RU2450395C2 - Broadband antenna - Google Patents
Broadband antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2450395C2 RU2450395C2 RU2010131707/07A RU2010131707A RU2450395C2 RU 2450395 C2 RU2450395 C2 RU 2450395C2 RU 2010131707/07 A RU2010131707/07 A RU 2010131707/07A RU 2010131707 A RU2010131707 A RU 2010131707A RU 2450395 C2 RU2450395 C2 RU 2450395C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- aperture
- broadband antenna
- antenna according
- side edges
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники, в частности к широкополосным антеннам сверхвысокочастотного диапазона (СВЧ), и может найти применение в метрологических задачах, в системах связи, радиодефектоскопии, в задачах радиомониторинга, в задачах электромагнитной совместимости.The invention relates to the field of radio engineering, in particular to broadband antennas of the microwave range (UHF), and can find application in metrological tasks, in communication systems, radio defectoscopy, in problems of radio monitoring, in problems of electromagnetic compatibility.
Известна широкополосная антенна (Патент US №5278575, МПК H01Q 9/28, опубл. 11.01.1994 г.), выполненная на основе антиподальной щелевой линии (АПЩЛ). Апертура антенны образована отрезком печатной АПЩЛ без перекрытия и содержит две одинаковые металлические пластины, расположенные на разных сторонах диэлектрической подложки. В излучающей части печатной антенны металлические пластины АПЩЛ выполнены экспоненциально расширяющимися по внутренней боковой кромке от точки нулевого перекрытия до максимального раскрыва апертуры. Сигнальный полосковый проводник отрезка микрополоской линии торцом гальванически подключен к внутренней боковой кромке одной металлической пластины АПЩЛ в области нулевого перекрытия, а его земляная плоскость гальванически соединена с торцевой боковой кромкой другой металлической пластины АПЩЛ в области нулевого перекрытия.Known broadband antenna (US Patent No. 5278575, IPC
Недостатком известного технического решения является невысокий коэффициент усиления, значительный уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, большие размеры раскрыва апертуры в низкочастотной области рабочего диапазона частот.A disadvantage of the known technical solution is the low gain, a significant level of cross-polarization component of the electric field, large aperture openings in the low-frequency region of the operating frequency range.
Известна широкополосная антенна, выбранная за прототип (Патент US №5070340, МПК H01Q 13/08, опубл. 03.12.1991 г.), содержащая первую диэлектрическую подложку, на одной поверхности которой расположен отрезок сигнального полоскового проводника, земляная пластина которого расположена на другой ее поверхности, и вторую диэлектрическую подложку, которая установлена перпендикулярно первой диэлектрической подложке, и расположена одной боковой стороной на отрезке сигнального полоскового проводника параллельно его продольной оси, причем на одной поверхности второй диэлектрической подложки расположена сигнальная апертурная металлическая пластина, которая одной боковой кромкой расположена на отрезке сигнального полоскового проводника и гальванически с ним соединена, при этом от области соединения одного конца отрезка сигнального полоскового проводника с краем одной боковой кромки сигнальной апертурной металлической пластины, в направлении, противоположном другому концу отрезка сигнального полоскового проводника, апертурная металлическая пластина по внутренней боковой кромке выполнена сужающейся формы, образуя с земляной металлической пластиной расширяющуюся щелевую линию, которая является апертурой антенны, а другой конец отрезка сигнального полоскового проводника является выходом антенны.Known broadband antenna selected for the prototype (US Patent No. 5070340, IPC
Недостатком такой антенны является невысокий коэффициент усиления, значительный уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, значительное увеличение размеров апертуры при расширении рабочего диапазона частот в низкочастотной области.The disadvantage of this antenna is its low gain, a significant level of cross-polarization component of the electric field, a significant increase in the size of the aperture while expanding the operating frequency range in the low-frequency region.
