coaxial line is connected to the resonator metal plate through the side wall of the horn perpendicular to it, and the external conductor of the line is fixed to the side wall of the speaker with reliable electrical contact, and the ferrite ring is fixed on the dielectric substrate of the resonator plate in such a way that its center is located on the symmetry axis of the isosceles triangle of the resonator metal plate in the middle between the shunt and the top of the isosceles triangle of the resonator metal plate.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что вводится ферритовое кольцо и изменяется форма рупора, резонатора и шунта позволяет достичь цели изобретения: разработать эффективную широкополосную трехдиапазонную компактную антенну.The listed new set of essential features due to the fact that a ferrite ring is introduced and the shape of the horn, resonator and shunt is changed allows us to achieve the goal of the invention: to develop an effective broadband tri-band compact antenna.
Технический результат достигается за счет создания антенны, объединяющей положительные качества двух различных типов антенн: микрополосковой антенны и рупора с добавлением ферритового кольца. Излучатель микрополосковой антенны сконструирован в виде равнобедренного треугольника с добавлением симметрично выступающих полосковых элементов. Комбинация рупора коробчатого типа в виде прямого цилиндра с прямоугольным сечением (см. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. - М.: Энергия, 1966, стр.509-512)) и излучателя названной формы в совокупности с шунтом и ферритовым кольцом позволяет получить оптимальное распределение электромагнитного поля по апертуре антенны в трех поддиапазонах частот: 450-470 МГц, 850-1000 МГц и 1500-2100 МГц. При решении поставленной задачи учтена кратность рассматриваемых диапазонов частот. Предложенная конструкция антенны позволяет при сохранении коэффициента усиления уменьшить габаритные характеристики изделия по толщине до значений The technical result is achieved by creating an antenna that combines the positive qualities of two different types of antennas: a microstrip antenna and a speaker with the addition of a ferrite ring. The microstrip antenna emitter is designed in the form of an isosceles triangle with the addition of symmetrically protruding strip elements. The combination of a box-shaped horn in the form of a straight cylinder with a rectangular cross-section (see Zhuk M.S., Molochkov Yu.B. Designing antenna-feeder devices. - M .: Energia, 1966, pp. 509-512)) and a radiator of the named form Together with the shunt and ferrite ring, it is possible to obtain the optimal distribution of the electromagnetic field over the antenna aperture in three frequency sub-bands: 450-470 MHz, 850-1000 MHz and 1500-2100 MHz. When solving this problem, the multiplicity of the considered frequency ranges was taken into account. The proposed antenna design allows, while maintaining the gain, to reduce the overall characteristics of the product in thickness to values
0,07λ1, 0,17λ2 и 0,29λ3 (где λ1, λ2 и λ3 - длины волн для средних частот используемых поддиапазонов частот), что значительно меньше, чем у прототипа. Кроме того, существенно уменьшены размеры апертуры антенны (для различных частот от 2,5 до 10 раз по сравнению с прототипом). Предлагаемая конструкция антенны позволила существенно увеличить ширину рабочего диапазона частот. Ширина только третьего поддиапазона рабочих частот составила 600 МГц со средней частотой fcp.3=1,8 ГГц (у прототипа 600 МГц на fср=4,5 ГГц), что соответствует выигрышу заявляемой антенны по широкополосности даже без учета первого и второго поддиапазонов в относительных единицах η=∆f/fcp в 2,5 раза.0.07λ 1 , 0.17λ 2 and 0.29λ 3 (where λ 1 , λ 2 and λ 3 are the wavelengths for the middle frequencies of the used sub-bands), which is significantly less than that of the prototype. In addition, the size of the antenna aperture has been significantly reduced (for various frequencies from 2.5 to 10 times compared with the prototype). The proposed antenna design has significantly increased the width of the working frequency range. The width of only the third sub-band of operating frequencies was 600 MHz with an average frequency f cp.3 = 1.8 GHz (for the prototype 600 MHz at f cf = 4.5 GHz), which corresponds to the gain of the claimed antenna in broadband even without taking into account the first and second sub-bands in relative units η = ∆f / f cp 2.5 times.
