RU2435260C2 - Plane antenna - Google Patents
Plane antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2435260C2 RU2435260C2 RU2010100683/07A RU2010100683A RU2435260C2 RU 2435260 C2 RU2435260 C2 RU 2435260C2 RU 2010100683/07 A RU2010100683/07 A RU 2010100683/07A RU 2010100683 A RU2010100683 A RU 2010100683A RU 2435260 C2 RU2435260 C2 RU 2435260C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- waveguide
- plane
- antenna
- edges
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к антенной технике и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации и в охранных устройствах и системах диапазонов СВЧ (сверхвысоких частот) и КВЧ (крайне высоких частот).The proposed device relates to antenna technology and can be used in radio communication systems, radar systems and in security devices and systems of the microwave (ultra-high frequency) and EHF (extremely high frequencies) ranges.
Известная плоская антенна с использованием поверхностной волны [1], выполненная на основе экранированного диэлектрического радиального волновода с решеткой концентрических металлических колец, возбуждаемая через щель в центре экрана, над которой на внешней поверхности диэлектрического волновода расположен согласующий элемент в виде металлического диска. Антенна представляет собой антенную решетку с центральным питанием и излучением по нормали к плоскости раскрыва.Known flat antenna using a surface wave [1], made on the basis of a shielded radial waveguide with a grid of concentric metal rings, excited through a slot in the center of the screen, over which on the outer surface of the dielectric waveguide is a matching element in the form of a metal disk. An antenna is an antenna array with central power and radiation normal to the aperture plane.
Недостатком этой антенны является низкая эффективность (определяемая как произведение коэффициента полезного действия (КПД) и коэффициента использования поверхности (КИП) раскрыва антенны), которая, как правило, не превышает 50%. Это обусловлено тем, что при реализуемом в антенне азимутальном амплитудном распределении поля в раскрыве ее КИП обычно не превышает 50%. Кроме того, излучение этой антенны неизбежно содержит значительную ортогонально-поляризованную составляющую. Другая известная плоская антенна с возможностью излучения по нормали к плоскости раскрыва [2], содержащая, в частности, две щелевых подрешетки, возбуждаемых в центре с помощью линейной решетки на основе неизлучающего диэлектрического волновода (НРД), обладает узкой полосой рабочих частот, поскольку возбуждение НРД производится с его торца, что ведет к быстрому расщеплению главного лепестка диаграммы направленности.The disadvantage of this antenna is its low efficiency (defined as the product of the coefficient of performance (COP) and the utilization of the surface (KPI) of the aperture of the antenna), which, as a rule, does not exceed 50%. This is due to the fact that when the azimuthal amplitude distribution of the field is implemented in the antenna in the aperture of its field, the instrumentation usually does not exceed 50%. In addition, the radiation of this antenna inevitably contains a significant orthogonally polarized component. Another known flat antenna with the possibility of radiation normal to the aperture plane [2], which contains, in particular, two slotted sublattices excited in the center using a linear array based on a non-emitting dielectric waveguide (NRE), has a narrow operating frequency band, since the excitation of the NRD produced from its end, which leads to the rapid splitting of the main lobe of the radiation pattern.
Наиболее близким аналогом является щелевая антенная решетка с излучением по нормали к плоскости раскрыва [3], принятая за прототип.The closest analogue is a slot antenna array with radiation normal to the aperture plane [3], adopted as a prototype.
На фиг.1 представлен чертеж антенны-прототипа, где обозначено:Figure 1 presents a drawing of the antenna of the prototype, where indicated:
1 - волноводная полость;1 - waveguide cavity;
2 - верхняя и нижняя металлические пластины;2 - upper and lower metal plates;
3 - решетка излучающих щелей;3 - lattice of radiating slits;
4 - щель связи;4 - communication gap;
5 - металлические (отражающие) бортики;5 - metal (reflective) sides;
6 - устройство возбуждения (распределения мощности).6 - excitation device (power distribution).
Антенна-прототип содержит волноводную полость 1, образованную параллельными металлическими пластинами 2, нижняя из них играет роль экрана, а верхняя содержит решетку излучающих щелей 3. В нижней пластине 2 находится щель связи 4 волноводной полости с устройством возбуждения (распределения мощности) 6, которое выполнено в виде секториальной рупорной антенны. Металлические отражающие бортики 5 расположены между краями верхней и нижней металлических пластин 2 и электрически соединены с ними.The prototype antenna contains a
Недостатками антенны-прототипа являются громоздкость конструкции и узкополосность, обусловленная проблемой согласования антенны с питающей линией передачи, присущая резонансным щелевым антенным решеткам, и малая эффективность, т.е. произведение коэффициента полезного действия антенны и коэффициента использования поверхности излучающего раскрыва.The disadvantages of the prototype antenna are the bulkiness of the design and narrowband due to the problem of matching the antenna with the supply line, inherent in resonant slot antenna arrays, and low efficiency, i.e. the product of the antenna efficiency and the surface utilization coefficient of the radiating aperture.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности антенны, расширение полосы рабочих частот, улучшение согласования с питающей линией передачи и повышение компактности конструкции.The objective of the proposed technical solution is to increase the antenna efficiency, expand the operating frequency band, improve coordination with the power transmission line and increase the compactness of the design.