Основная техническая задача данного изобретения состоит в создании широкополосной антенны с низким уровнем кроссполяризационной составляющей электрического поля, высоким коэффициентом усиления, с расширенным рабочим диапазоном в области низких частот без увеличения размеров апертуры.The main technical task of this invention is to create a broadband antenna with a low level of cross-polarization component of the electric field, high gain, with an extended operating range in the low frequency region without increasing the size of the aperture.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в широкополосной антенне, содержащей первую диэлектрическую подложку, на одной поверхности которой расположен отрезок сигнального полоскового проводника, земляная металлическая пластина которого расположена на другой ее поверхности, перпендикулярно первой диэлектрической подложке установлена вторая диэлектрическая подложка, расположенная боковой стороной на отрезке сигнального полоскового проводника параллельно его продольной оси, причем на одной поверхности второй диэлектрической подложки расположена сигнальная апертурная металлическая пластина, которая боковой кромкой гальванически соединена с отрезком сигнального полоскового проводника, и от области соединения одного конца отрезка сигнального полоскового проводника с краем боковой кромки сигнальной апертурной металлической пластины, в направлении, противоположном другому концу отрезка сигнального полоскового проводника, сигнальная апертурная металлическая пластина по внутренней боковой кромке выполнена сужающейся формы, образуя с земляной металлической пластиной расширяющуюся щелевую линию, которая является апертурой антенны, а другой конец отрезка сигнального полоскового проводника является выходом антенны, согласно предложенному решению, на другой поверхности второй диэлектрической подложки, расположенной симметрично относительно боковых кромок отрезка сигнального полоскового проводника, установлена дополнительная сигнальная апертурная металлическая пластина, идентичная сигнальной апертурной металлической пластине, которая боковой кромкой гальванически соединена с отрезком сигнального полоскового проводника, а перпендикулярно и симметрично плоскости второй диэлектрической подложки по внутренним боковым кромкам сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин установлена и гальванически с ними соединена по всей длине металлическая излучающая пластина.The stated technical problem is achieved in that in a broadband antenna containing a first dielectric substrate, on one surface of which there is a segment of a signal strip conductor, an earth metal plate of which is located on its other surface, a second dielectric substrate is installed perpendicular to the first dielectric substrate, located on its side on the segment signal strip conductor parallel to its longitudinal axis, with a second dielectric on one surface of the signal substrate there is a signal aperture metal plate, which is galvanically connected to a segment of the signal strip conductor by a lateral edge, and from the connection region of one end of the signal strip conductor segment to the edge of the side edge of the signal aperture metal plate, in the direction opposite to the other end of the signal strip conductor the aperture metal plate along the inner lateral edge is made tapering, forming with an earthen metal With a plastic plate, an expanding slit line, which is the antenna aperture, and the other end of the signal strip conductor segment is the antenna output, according to the proposed solution, an additional signal aperture metal plate is installed on the other surface of the second dielectric substrate symmetrically relative to the side edges of the signal strip conductor section, identical to the signal aperture metal plate, which is galvanically connected by the lateral edge and a segment signal strip conductor and a plane perpendicular to and symmetrically second dielectric substrate on the inner side edges of the signal and the additional signal aperture metal plates installed and electrically connected with them throughout the length of the metal radiating plate.
Внутренние боковые кромки сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин в области максимального раскрыва апертуры могут быть выполнены с закруглением, при этом область максимального раскрыва апертуры соответствует области пересечения кривой закругления внутренних боковых кромок с внешними боковыми кромками.The inner side edges of the signal and additional signal aperture metal plates in the region of maximum aperture opening can be rounded, while the region of maximum aperture opening corresponds to the region of intersection of the curve of the inner side edges with the outer side edges.
Сигнальная и дополнительная сигнальная апертурные металлические пластины могут быть гальванически соединены между собой по внешним боковым кромкам, например, с помощью металлических штырей, проходящих сквозь вторую диэлектрическую подложку, или при помощи ленточного проводника.The signal and additional signal aperture metal plates can be galvanically connected to each other along the outer lateral edges, for example, using metal pins passing through the second dielectric substrate, or using a tape conductor.
Сигнальная и дополнительная сигнальная апертурные металлические пластины могут быть выполнены в форме ленточного проводника.The signal and additional signal aperture metal plates can be made in the form of a ribbon conductor.
Сужение сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин по внутренним боковым кромкам в направлении от области соединения с отрезком сигнального полоскового проводника к области максимального раскрыва апертуры может описываться линейной или нелинейной функцией, или в виде набора кусочно-линейных и/или кусочно-нелинейных отрезков, описываемых соответствующей линейной и нелинейной функциями и локально переходящих один в другой.The narrowing of the signal and additional signal aperture metal plates along the inner lateral edges in the direction from the connection area with the signal strip conductor segment to the region of maximum aperture opening can be described by a linear or nonlinear function, or as a set of piecewise linear and / or piecewise nonlinear segments described corresponding linear and nonlinear functions and locally passing one into another.
Длина металлической излучающей пластины в области апертуры может быть выполнена меньше или равной длине внутренних боковых кромок сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин.The length of the metal radiating plate in the region of the aperture can be made less than or equal to the length of the inner side edges of the signal and additional signal aperture metal plates.
Металлическая излучающая пластина может быть выполнена увеличивающейся или одинаковой (например, в форме прямоугольника), или уменьшающейся ширины, причем изменение ширины описывается линейной или нелинейной функцией.The metal radiating plate can be made increasing or the same (for example, in the form of a rectangle), or decreasing width, and the change in width is described by a linear or nonlinear function.
Металлическая излучающая пластина может быть выполнена осесимметричной, при этом ось симметрии металлической излучающей пластины расположена в плоскости, проходящей через ось симметрии второй диэлектрической подложки.The metal radiating plate can be axisymmetric, while the axis of symmetry of the metal radiating plate is located in a plane passing through the axis of symmetry of the second dielectric substrate.
Длина металлической излучающей пластины может быть меньше длины внутренних боковых кромок сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин, и металлическая излучающая пластина может быть размещена в любом месте внутренних боковых кромок, которые гальванически соединены между собой на отрезке, не закрытом металлической излучающей пластиной.The length of the metal radiating plate may be less than the length of the inner side edges of the signal and additional signal aperture metal plates, and the metal radiating plate can be placed anywhere on the inner side edges that are galvanically connected to each other in a section not covered by the metal radiating plate.
Ширина второй диэлектрической подложки может быть равна или больше ширины максимального раскрыва апертуры.The width of the second dielectric substrate may be equal to or greater than the width of the maximum aperture opening.