Заявляемая антенна поясняется чертежами, гдеThe inventive antenna is illustrated by drawings, where
на фиг.1 показана полностью собранная антенна в соответствии с заявляемым изобретением;figure 1 shows a fully assembled antenna in accordance with the claimed invention;
на фиг.2 иллюстрируется треугольная пластина резонатора в масштабе 1:1;figure 2 illustrates a triangular resonator plate in a scale of 1: 1;
на фиг.3 приведены габаритные размеры заявляемой антенны;figure 3 shows the dimensions of the inventive antenna;
на фиг.4 приведен график измеренных частотных характеристик заявляемой антенны (зависимость КСВ от используемых частот) в полосе от 400 МГц до 2,2 ГГц;figure 4 shows a graph of the measured frequency characteristics of the inventive antenna (the dependence of the SWR from the frequencies used) in the band from 400 MHz to 2.2 GHz;
на фиг.5 иллюстрируется зависимость КСВ от используемой частоты в полосе 450-470 МГц;figure 5 illustrates the dependence of the SWR from the used frequency in the band 450-470 MHz;
на фиг.6 приведены измеренные значения входного сопротивления антенны для частот 450-470 МГц;figure 6 shows the measured values of the input impedance of the antenna for frequencies 450-470 MHz;
на фиг.7 иллюстрируется зависимость КСВ для полосы частот от 800 до 1030 МГц;7 illustrates the dependence of the SWR for the frequency band from 800 to 1030 MHz;
на фиг.8 приведены измеренные значения входного сопротивления антенны для 860-940 МГц;on Fig shows the measured values of the input impedance of the antenna for 860-940 MHz;
на фиг.9 иллюстрируются измеренные значения КСВ в полосе частот 1400-2200 МГц;figure 9 illustrates the measured values of the SWR in the frequency band 1400-2200 MHz;
на фиг.10 приведены измеренные значения входного сопротивления антенны для частот 1500-2000 МГц;figure 10 shows the measured values of the input impedance of the antenna for frequencies 1500-2000 MHz;
на фиг.11а, б, в приведено распределение поля Е и тока I на предлагаемой пластине резонатора для частот 450-470 МГц, 800-1000 МГц и 1500-2200 МГц соответственно.on figa, b, c shows the distribution of the field E and current I on the proposed resonator plate for frequencies 450-470 MHz, 800-1000 MHz and 1500-2200 MHz, respectively.
На фиг.3 представлены оптимальные размеры антенны, которые были получены на опытном макете, настроенном на три полосы частот: 450-470 МГц, 850-1000 МГц и 1500-2200 МГц. Площадь раскрыва антенны ДА×ДБ составила 140×60 мм. Площадь заземленного экрана-отражателя рупора также составляет 140×60 мм. Пластина резонатора выполнена в виде равнобедренного треугольника с основанием 58 мм и высотой Др=130 мм с добавлением полосковых элементов (см. фиг.2). Высота установки пластины резонатора над землей hр=37 мм, что составляет 0,4λ3 для третьего поддиапазона. Последняя выбрана экспериментально для обеспечения максимального коэффициента усиления антенны +10 dBi в третьем поддиапазоне. Коэффициент усиления в первом и втором поддиапазонах составляет 6 dBi и 7 dBi соответственно. Высота (или толщина) антенны hс с учетом толщины стенки рефлектора 40 мм. Диаметр шунта 3 составляет 30 мм.Figure 3 presents the optimal dimensions of the antenna, which were obtained on the prototype, tuned to three frequency bands: 450-470 MHz, 850-1000 MHz and 1500-2200 MHz. The antenna aperture area D A × D B was 140 × 60 mm. The area of the grounded horn reflector screen is also 140 × 60 mm. The resonator plate is made in the form of an isosceles triangle with a base of 58 mm and a height of D p = 130 mm with the addition of strip elements (see figure 2). The installation height of the resonator plate above the ground h p = 37 mm, which is 0.4λ 3 for the third subband. The latter is selected experimentally to provide a maximum antenna gain of +10 dBi in the third subband. The gain in the first and second sub-bands is 6 dBi and 7 dBi, respectively. The height (or thickness) of the antenna with h taking into account the wall thickness of the reflector is 40 mm. The diameter of the