На фиг.1 представлен чертеж антенны-прототипа; на фиг.2 - чертеж предлагаемой антенны; на фиг.3 - вариант исполнения конструктивных элементов предлагаемой антенны; на фиг.4 - схема предлагаемой антенны, поясняющая принцип ее действия.Figure 1 presents a drawing of the antenna prototype; figure 2 is a drawing of the proposed antenna; figure 3 is an embodiment of the structural elements of the proposed antenna; figure 4 is a diagram of the proposed antenna, explaining the principle of its action.
Для решения поставленной задачи в плоской антенне, содержащей плоский волновод, нижняя пластина которого является металлическим экраном, снабженный щелью связи с устройством возбуждения, а также щелевую решетку и отражающие металлические бортики, электрически соединенные с металлическим экраном и расположенные по противоположным краям плоского волновода, согласно изобретению плоский волновод выполнен диэлектрическим, на внешней стороне которого расположена щелевая решетка, состоящая из параллельных друг другу металлических лент, с периодом порядка длины волны в плоском диэлектрическом волноводе, причем щель связи служит для возбуждение поверхностных волн в плоском диэлектрическом волноводе по всей его ширине, при этом устройство возбуждения выполнено в виде линейной решетки излучателей, металлические отражающие бортики расположены по краям плоского волновода, параллельно металлическим лентам щелевой решетки, и выполнены в виде сплошных стенок или рядов металлических штырей.To solve the problem in a flat antenna containing a flat waveguide, the bottom plate of which is a metal screen, provided with a communication gap with an excitation device, as well as a slotted grating and reflecting metal sides electrically connected to a metal screen and located on opposite edges of the plane waveguide, according to the invention a flat waveguide is made dielectric, on the outside of which there is a slotted grating consisting of metal strips parallel to each other, a period of the order of the wavelength in a plane dielectric waveguide, and the coupling gap serves to excite surface waves in a plane dielectric waveguide over its entire width, while the excitation device is made in the form of a linear array of emitters, metal reflecting edges are located along the edges of the plane waveguide, parallel to the slotted metal tapes lattice, and made in the form of solid walls or rows of metal pins.
На фиг.2 представлен чертеж предлагаемой плоской антенны, где обозначено:Figure 2 presents the drawing of the proposed flat antenna, where indicated:
1 - плоский диэлектрический волновод (ПДВ);1 - flat dielectric waveguide (PDV);
2 - металлическая пластина (экран);2 - a metal plate (screen);
3 - щелевая (дифракционная) решетка из металлических лент;3 - slotted (diffraction) grating of metal ribbons;
4 - щель связи;4 - communication gap;
5 - металлические отражающие бортики;5 - metal reflective sides;
6 - металлический желобковый волновод:6 - metal grooved waveguide:
7 - диэлектрическая подложка;7 - dielectric substrate;
8 - система металлических полосковых элементов.8 - a system of metal strip elements.
На фиг.3 приведен чертеж конструктивных элементов предлагаемой антенны, где обозначения с 1 по 8 аналогичны обозначениям на фиг.2, а 9 - отверстие в центре металлического желобкового волновода 6.Figure 3 shows a drawing of the structural elements of the proposed antenna, where the
Предлагаемая антенна содержит плоский диэлектрический волновод (ПДВ) 1, расположенный на металлическом экране 2, на внешней поверхности ПДВ 1 размещена дифракционная решетка 3 из металлических лент, в которой края смежных лент образуют излучающие щели, причем центральная лента дифракционной решетки 3 имеет ширину порядка периода решетки (расстояния между центрами смежных лент). Кроме того, в центре экрана 2 расположена щель связи 4 с устройством возбуждения в виде комбинации металлического желобкового волновода 6, в котором размещена линейная антенная решетка на основе гребенчатой полосковой линии - диэлектрическая подложка 7 и система металлических полосковых элементов 8 (фиг.3).The proposed antenna contains a flat dielectric waveguide (PDV) 1 located on a
Вдоль торцов ПДВ 1, параллельных кромкам лент щелевой решетки 3, размещены металлические отражающие бортики 5, электрически соединенные с экраном 2. Причем металлические бортики 5 могут быть установлены вдоль других торцов ПДВ 1, перпендикулярно металлическим лентам щелевой решетки 3, для снижения уровня бокового излучения антенны. Отверстие 9 находится в центре металлического желобкового волновода 6, как показано на фиг.3.Along the ends of the
Принцип действия предлагаемой антенны поясняется с помощью фиг.4, на которой обозначены: 1 - ПДВ, 2 - металлический экран, 3 - щелевая решетка из металлических лент; 4 - щель связи с устройством возбуждения (находится под центральной лентой и вытянута вдоль оси OY).The principle of operation of the proposed antenna is illustrated using figure 4, on which are indicated: 1 - PDV, 2 - metal screen, 3 - slotted lattice of metal bands; 4 - communication gap with the excitation device (located under the central ribbon and stretched along the OY axis).