Относительная диэлектрическая проницаемость второй диэлектрической подложки в области апертуры может быть равна единице.The relative permittivity of the second dielectric substrate in the aperture region may be equal to unity.
Относительная диэлектрическая проницаемость второй диэлектрической подложки в области апертуры может быть больше или меньше относительной диэлектрической проницаемости второй диэлектрической подложки в области расположения сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин.The relative permittivity of the second dielectric substrate in the aperture region may be greater or less than the relative dielectric constant of the second dielectric substrate in the region of the signal and additional signal aperture metal plates.
На поверхности сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин могут быть установлены две одинаковые дополнительные диэлектрические подложки.Two identical additional dielectric substrates can be installed on the surface of the signal and additional signal aperture metal plates.
Дополнительные диэлектрические подложки по ширине и длине могут быть идентичны ширине и длине второй диэлектрической подложки.The additional dielectric substrates in width and length may be identical to the width and length of the second dielectric substrate.
Относительная диэлектрическая проницаемость дополнительных диэлектрических подложек может быть равна, или больше, или меньше относительной диэлектрической проницаемости второй диэлектрической подложки.The relative permittivity of the additional dielectric substrates may be equal to, or greater than, or less than the relative permittivity of the second dielectric substrate.
В области апертуры относительная диэлектрическая проницаемость дополнительных диэлектрических подложек больше или меньше относительной диэлектрической проницаемости второй диэлектрической подложки в области апертуры, или равна единице.In the aperture region, the relative dielectric constant of the additional dielectric substrates is greater than or less than the relative dielectric constant of the second dielectric substrate in the aperture region, or equal to unity.
Со стороны внешних боковых кромок сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин в любом их месте может быть установлена апертурная импедансная нагрузка при помощи двух одинаковых контактных элементов.From the side of the outer lateral edges of the signal and additional signal aperture metal plates, an aperture impedance load can be installed at any place using two identical contact elements.
Контактный элемент может быть выполнен в виде металлического штыря или в виде металлического ленточного проводника, максимальная длина которого меньше или равна длине внешних боковых кромок сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин.The contact element can be made in the form of a metal pin or in the form of a metal strip conductor, the maximum length of which is less than or equal to the length of the outer side edges of the signal and additional signal aperture metal plates.
Контактный элемент может быть выполнен в виде индуктивности, или емкости, или в виде полупроводникового элемента с регулируемой электрическим путем емкостью.The contact element can be made in the form of inductance, or capacitance, or in the form of a semiconductor element with an electrically adjustable capacitance.
В частном случае, апертурная импедансная нагрузка может быть выполнена в виде металлической пластины правильной геометрической формы и установлена перпендикулярно и симметрично плоскости, проходящей через середину внешних боковых кромок второй диэлектрической подложки.In the particular case, the aperture impedance load can be made in the form of a metal plate of the correct geometric shape and mounted perpendicularly and symmetrically to the plane passing through the middle of the outer side edges of the second dielectric substrate.
Металлическая пластина апертурной импедансной нагрузки по всей длине может быть выполнена одинаковой, или увеличивающейся, или уменьшающейся ширины, причем изменение ширины описывается линейной или нелинейной функцией.The metal plate of the aperture impedance load along the entire length can be made the same, or increasing, or decreasing width, and the change in width is described by a linear or nonlinear function.
Апертурная импедансная нагрузка в виде двух одинаковых металлических пластин может быть установлена со стороны внешних боковых кромок при помощи контактных элементов.Aperture impedance load in the form of two identical metal plates can be installed on the side of the outer side edges using contact elements.
Апертурная импедансная нагрузка может быть выполнена в виде распределенного или сосредоточенного резистора.The aperture impedance load can be made in the form of a distributed or concentrated resistor.
В металлической пластине апертурной импедансной нагрузки может быть выполнен хотя бы один импедансный поперечный разрез, разделяющий ее на отрезки металлической пластины апертурной импедансной нагрузки, которые установлены контактными элементами со стороны внешних боковых кромок сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин.At least one impedance cross section can be made in the metal plate of the aperture impedance load, dividing it into segments of the metal plate of the aperture impedance load, which are installed by contact elements on the side of the outer side edges of the signal and additional signal aperture metal plates.
Ширина и форма импедансного поперечного разреза в металлической пластине апертурной импедансной нагрузки может быть выбрана из условий однородной или неоднородной электромагнитной связи между отрезками металлической апертурной импедансной пластины.The width and shape of the impedance cross section in the metal plate of the aperture impedance load can be selected from the conditions of uniform or inhomogeneous electromagnetic coupling between the segments of the metal aperture impedance plate.
Боковые кромки металлической пластины импедансной нагрузки и ее отрезков, образующих однородный импедансный поперечный разрез, параллельны между собой, т.е. ширина такого зазора постоянна; в неоднородном же - не параллельны между собой, т.е. ширина его переменна.The lateral edges of the metal plate of the impedance load and its segments forming a homogeneous impedance cross section are parallel to each other, i.e. the width of such a gap is constant; in heterogeneous, they are not parallel to each other, i.e. its width is variable.
В каждый импедансный поперечный разрез может быть установлен хотя бы один соединительный элемент.At least one connecting element may be installed in each impedance cross section.