Широкополосная трехдиапазонная рупорно-микрополосковая антенна (см. фиг.1 и 2) содержит рупор 1, выполненный из металла, задняя стенка которого представляет собой экран-рефлектор, резонатор 2, образованный экраном-рефлектором и пластиной из металла, расположенной на диэлектрической подложке 6 и укрепленной соосно и симметрично на шунте 3 в центре внутренней стороны экрана-рефлектора, при этом плоскость пластины резонатора 2 параллельна экрану-рефлектору рупора 1 и обеспечен надежный механический и электрический контакт, и питающую коаксиальную линию 4.The broadband tri-band horn-microstrip antenna (see FIGS. 1 and 2) comprises a
Для обеспечения эффективного приема и передачи сигналов известных стандартов сотовых и транковых систем связи дополнительно введено ферритовое кольцо 5, размещенное на другой стороне диэлектрической подложки металлической пластины резонатора 2. Рупор 1 и шунт 3 выполняются в форме прямого цилиндра с прямоугольным сечением. Пластина резонатора 2 в свою очередь выполняется в форме равнобедренного треугольника. Ось симметрии пластины резонатора 2 перпендикулярна двум противолежащим меньшего размера боковым стенкам рупора 1 и проходит через их оси симметрии и точку крепления пластины с шунтом 3. Вершина равнобедренного треугольника пластины резонатора 2 дополнена симметрично выступающими полосковыми элементами 7.1, 7.2, 8.1, 8.2 (см. фиг.2), местоположение и размеры которых определяются заданными значениями рабочих полос частот. Вершина равнобедренного треугольника пластины резонатора 2 соединена с центральным проводником питающей коаксиальной линии 4 надежным электрическим контактом, причем питающая коаксиальная линия 4 подведена к рупору 1 через малую боковую стенку перпендикулярно к ней. Внешний проводник линии 4 закреплен на этой боковой стенке рупора 1 надежным электрическим контактом. Ферритовое кольцо 5 закреплено на диэлектрической подложке пластины резонатора 2 таким образом, что его центр расположен на оси симметрии равнобедренного треугольника металлической пластины резонатора 2 по середине между шунтом 3 и вершиной равнобедренного треугольника металлической пластины резонатора 2.To ensure efficient reception and transmission of signals of known standards of cellular and trunk communication systems, a
Широкополосная трехдиапазонная рупорно-микрополосковая антенна работает следующим образом. Заявляемая антенна (см. фиг.1, 2 и 3) состоит из трех основных частей: рупора 1, резонатора 2, представляющего собой щелевую антенну специальной формы и запитанную особым способом - непосредственно через малую боковую стенку рупора 1, шунта 3 и ферритового кольца 5. В задачу шунта 3 входит компенсация реактивных составляющих входного сопротивления антенны в первом поддиапазоне частот, а также запрещение (в составе разомкнутых шлейфов) растекания токов I по соответствующей части треугольной пластины резонатора 2 для обеспечения формирования базовых характеристик антенны в полосах частот 450-470 МГц, 850-1000 МГц и 1500-2100 МГц (Айзенберг Г.З. Коротковолновые антенны - М.: Государственное издательство по вопросам связи и радио, 1962, стр.677-680). Треугольная пластина резонатора 2 содержит дополнительные симметрично выступающие прямоугольные полосковые неоднородности, местоположение, форма и размеры которых определяют заданные значения полос частот и были подобраны экспериментально. Высота треугольной пластины резонатора 2 приблизительно равна λ1/4 (f1=450 МГц).Broadband tri-band horn microstrip antenna operates as follows. The inventive antenna (see figures 1, 2 and 3) consists of three main parts:
Необходимые для передачи электрические сигналы поступают на заявляемую антенну по коаксиальному кабелю 4. Возбуждение резонатора 2 начинается на участке коаксиальной линии 4 между точками 10 и 11 (см. фиг.3). Необходимость в наконечнике, используемом в устройстве-прототипе, отпала из-за маленькой длины центрального проводника коаксиальной линии 4 на участке 10-11.The electrical signals necessary for transmission are supplied to the inventive antenna via
Возбужденная электромагнитная волна между пластиной резонатора 2 и заземленным экраном-рефлектором рупора 1 формирует на апертуре заявляемой антенны сходное с устройством-прототипом распределение электрического и магнитного полей.The excited electromagnetic wave between the
Рассмотрим более подробно работу антенны в заявляемых поддиапазонах частот. В полосе частот 450-470 МГц в работе антенны участвует максимальный объем резонатора 2. Шунт 3 расположен на удалении примерно λ1/8 от точки запитки, а центр ферритового кольца 5 - примерно на удалении λ1/16. В результате шунт не препятствует (в совокупности с полосковыми элементами) растеканию тока I по всей поверхности пластины резонатора 2. Приблизительные значения в приведенных и последующих соотношениях обусловлены укорочением длины волны в деталях антенны, влиянием диэлектрика и корпуса рупора. По всем двум парам симметрично выступающих из треугольной пластины резонатора полосковых элементов 7.1 и 7.2, 8.1 и 8.2 (см. фиг.2, 4, 5, 6 и 11а) растекаются токи, взаимно компенсируя друг друга. Характеристики рассматриваемой антенны с пластиной резонатора треугольной формы и центральным возбуждением, а также физические процессы, протекающие в ней, близки по своей природе к соответствующим характеристикам и процессам в шунтовых вибраторах над экраном (см. Сверхширокополосные антенны. Пер. с англ. С.В.Попова, В.А.Журавлева - М.: Мир, 1964, стр.394-402). К последним можно отнести значение коэффициента стоячей волны (КСВ) в совокупности с шириной полосы рабочего диапазона частот, распределение токов на пластине резонатора, структуру излучаемого поля. Приведенные на фиг.5 и 6 результаты измерений свидетельствуют о том, что в первом поддиапазоне заявляемых частот 450-470 МГц КСВ в середине составляет 3. Входное сопротивление в основной части поддиапазона имеет резонансный характер. Настройка характеристик антенны в этом поддиапазоне осуществляется изменением ширины щели над основанием равнобедренного треугольника пластины резонатора 2, а также с помощью варьирования размерами и местоположением выступов 9.1 и 9.2 в его основании. На фиг.11а иллюстрируется распределение поля Е и тока 7 на треугольной пластине резонатора.Let us consider in more detail the operation of the antenna in the claimed frequency subbands. In the frequency band 450-470 MHz in the maximum amount of play of the
В полосе частот 890-1000 МГц в работе антенны участвует усеченный до уровня шунта 3 резонатор 2. Разомкнутый шлейф 7.1-7.2 (включенный на расстоянии около 0,18λср2 от точки питания и имеющий длину, близкую к λср2/4) препятствует растеканию токов I по пластине резонатора 2 при переходе ко второму поддиапазону со средней частотой fcp2.The 890-1000 MHz frequency band the antenna is involved truncated to the
В то же время, участок от точки питания до шлейфа 7.1-7.2 включительно может рассматриваться как несимметричный вибратор с верхней нагрузкой и резонансной частотой, соответствующей частотам второго поддиапазона.At the same time, the section from the power point to the loop 7.1-7.2 inclusive can be considered as an asymmetric vibrator with an upper load and a resonant frequency corresponding to the frequencies of the second subband.