В заявляемой плоской антенне при возбуждении щели связи 4 волной с поляризацией вектора напряженности электрического поля E, перпендикулярной широким кромкам щели связи 4, в ПДВ 1 возбуждается поверхностная волна типа ТМ, распространяющаяся в обе стороны от металлический центральной ленты щелевой решетки 3. При ее рассеянии на дифракционной решетке 3 возникает излучение с H-поляризацией (вектор E в плоскости раскрыва ориентирован вдоль оси OX, т.е. перпендикулярен кромкам лент щелевой решетки 3).In the inventive flat antenna, upon excitation of the
Направления излучения обеих половин раскрыва антенны (которые на центральной рабочей длине волны лежат в плоскости XOZ) определяются углами Θnmax относительно нормали к плоскости раскрыва:The radiation directions of both halves of the antenna aperture (which lie at the central working wavelength in the XOZ plane) are determined by angles Θ nmax relative to the normal to the aperture plane:
sinΘnmax=γ(λ)+nλ/d,sinΘ nmax = γ (λ) + nλ / d,
где γ(λ)=c/vф - замедление фазовой скорости поверхностной волны ПДВ;where γ (λ) = c / v f - deceleration of the phase velocity of the surface wave of the MPE;
λ - рабочая длина волны; d - период решетки; n - номер пространственной гармоники (ПГ) поля излучения.λ is the working wavelength; d is the lattice period; n is the number of spatial harmonics (GH) of the radiation field.
Прием и излучение электромагнитных волн антенной обеспечиваются в режиме работы на минус 1-й ПГ. Очевидно, что на длине волны, на которой замедление поверхностной волны ПДВ 1 равно отношению длины волны к периоду решетки, Θ-1max=0, излучение обеих половин раскрыва оказывается синфазным в направлении нормали к его плоскости, т.е. вдоль оси OZ (имеет место резонансная дифракция Брэгга второго порядка). Благодаря тому что центральная лента решетки 3 имеет ширину порядка периода решетки, а толщина ПДВ 1 выбирается порядка четверти длины волны в диэлектрике, обеспечивается минимальное отражение от входа антенны, так что КСВ на данной длине волны может быть близким к 1. Причем хорошее согласование сохраняется в полосе частот, большей 5%. Использование поверхностных волн ПДВ 1 позволяет обеспечить высокий КПД антенны. При относительной толщине ПДВ 1 не более 0,2÷0,3 максимальной длины волны излучения обеспечивается практически одномодовый режим распространения волны типа ТМ, что позволяет получить излучение антенны с весьма низким уровнем паразитной (ортогональной) поляризации. Устройство возбуждения может быть выполнено в виде компактной линейной антенной решетки (в виде комбинации металлического желобкового волновода 6, в котором размещена линейная антенная решетка на основе гребенчатой полосковой линии - диэлектрическая подложка 7 и система металлических полосковых элементов 8), что позволяет минимизировать габариты и массу антенны в целом.Reception and emission of electromagnetic waves by the antenna are provided in the operating mode at minus the 1st GHG. Obviously, at the wavelength at which the deceleration of the surface wave of the
Пример конкретного выполнения антенны иллюстрируется фиг.3. В данном примере для возбуждения щели в экране ПДВ 1 предложено устройство в виде гребенчатой полосковой линии (7-8), размещенной в прямоугольном желобковом волноводе 6 и питаемой в центре прямоугольным металлическим волноводом через отверстие 9. Работоспособность этого варианта антенны проверена путем компьютерного моделирования и экспериментально в СВЧ-диапазоне на частотах 9-10 ГГц. Установлено, например, что полоса рабочих частот по уровню КСВ≈2 составила 5%, а при максимальном коэффициенте усиления 28.7 дБ максимальная эффективность антенны составила 74%.An example of a specific implementation of the antenna is illustrated in Fig.3. In this example, a device in the form of a comb-shaped strip line (7-8) placed in a rectangular
Таким образом, предлагаемая антенна имеет более широкую полосу частот, лучшее согласование с питающей линией передачи, сниженный уровень ортогонально поляризованного излучения и повышенную компактность конструкции.Thus, the proposed antenna has a wider frequency band, better matching with the supply line of transmission, a reduced level of orthogonally polarized radiation and increased compactness of the design.