Соединительный элемент может быть выполнен в виде распределенного или сосредоточенного резистора, или в виде распределенной или сосредоточенной реактивности, например индуктивности или емкости, или в виде параллельного или последовательного контура, или на основе полупроводникового элемента, коммутационного или с перестраиваемой электрическим путем емкостью.The connecting element can be made in the form of a distributed or concentrated resistor, or in the form of a distributed or concentrated reactivity, for example, inductance or capacitance, or in the form of a parallel or series circuit, or based on a semiconductor element, switching or with an electrically tunable capacitance.
Со стороны внешних торцевых боковых кромок сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин может быть установлен импедансный рефлектор.An impedance reflector can be installed on the side of the external end side edges of the signal and additional signal aperture metal plates.
Импедансный рефлектор может быть выполнен в виде осесимметричной металлической пластины, которая размещена симметрично и перпендикулярно плоскости, проходящей через середину внешних торцевых боковых кромок второй диэлектрической подложки.The impedance reflector can be made in the form of an axisymmetric metal plate, which is placed symmetrically and perpendicular to the plane passing through the middle of the outer end side edges of the second dielectric substrate.
Металлическая пластина импедансного рефлектора может быть выполнена постоянной, или увеличивающейся, или уменьшающейся ширины, причем изменение ширины описывается линейной или нелинейной функцией.The metal plate of the impedance reflector can be made constant, or increasing, or decreasing width, and the change in width is described by a linear or nonlinear function.
Металлическая пластина импедансного рефлектора может быть соединена с внешними торцевыми боковыми кромками сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин гальванически металлической перемычкой или через реактивный элемент, который может быть выполнен в виде распределенной или сосредоточенной индуктивности, или емкости, или на основе полупроводникового элемента с перестраиваемой электрическим путем емкостью.The metal plate of the impedance reflector can be connected to the external end side edges of the signal and additional signal aperture metal plates with a galvanic metal jumper or through a reactive element, which can be made in the form of a distributed or concentrated inductance, or capacitance, or based on a semiconductor element with a tunable electrical path capacity.
Импедансный рефлектор может состоять из набора пирамид, которые выполнены из металла, или из диэлектрика, или из феррита, или из радиопоглощающего материала и могут быть собраны в различных сочетаниях.The impedance reflector may consist of a set of pyramids that are made of metal, or of a dielectric, or of ferrite, or of a radar absorbing material and can be assembled in various combinations.
Закон нелинейного изменения может описываться функциейThe law of nonlinear change can be described by the function
y=ax±m/n,y = ax ± m / n ,
где а - коэффициент, задающийся действительным числом;where a is a coefficient given by a real number;
m, n - целые положительные простые числа;m, n are positive integers;
x - продольная или поперечная координата антенны.x is the longitudinal or transverse coordinate of the antenna.
Закон нелинейного изменения может описываться функциейThe law of nonlinear change can be described by the function
y=aebx+cedx,y = ae bx + ce dx ,
где а, b, с, d - коэффициенты, задающиеся действительными числами;where a, b, c, d are coefficients given by real numbers;
x - продольная или поперечная координата антенны.x is the longitudinal or transverse coordinate of the antenna.
Продольная координата антенны x соответствует продольной оси симметрии отрезка сигнального полоскового проводника, а поперечная координата антенны x соответствует поперечной оси симметрии второй диэлектрической подложки.The longitudinal coordinate of the antenna x corresponds to the longitudinal axis of symmetry of the segment of the signal strip conductor, and the transverse coordinate of the antenna x corresponds to the transverse axis of symmetry of the second dielectric substrate.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция широкополосной антенны; на фиг.2 - вид сбоку широкополосной антенны со стороны сигнальной апертурной металлической пластины, внутренние боковые кромки которой закруглены в области максимального раскрыва апертуры; на фиг.3 - вид сбоку широкополосной антенны со стороны сигнальной апертурной металлической пластины, внешние торцевые боковые кромки сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин которой гальванически соединены; на фиг.4 - широкополосная антенна, сигнальная и дополнительная сигнальная апертурные металлические пластины которой выполнены в форме ленточного проводника; на фиг.5 - вид сбоку широкополосной антенны со стороны сигнальной апертурной металлической пластины, размеры которой по внутренним боковым кромкам изменяются линейно; на фиг.6 - вид сбоку широкополосной антенны со стороны сигнальной апертурной металлической пластины с металлической излучающей пластиной; на фиг.7 - вид сбоку широкополосной антенны (фиг.6), сигнальная и дополнительная сигнальная апертурные металлические пластины которой по внешним боковым кромкам соединены гальванически; на фиг.8 - вид сбоку широкополосной антенны, ширина второй диэлектрической подложки которой больше ширины максимального раскрыва апертуры и с диэлектрическим заполнением в области апертуры; на фиг.9 - широкополосная антенна с стороны апертуры с дополнительными диэлектрическими подложками; на фиг.10 - широкополосная антенна с апертурной импедансной нагрузкой, установленной при помощи контактных элементов виде металлических штырей; в виде металлического ленточного проводника (фиг.11); в виде распределенной индуктивности (фиг.12); на фиг.13 - вид сбоку широкополосной антенны, апертурная импедансная нагрузка которой выполнена в виде двух одинаковых металлических пластин; на фиг.14, фиг.16 - вид сбоку широкополосной антенны, апертурная импедансная нагрузка которой выполнена в виде металлической пластины и с импедансными поперечными разрезами: с одним импедансным поперечным разрезом и с соединительным элементом в виде индуктивности (фиг.15); на фиг.17 - широкополосная антенна с импедансным рефлектором, выполненным в виде металлической пластины; на фиг.18 - вид сбоку широкополосной антенны, импедансный рефлектор которой гальванически соединен с ней; на фиг.19 - вид сбоку широкополосной антенны, металлические пластины импедансного рефлектора и апертурной импедансной нагрузки которой гальванически соединены; на фиг.20 - вид сбоку широкополосной антенны, импедансный рефлектор которой выполнен виде набора пирамид, установленных на металлическую пластину; на фиг.21 - импедансный рефлектор в виде набора пирамид, располагающихся в прямоугольной сетке.