Принцип работы антенны в этом поддиапазоне аналогичен выше рассмотренному. На фиг.7 и 8 приведены результаты измерений зависимости КСВ и входного сопротивления антенны от используемой полосы частот. Последние свидетельствуют о том, что во втором поддиапазоне частот 890-1000 МГц КСВ в среднем составляет 3,5, а входное сопротивление антенны укладывается в круг равного КБВ 0,25. На фиг.11б иллюстрируется распределение поля Е и тока I на усеченной пластине резонатора 2. Настройка характеристик антенны во втором поддиапазоне осуществляется с помощью варьирования размерами пары 7.1-7.2 симметрично выступающих из треугольного резонатора полосковых элементов. Длина полосковых элементов 8.1-8.2 определяет среднее значение частоты второго поддиапазона, а их толщина - ширину полосы частот второго поддиапазона. Следует отметить, что увеличивать длину и толщину полосковых элементов 7.1-7.2 и 8.1-8.2 можно лишь в определенных пределах из-за взаимного влияния последних на реализуемые с их помощью характеристики антенны.The principle of operation of the antenna in this subband is similar to that discussed above. 7 and 8 show the results of measurements of the dependence of the SWR and the input impedance of the antenna from the used frequency band. The latter indicates that in the second sub-frequency range of 890-1000 MHz the SWR is on average 3.5, and the input impedance of the antenna fits in a circle equal to the KBW 0.25. On figb illustrates the distribution of the field E and current I on a truncated plate of the
Принцип действия антенны в третьем поддиапазоне 1500-2100 МГц в основном аналогичен ее работе в первых двух поддиапазонах (см. фиг.11в). Работа в заданной полосе частот достигается путем использования наименьшей части резонатора 2. В работе участвует вершина треугольной пластины с добавлением полосковых элементов 8.1-8.2, расположенная над экраном (задней стенкой рупора) примерно на расстоянии λ3/4.The principle of operation of the antenna in the third subband 1500-2100 MHz is basically similar to its operation in the first two subbands (see Fig. 11c). Working in a predetermined frequency band is achieved by using the lower part of the
В третьем поддиапазоне частот заявляемой антенны реализована полоса пропускания 600 МГц. При этом значение относительной полосы пропускания In the third sub-band of the claimed antenna, a bandwidth of 600 MHz is implemented. The value of the relative bandwidth
∆f'=f3/fср3 составляет 0,3, что влечет за собой многорезонансный характер ее характеристик. Для сглаживания частотных характеристик используется ферритовое кольцо 5. Оно располагается в области наибольшей плотности токов I, возбуждаемых электромагнитным полем с частотами третьего поддиапазона (по середине между шунтом 3 и вершиной равнобедренного треугольника пластины резонатора). В то же время ферритовое кольцо 5 не оказывает заметного влияния на распространение токов второго и третьего поддиапазонов частот.Δf '= f 3 / f sr3 is 0.3, which entails the multi-resonance nature of its characteristics. To smooth the frequency characteristics, a ferrite ring is used 5. It is located in the region of the highest current density I excited by an electromagnetic field with frequencies of the third subband (in the middle between
Включение ферритового кольца марки 10СЧ позволяет сгладить характеристику входного сопротивления и достичь согласования во всем рассматриваемом поддиапазоне частот. Использование феррита не приводит к заметному ухудшению кпд антенны. В третьем поддиапазоне снижение кпд составляет 2-3% и не оказывает заметного влияния на ее работу во втором и первом поддиапазонах.The inclusion of a ferrite ring of grade 10SCh makes it possible to smooth the characteristic of the input resistance and achieve agreement in the entire considered frequency sub-range. The use of ferrite does not lead to a noticeable deterioration in the efficiency of the antenna. In the third subband, the reduction in efficiency is 2-3% and does not have a noticeable effect on its operation in the second and first subranges.
На фиг.9 и 10 приведены результаты измерений зависимости КСВ и входного сопротивления антенны от используемой полосы частот 1500-2000 МГц. Последние свидетельствуют о том, что КСВ в рассматриваемой полосе частот равен 2, а входное сопротивление антенны укладывается в круг равного КБВ 0,5 и имеет многорезонансный характер в области 50 Ом. На фиг.11в иллюстрируется распределение поля Е и тока I на усеченной пластине резонатора 2. Настройка характеристик антенны в третьем поддиапазоне осуществляется с помощью перемещения ферритового кольца 5. С его помощью достигается изменение (в небольших пределах) значение средней частоты fср3 и границ третьего поддиапазона частот.Figures 9 and 10 show the results of measuring the dependence of the SWR and the input impedance of the antenna on the used frequency band 1500-2000 MHz. The latter indicate that the SWR in the considered frequency band is 2, and the input impedance of the antenna fits into a circle equal to the KBM 0.5 and has a multi-resonance character in the region of 50 Ohms. On figv illustrates the distribution of the field E and current I on a truncated plate of the
Предлагаемый вариант исполнения пластины резонатора 2 получен экспериментально путем варьирования размерами полосковых элементов 7.1-7.2 и 8.1-8.2, ферритовым кольцом 5.The proposed embodiment of the
Заявляемая антенна может использоваться в составе фазированной антенной решетки для измерения пространственных параметров сигналов в названных диапазонах частот.The inventive antenna can be used as part of a phased array antenna to measure the spatial parameters of the signals in these frequency ranges.