Источники информацииInformation sources
1. Микроволновая направленная антенна с использованием поверхностной волны (US Patent №4536767), 20.08.1985.1. Microwave directional antenna using a surface wave (US Patent No. 4536767), 08/20/1985.
2. Электромагнитный излучатель, использующий неизлучающий диэлектрический волновод с вытекающей волной (US Patent №5416492, 16.05.1995).2. An electromagnetic emitter using a non-emitting dielectric waveguide with a leaky wave (US Patent No. 5416492, 05.16.1995).
3. Щелевая антенная решетка (US Patent №5173714, 22.12.1992).3. Slit antenna array (US Patent No. 5173714, 12/22/1992).
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010100683/07A RU2435260C2 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | Plane antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010100683/07A RU2435260C2 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | Plane antenna |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010100683A RU2010100683A (en) | 2011-07-20 |
RU2435260C2 true RU2435260C2 (en) | 2011-11-27 |
Family
ID=44752138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010100683/07A RU2435260C2 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | Plane antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2435260C2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517724C1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") | Planar leaky-wave antenna |
RU2553059C1 (en) * | 2013-11-19 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Leaky wave antenna |
RU2694124C1 (en) * | 2018-11-30 | 2019-07-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Printed antenna of millimeter waves |
CN111146580A (en) * | 2020-01-17 | 2020-05-12 | 浙江大学 | Dielectric-like plate waveguide antenna |
RU2757866C1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-10-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Antenna array on a radial waveguide |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2652169C1 (en) | 2017-05-25 | 2018-04-25 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Antenna unit for a telecommunication device and a telecommunication device |
-
2010
- 2010-01-11 RU RU2010100683/07A patent/RU2435260C2/en active
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517724C1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "ВГУ") | Planar leaky-wave antenna |
RU2553059C1 (en) * | 2013-11-19 | 2015-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" (ФГУП "РНИИРС") | Leaky wave antenna |
RU2694124C1 (en) * | 2018-11-30 | 2019-07-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Printed antenna of millimeter waves |
CN111146580A (en) * | 2020-01-17 | 2020-05-12 | 浙江大学 | Dielectric-like plate waveguide antenna |
CN111146580B (en) * | 2020-01-17 | 2021-04-06 | 浙江大学 | Dielectric-like plate waveguide antenna |
RU2757866C1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-10-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Antenna array on a radial waveguide |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010100683A (en) | 2011-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107437659B (en) | Apparatus and method for reducing mutual coupling in antenna arrays | |
RU2435260C2 (en) | Plane antenna | |
KR100624049B1 (en) | Square Lattice Horn Array Antenna for Circularly Polarized Reception | |
US5262791A (en) | Multi-layer array antenna | |
JP3725766B2 (en) | Slot array antenna with cavity | |
US20130207859A1 (en) | Compact radiating element having resonant cavities | |
JP2020108147A (en) | Antenna device, radar system and communication system | |
JPS6220403A (en) | Slot feeding array antenna | |
RU2258285C1 (en) | Planar antenna | |
JP2019220952A (en) | Slot array antenna | |
US20210143535A1 (en) | Array antenna apparatus and communication device | |
JP2007318348A (en) | Antenna unit and antenna system | |
JP3316914B2 (en) | Leaky NRD guide and planar antenna using leaky NRD guide | |
US4667205A (en) | Wideband microwave antenna with two coupled sectoral horns and power dividers | |
JP2021007209A (en) | Slot array antenna | |
JP2001111335A (en) | Microstrip array antenna | |
RU2432650C1 (en) | Planar antenna with controlled polarisation characteristic | |
CN112531352A (en) | Broadband multi-polarization plane reflective array antenna | |
RU2557478C2 (en) | Broadband two-polarisation antenna | |
Nechaev et al. | Planar center-fed leaky-wave antenna arrays for millimeter wave systems | |
JPH0522025A (en) | Parallel plane slot antenna | |
EP1821365A1 (en) | Antenna device | |
JP2003152441A (en) | Planar circular polarization waveguide slot and array antennas, and planar waveguide slot and array antennas | |
RU2776726C1 (en) | Bobkov broadband dephased horn antenna | |
JPH05160626A (en) | Triplate type plane antenna with non-feed element |