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the design of a broadband antenna; figure 2 is a side view of a broadband antenna from the side of the signal aperture metal plate, the inner side edges of which are rounded in the region of the maximum aperture opening; figure 3 is a side view of a broadband antenna from the side of the signal aperture metal plate, the outer end side edges of the signal and additional signal aperture metal plates which are galvanically connected; figure 4 - broadband antenna, signal and additional signal aperture metal plate which is made in the form of a tape conductor; figure 5 is a side view of a broadband antenna from the side of the signal aperture metal plate, the dimensions of which along the inner side edges vary linearly; Fig.6 is a side view of a broadband antenna from the side of the signal aperture metal plate with a metal radiating plate; Fig.7 is a side view of a broadband antenna (Fig.6), the signal and additional signal aperture metal plates which are galvanically connected along the outer lateral edges; on Fig is a side view of a broadband antenna, the width of the second dielectric substrate of which is greater than the width of the maximum aperture opening and with dielectric filling in the aperture region; figure 9 - broadband antenna on the side of the aperture with additional dielectric substrates; figure 10 - broadband antenna with aperture impedance load installed using contact elements in the form of metal pins; in the form of a metal tape conductor (11); in the form of a distributed inductance (Fig); in Fig.13 is a side view of a broadband antenna, the aperture impedance load of which is made in the form of two identical metal plates; in Fig.14, Fig.16 is a side view of a broadband antenna, the aperture impedance load of which is made in the form of a metal plate and with impedance cross sections: with one impedance cross section and with a connecting element in the form of inductance (Fig.15); on Fig - broadband antenna with an impedance reflector made in the form of a metal plate; on Fig is a side view of a broadband antenna, the impedance reflector of which is galvanically connected to it; on Fig is a side view of a broadband antenna, the metal plate of the impedance reflector and the aperture impedance load which are galvanically connected; in Fig.20 is a side view of a broadband antenna, the impedance reflector of which is made in the form of a set of pyramids mounted on a metal plate; on Fig - impedance reflector in the form of a set of pyramids located in a rectangular grid.
Широкополосная антенна (фиг.1) содержит первую диэлектрическую подложку 1, на одной поверхности которой расположен отрезок сигнального полоскового проводника 2, а на другой ее поверхности расположена земляная металлическая пластина 3. Вторая диэлектрическая подложка 4 установлена перпендикулярно первой диэлектрической подложке 1 и расположена боковой стороной на отрезке сигнального полоскового проводника 2 параллельно его продольной оси. На одной поверхности второй диэлектрической подложки 4 расположена сигнальная апертурная металлическая пластина 5, которая боковой кромкой 6 расположена на отрезке сигнального полоскового проводника 2 и гальванически с ним соединена, а по внутренней боковой кромке 7 выполнена изменяющейся формы. На другой поверхности второй диэлектрической подложки 4 установлена дополнительная сигнальная апертурная металлическая пластина 8, которая боковой кромкой 9 расположена на отрезке сигнального полоскового проводника 2 и гальванически соединена с ним, а по внутренней боковой кромке 11 выполнена изменяющейся формы. Перпендикулярно и симметрично плоскости второй диэлектрической подложки 4 по внутренним боковым кромкам 7 и 11 сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 установлена металлическая излучающая пластина 10. У сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 обозначены: 12 и 13 - внешние боковые кромки соответственно; 14 и 15 - внешние торцевые боковые кромки соответственно.The broadband antenna (Fig. 1) contains a first
Сигнальная и дополнительная сигнальная апертурные металлические пластины 5 и 8 гальванически соединены между собой металлическими штырями 16 (фиг.3, фиг.7).The signal and additional signal
На поверхность сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 установлены две одинаковые дополнительные диэлектрические подложки 17 (фиг.9).Two identical additional
Со стороны внешних боковых кромок 12 и 13 установлена апертурная импедансная нагрузка 18 при помощи различных контактных элементов 19 (фиг.10 - фиг.13).From the side of the outer
В металлической пластине апертурной импедансной нагрузки 18 выполнены импедансные поперечные разрезы 20 (фиг.14 - фиг.16), в результате чего образованы отрезки металлической пластины апертурной импедансной нагрузки 18, которые соединены между собой соединительными элементами 21, а с внешними боковыми кромками 12 и 13 - контактными элементами 19.In the metal plate of the
Со стороны внешних торцевых боковых кромок 14 и 15 установлен импедансный рефлектор 22 (фиг.17 - фиг.20) при помощи металлических перемычек 23 (фиг.18).On the side of the external
Металлические пластины импедансного рефлектора 22 (фиг.19) и апертурной импедансной нагрузки 18 торцевой боковой кромкой соединены гальванически.The metal plates of the impedance reflector 22 (Fig. 19) and the
Импедансный рефлектор 22 состоит из набора пирамид 24 (фиг.20), располагающихся в прямоугольной сетке (фиг.21).The
Широкополосная антенна работает следующим образом.Broadband antenna operates as follows.