Все детали антенны согласно настоящему изобретению имеют простую форму и сделаны из однородного и однотипного токопроводящего материала. Это позволяет реализовать изготовление их в массовом производстве легко и дешево, используя прессовку или пластмассовое литье с последующим токопроводящим покрытием.All parts of the antenna according to the present invention have a simple shape and are made of a uniform and uniform conductive material. This makes it possible to realize their manufacture in mass production easily and cheaply, using a pressing or plastic molding followed by a conductive coating.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008124865/09A RU2360338C1 (en) | 2008-06-17 | 2008-06-17 | Broadband three-band horn-microstrip antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008124865/09A RU2360338C1 (en) | 2008-06-17 | 2008-06-17 | Broadband three-band horn-microstrip antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2360338C1 true RU2360338C1 (en) | 2009-06-27 |
Family
ID=41027319
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008124865/09A RU2360338C1 (en) | 2008-06-17 | 2008-06-17 | Broadband three-band horn-microstrip antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2360338C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2645890C1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-02-28 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Broadband red-micropass antenna |
RU2671969C1 (en) * | 2017-10-24 | 2018-11-08 | Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" | Non-protruding waveguide vertical polarization antenna |
-
2008
- 2008-06-17 RU RU2008124865/09A patent/RU2360338C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2645890C1 (en) * | 2016-11-22 | 2018-02-28 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Broadband red-micropass antenna |
RU2671969C1 (en) * | 2017-10-24 | 2018-11-08 | Акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" | Non-protruding waveguide vertical polarization antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Thomas et al. | A simple ultrawideband planar rectangular printed antenna with band dispensation | |
Emadian et al. | Very small dual band-notched rectangular slot antenna with enhanced impedance bandwidth | |
KR101677521B1 (en) | High gain metamaterial antenna device | |
Yin et al. | A compact ultra-wideband microstrip antenna with multiple notches | |
Liu et al. | Study of an extremely wideband monopole antenna with triple band-notched charactersistics | |
Rouhi et al. | Microstrip‐fed small square monopole antenna for UWB application with variable band‐notched function | |
Majid et al. | Frequency and pattern reconfigurable Yagi antenna | |
Yazdanifard et al. | Ultra-wideband small square monopole antenna with variable frequency band-notch function | |
Ren et al. | Printed bluetooth and UWB antenna with dual band-notched functions | |
Kim et al. | Tapered type PIFA design for mobile phones at 1800 MHz | |
Chattopadhyay et al. | Ultra-wideband performance of printed hexagonal wide-slot antenna with dual band-notched characteristics | |
RU2360338C1 (en) | Broadband three-band horn-microstrip antenna | |
RU2345453C1 (en) | Broadband three-band horn-microstrip antenna | |
KR100641290B1 (en) | An Ultra Wideband Printed Monopole Antenna using Modified Ground Plane | |
FERTAS et al. | Design and implementation of a multiband Quasi-Yagi antenna | |
RU2382450C1 (en) | Broadband horn-microstrip antenna | |
Priya et al. | Design and Analysis of Planar Array with Horn Antenna Beams | |
Sanchez-Montero et al. | Coplanar hybrid antenna for mobile and wireless applications | |
Munir et al. | Performance enhancement of cavity-backed UWB printed monopole antenna | |
William et al. | A compact CPW-fed UWB slot antenna with cross tuning stub | |
Kshetrimayum et al. | UWB printed monopole antenna with a notch frequency for coexistence with IEEE 802.1 a WLAN devices | |
Thomas et al. | Wideband planar printed antenna with end-fire radiation pattern | |
William et al. | CPW-Fed UWB slot antenna with cross like tuning stub | |
RU2435259C1 (en) | Three-band microstrip antenna | |
Ramanandraibe et al. | A half-loop antenna associated with one SRR cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100618 |