В режиме излучения входной СВЧ сигнал через отрезок сигнального полоскового проводника 2 представляет собой микрополосковую линию с волной типа Т и поступает по боковым кромкам 6 и 9 на сигнальную и дополнительную сигнальную апертурные металлические пластины 5 и 8 соответственно, а через внутренние боковые кромки 7 и 11 - на металлическую излучающую пластину 10.In the radiation mode, the input microwave signal through a segment of the
В области перехода отрезка сигнального полоскового проводника 2 на металлическую излучающую пластину 10 происходит модоимпедансная трансформация волны типа Т в волну волноводного типа Н10, которая формируется между земляной металлической пластиной 3 и металлической излучающей пластиной 10 и излучается в свободное пространство. (Janaswamy R, Snaubert D.H., Radio Science, vol. 21, №5, Sept-Oct 1986, pp.797-804).In the transition interval the
Симметричное расположение сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 относительно второй диэлектрической подложки 4 и относительно отрезка сигнального полоскового проводника 2 обеспечивает одинаковые условия для возбуждения поверхностных электрических токов на металлической излучающей пластине 10 в области апертуры и, соответственно, распределение электрических составляющих электромагнитного поля в области апертуры. Это позволяет существенно уменьшить кроссполяризационную составляющую электрического поля.The symmetrical arrangement of the signal and additional signal
Линейный закон изменения размеров сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 (фиг.5) позволяет формировать линейную фазово-частотную характеристику антенны, что обеспечивает работу со сверхширокополосными сигналами.The linear law of resizing the signal and additional signal
Выбор функций, описывающих изменение размеров сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 позволяет оптимизировать распределение плотности электрического тока по их поверхности, что дает возможность оптимизировать рабочий диапазон частот антенны и уровень согласования, ширину диаграммы направленности.The choice of functions describing the change in the size of the signal and additional signal
Установка металлической излучающей пластины 10 (фиг.1) на внутренние боковые кромки 7 и 11 сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 в области апертуры обеспечивает высокий коэффициент усиления (КУ).The installation of a metal emitting plate 10 (Fig. 1) on the inner side edges 7 and 11 of the signal and additional signal
Максимальный раскрыв апертуры и длина по внутренним боковым кромкам 7 и 11, выбор функции, описывающей изменение размеров сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 в области апертуры, выбор формы и длины металлической излучающей пластины 10, а также выбор материала первой диэлектрической подложки 1 и второй диэлектрической подложки 4, как в области апертуры, так и под сигнальной апертурной и дополнительной сигнальной апертурной металлическими пластинами 5 и 8, определяют диапазонные свойства широкополосной антенны, уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, характеристику согласования, ширину диаграммы направленности (ДН), уровень боковых лепестков (БЛ).The maximum opening of the aperture and the length along the inner side edges 7 and 11, the choice of a function that describes the change in the size of the signal and additional signal
Установка двух одинаковых дополнительных диэлектрических подложек 17 на поверхность сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 (фиг.9) позволяет сужать ДН антенны в Н плоскости.The installation of two identical additional
Установка апертурной импедансной нагрузки 18 (фиг.10 - 13) и подбор типа контактного элемента 19, а также выполнение импедансных поперечных разрезов 20 (фиг.14 - 16) позволяют расширить рабочий диапазон широкополосной антенны в сторону низких частот без увеличения размеров апертуры и одновременно обеспечить высокий уровень согласования.The installation of the aperture impedance load 18 (Fig.10 - 13) and the selection of the type of the
Установка импедансного рефлектора 22 (фиг.17 - 18) в виде металлической пластины и использование различного вида связи с сигнальной и дополнительной сигнальной апертурными металлическими пластинами 5 и 8 позволяют формировать различный характер импеданса и тем самым компенсировать обратную волну от этих пластин.The installation of the impedance reflector 22 (Fig.17-18) in the form of a metal plate and the use of various types of communication with the signal and additional signal
Импедансный рефлектор 22 позволяет понизить уровень обратного излучения и уровень боковых лепестков, а также обеспечить низкий уровень фона.The
Установка одновременно импедансного рефлектора 22 с апертурной импедансной нагрузкой 18 (фиг.19) позволяет сигнальной и дополнительной сигнальной апертурным металлическим пластинам 5 и 8 в широких пределах формировать импедансную нагрузку, что обеспечивает высокий уровень согласования с низким уровнем неравномерности характеристики согласования в широком диапазоне частот.Installing simultaneously an
Выполнение импедансного рефлектора 22 из набора пирамид 24, выполненных, например, из радиопоглощающего материала (фиг.20, 21) позволяет устранить обратное излучение и, как результат, формировать однонаправленную диаграмму направленности, а также уменьшить уровень БЛ.The implementation of the
В основу широкополосной антенны положена щелевая линия (Заргано Г.Ф., Лерер A.M., Ляпин В.П., Синявский Г.П. / Линии передачи сложных сечений // Изд. Ростовского университета, г.Ростов-на-Дону, 1984 // стр.179-185).The broadband antenna is based on a slit line (Zargano G.F., Lehrer AM, Lyapin V.P., Sinyavsky G.P. / Transmission lines of complex sections // Publishing house of Rostov University, Rostov-on-Don, 1984 / / p. 179-185).
Конструктивно предложенная широкополосная антенна состоит из двух взаимно перпендикулярных первой и второй диэлектрических подложек 1 и 4. Излучающая часть антенны - апертура образована идентичными сигнальной и дополнительной сигнальной апертурной металлическими пластинами 5 и 8 с установленной на внутренние боковые кромки 7 и 11 перпендикулярно им металлической излучающей пластиной 10 и земляной металлической пластиной 3. Земляная металлическая пластина 3 выполняет две функции: с одной стороны, она является земляной апертурной металлической пластиной для сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8, т.е. излучающей частью антенны, а с другой стороны, она является земляной металлической пластиной для отрезка сигнального полоскового проводника 2, который является возбуждающим элементом широкополосной антенны. Отрезок сигнального полоскового проводника полосковой линии 2 с одной стороны гальванически соединен с сигнальной и дополнительной сигнальной апертурными металлическими пластинами 5 и 8, и металлическая излучающая пластина 10 с земляной металлической пластиной 3 образует отрезок щелевой линии секторного типа.Structurally, the proposed broadband antenna consists of two mutually perpendicular first and second
Электродинамически широкополосная антенна представляет собой последовательное с плавным переходом согласованное соединение отрезков двух типов линий: отрезка полосковой линии и отрезка щелевой линии секторного типа. В области перехода с одного типа линии на другой происходит согласованная модоимпедансная трансформация квази-Т волны полосковой линии в волну волноводного типа Н10 отрезка щелевой линии. (Е.И.Нефедов, В.В.Козловский, А.В.Згурский. // Микрополосковые излучающие и резонансные устройства. // - К.: Техника, 1990. - 160 с.).The electrodynamically broadband antenna is a consistent, consistent transition with a smooth transition of two types of line segments: a strip line segment and a sector type slot line segment. In the region of transition from one type of line to another, a coordinated mode-impedance transformation of the quasi-T wave of the strip line into a waveguide type of H 10 segment of the slit line occurs. (E.I. Nefedov, V.V. Kozlovsky, A.V. Zgursky. // Microstrip radiating and resonant devices. // - K .: Technics, 1990. - 160 p.).
Структура широкополосной антенны, в зависимости от частотного диапазона, определяется тремя электродинамическими режимами: низкочастотный - токовый режим; среднечастотный - переходной режим; высокочастотный - полевой режим. При этом каждому электродинамическому режиму можно поставить в соответствие определенный, его характеризующий тип антенны.The structure of a broadband antenna, depending on the frequency range, is determined by three electrodynamic modes: low-frequency - current mode; mid-frequency - transitional mode; high-frequency - field mode. At the same time, each electrodynamic mode can be associated with a specific antenna type characterizing it.
Токовый режим формируется в низкочастотной области диапазона рабочих частот широкополосной антенны в том случае, когда максимальный раскрыв апертуры много меньше длины волны. В этом случае сигнальная и дополнительная сигнальная апертурные металлические пластины 5 и 8, образующие излучающую часть широкополосной антенны, представляют электрически укороченный печатный вибратор, расположенный над земляной металлической пластиной 3.The current mode is formed in the low-frequency region of the operating frequency range of the broadband antenna in the case when the maximum aperture opening is much less than the wavelength. In this case, the signal and additional signal
Полевой режим, соответствующий высокочастотной области рабочего диапазона, формируется в том случае, когда максимальный размер сигнальной и дополнительной сигнальной апертурных металлических пластин 5 и 8 с металлической излучающей пластиной 10, т.е. размер апертуры больше определенной рабочей длины волны. В этом режиме электродинамически антенну можно рассматривать как аналог, например, рупорной антенны на основе Н-волновода.The field regime corresponding to the high-frequency region of the operating range is formed when the maximum size of the signal and additional signal
Переходный режим определяется диапазонами длин волн, когда максимальный размер апертуры соизмерим с длиной волны.The transient mode is determined by wavelength ranges when the maximum aperture size is commensurate with the wavelength.
Claims (35)
y=ax±m/n,
где a - коэффициент, который задается действительным числом;
m, n - целые положительные простые числа;
x - поперечная координата антенны.29. The broadband antenna according to claim 28, wherein the law of non-linear change is described by a function
y = ax ± m / n ,
where a is a coefficient that is given by a real number;
m, n are positive integers;
x is the transverse coordinate of the antenna.
y=aebx+cedx,
где a, b, c, d - коэффициенты, которые задаются действительными числами;
x - поперечная координата антенны.30. The broadband antenna according to claim 28, wherein the law of non-linear change is described by a function
y = ae bx + ce dx ,
where a, b, c, d are the coefficients that are given by real numbers;
x is the transverse coordinate of the antenna.
y=ax±m/n,
где a - коэффициент, который задается действительным числом;
m, n - целые положительные простые числа;
x - продольная координата антенны.34. The broadband antenna according to claim 5, or 7, or 20, characterized in that the law of non-linear change is described by the function
y = ax ± m / n ,
where a is a coefficient that is given by a real number;
m, n are positive integers;
x is the longitudinal coordinate of the antenna.
y=aebx+cedx,
где a, b, c, d - коэффициенты, которые задаются действительными числами;
x - продольная координата антенны. 35. The broadband antenna according to claim 5, or 7, or 20, characterized in that the law of non-linear change is described by the function
y = ae bx + ce dx ,
where a, b, c, d are the coefficients that are given by real numbers;
x is the longitudinal coordinate of the antenna.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010131707/07A RU2450395C2 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Broadband antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010131707/07A RU2450395C2 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Broadband antenna |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010131707A RU2010131707A (en) | 2012-02-10 |
| RU2450395C2 true RU2450395C2 (en) | 2012-05-10 |
Family
ID=45853058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010131707/07A RU2450395C2 (en) | 2010-07-29 | 2010-07-29 | Broadband antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2450395C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510970C1 (en) * | 2012-11-01 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Broadband turnstile slit antenna |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5070340A (en) * | 1989-07-06 | 1991-12-03 | Ball Corporation | Broadband microstrip-fed antenna |
| US5278575A (en) * | 1991-09-26 | 1994-01-11 | Hughes Aircraft Company | Broadband microstrip to slotline transition |
| RU2182392C1 (en) * | 2000-12-25 | 2002-05-10 | Орлов Александр Борисович | Antenna |
| RU2260883C2 (en) * | 2003-09-25 | 2005-09-20 | Орлов Александр Борисович | Antenna |
| RU2395142C1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-07-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Antenna |
-
2010
- 2010-07-29 RU RU2010131707/07A patent/RU2450395C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5070340A (en) * | 1989-07-06 | 1991-12-03 | Ball Corporation | Broadband microstrip-fed antenna |
| US5278575A (en) * | 1991-09-26 | 1994-01-11 | Hughes Aircraft Company | Broadband microstrip to slotline transition |
| RU2182392C1 (en) * | 2000-12-25 | 2002-05-10 | Орлов Александр Борисович | Antenna |
| RU2260883C2 (en) * | 2003-09-25 | 2005-09-20 | Орлов Александр Борисович | Antenna |
| RU2395142C1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-07-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" | Antenna |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2510970C1 (en) * | 2012-11-01 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Broadband turnstile slit antenna |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010131707A (en) | 2012-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Siddiqui et al. | Compact SRR loaded UWB circular monopole antenna with frequency notch characteristics | |
| Dong et al. | Miniaturized substrate integrated waveguide slot antennas based on negative order resonance | |
| Mehdipour et al. | Leaky-wave antennas using negative-refractive-index transmission-line metamaterial supercells | |
| Ojaroudi et al. | A novel design of reconfigurable monopole antenna for UWB applications | |
| RU2400876C1 (en) | Printed antenna | |
| Javanbakht et al. | A review of reconfigurable leaky-wave antennas | |
| Zheng et al. | Characteristics and applications of a novel compact spiral electromagnetic band-gap (EBG) structure | |
| Boddapati et al. | Bandwidth enhancement of CPW-fed elliptical curved antenna with square SRR | |
| Luukkonen et al. | An efficient and simple analytical model for analysis of propagation properties in impedance waveguides | |
| Salgare et al. | A review of defected ground structure for microstrip antennas | |
| Kollipara et al. | Planar EBG loaded UWB monopole antenna with triple notch characteristics | |
| Tesmer et al. | Reconfigurable liquid crystal Dielectric image line leaky wave antenna at W-band | |
| Deo et al. | Liquid crystal based patch antenna array for 60 GHz applications | |
| Kildal | Gap waveguides and PMC packaging: Octave bandwidth mm-and submm-wave applications of soft & hard surfaces, EBGs and AMCs | |
| RU2450395C2 (en) | Broadband antenna | |
| Meriah et al. | Gain enhancement for microstrip reflectarray using superstrate layer | |
| Marqués et al. | Left-handed metamaterial based on dual split ring resonators in microstrip technology | |
| Halim et al. | Design and improvement a novel microstrip antenna using array of composite right/left handed transmission line (CRLH-TL) technique for multiband applications | |
| Hamedani et al. | Design of Ku-band Leaky-Wave Slot Array Antenna Based on Ridge Gap Waveguide | |
| Dahri et al. | Performance investigation of reflectarray resonant elements for 5G communications | |
| Halim et al. | Design and simulation of microstrip antenna using composite right/left handed transmission line (CRLH-TL) technique for LTE and radar applications | |
| Choi et al. | Isolation enhancement between microstrip patch antennas using dual-band EBG structure without common ground plane | |
| Firmansyah et al. | Design of a Microstrip Antenna Array Dual Band Using Stub Method | |
| Li et al. | A frequency and pattern reconfigurable leaky wave antenna based on HMCSIW and liquid crystal technology | |
| RU216808U1 (en) | ANTENNA |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190730 |