RU2507648C2 - Гибридная щелевая антенна - Google Patents
Гибридная щелевая антенна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507648C2 RU2507648C2 RU2011152412/08A RU2011152412A RU2507648C2 RU 2507648 C2 RU2507648 C2 RU 2507648C2 RU 2011152412/08 A RU2011152412/08 A RU 2011152412/08A RU 2011152412 A RU2011152412 A RU 2011152412A RU 2507648 C2 RU2507648 C2 RU 2507648C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- line
- rectangular groove
- slot line
- slot
- slit line
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области антенной техники, а именно для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной сверхширокополосной антенны либо в качестве базового элемента антенной решетки. Техническим результатом является расширение рабочего диапазона частот антенны. Гибридная щелевая антенна содержит диэлектрическую подложку, металлический экран, в котором выполнена щелевая линия, делящая его на две идентичные части и линию питания, щелевая линия представляет собой прямолинейный участок длиной 1, который далее расширяется по экспоненциальному закону y=±0,1е8,42x, в одной из частей металлического экрана, параллельно оси щелевой линии выполнен прямоугольный паз, образующий совместно с прямолинейным участком щелевой линии и металлическим экраном трехпроводную полосковую линию, ферритовое кольцо, установленное на конце прямоугольного паза, касаясь внешней окружностью образующей щелевой линии и конца прямоугольного паза, при этом длина 1 прямолинейного участка щелевой линии выбирается не менее внешнего диаметра D ферритового кольца, т.е. 1>D, а к концам расширяющейся щелевой линии подключены симметричные электрические вибраторы конической формы с углом при вершине α=20°, размещенные на диэлектрической подложке с ε=10 с размахом плеч , где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной сверхширокополосной антенны, либо в качестве базового элемента антенной решетки.
Известна щелевая антенна (E.Thiele and A.Tafiove "FD - TD Analysis of Vivaldi Flazed Horn Antennas and Arrays". ANTENNAS AND PROPAGATION, VOLUME 42, NUMER, MAX 1994 г., стр.633), состоящая из диэлектрической подложки и металлического экрана, в котором выполнена щелевая линия, делящая его на две равные части и линию питания, при этом щелевая линия состоит из прямолинейного участка длиной l, расширяющегося далее по экспоненциальному закону y=±0,18,42x,
где y - полурасстояние между краями щелевой линии;
х - координата, совпадающая с продольной осью щелевой линии и имеющая точку отсчета от конца прямолинейного участка.
Линия питания в этой щелевой антенне выполнена в виде микрополосковой линии, имеющей общую со щелевой линией заземляющую пластину, а проводник выполнен на обратной стороне диэлектрической подложки и пересекает под прямым углом прямолинейный участок щелевой линии. С целью обеспечения широкополосности системы возбуждения микрополосковая линия заканчивается разомкнутым шлейфом специальной формы, а прямолинейный участок щелевой линии - замкнут шлейфом в виде петли.
Существенным недостатком этой щелевой антенны является ограниченность полосы рабочих частот по сравнению с потенциально достижимой, что по-прежнему обусловлено полосой частот возбуждения. Это ограничивает применение щелевой антенны в широкополосной аппаратуре.
Наиболее близкой к заявленному изобретению является, выбранная в качестве прототипа, щелевая антенна (Патент РФ №2269187 C2, H01Q 1/38, H01Q 9/28), содержащая диэлектрическую подложку, металлический экран, в котором выполнена щелевая линия, делящая его на две идентичные части и линию питания, при этом щелевая линия представляет собой прямолинейный участок длиной /, который далее расширяется по экспоненциальному закону y=±0,1e8,42x,
где y - полурасстояние между краями щелевой линии;
х - координата, совпадающая с продольной осью щелевой линии и имеющая точку отсчета от конца прямолинейного участка.
В одной из частей металлического экрана, параллельно оси щелевой линии, выполнен прямоугольный паз, образующий совместно с прямолинейным участком щелевой линии и металлическим экраном трехпроводную полосковую линию, введено ферритовое кольцо, установленное на конце прямоугольного паза, касаясь внешней окружностью образующей щелевой линии и конца прямоугольного паза, при этом длина l прямолинейного участка щелевой линии выбирается не менее внешнего диаметра D ферритового кольца, т.е. l>D.
Существенным недостатком этой щелевой антенны является ограниченность полосы рабочих частот, в пределах которой коэффициент усиления составляет не менее 6 дБ, по сравнению с потенциально достижимой, что обусловлено полосой рабочих частот раскрыва щелевой линии. Это ограничивает использование щелевой антенны в широкополосной аппаратуре.
Технической задачей изобретения является расширение рабочего диапазона частот при сохранении в этой полосе значений коэффициента усиления не менее 6 дБ.
Задача достигается тем, что в известную антенну, содержащую диэлектрическую подложку и металлический экран, в котором выполнена щелевая линия, делящая ее на две идентичные части и линию питания, при этом щелевая линия представляет собой прямолинейный участок длиной l, который далее расширяется по экспоненциальному закону y=±0,1e8,42x,
где y - полурасстояние между краями щелевой линии;
х - координата, совпадающая с продольной осью щелевой линии и имеющая точку отсчета от конца прямолинейного участка, в одной из частей металлического экрана, параллельно оси щелевой линии выполнен прямоугольный паз, образующий совместно с прямолинейным участком щелевой линии и металлическим экраном трехпроводную полосковую линию, ферритовое кольцо, установленное на конце прямоугольного паза, касаясь внешней окружностью образующей щелевой линии и конца прямоугольного паза, при этом длина l прямолинейного участка щелевой линии выбирается не менее внешнего диаметра D ферритового кольца, т.е. l>D, согласно изобретению к концам расширяющейся щелевой линии подключены симметричные электрические вибраторы конической формы с углом при вершине α=20°, размещенные на диэлектрической подложке с ε=10 с размахом плеч , где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предложенная гибридная щелевая антенна отличается наличием новых элементов - к концам расширяющейся щелевой линии подключены симметричные электрические вибраторы конической формы с углом при вершине α=20°, размещенные на диэлектрической подложке с ε=10 с размахом плеч , где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона.
Таким образом, изобретение соответствует критерию изобретения «новизна».
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежной с ней позволяет сделать вывод, что введенные элементы известны, однако введение их в гибридную щелевую антенну указанным образом и с указанными связями позволяет обеспечить ей такое новое свойство, как расширение полосы рабочих частот.
Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Изобретение является «промышленно применимым», так как оно может быть использовано в различных областях радиосвязи.
На фиг.1 приведен общий вид гибридной щелевой антенны.
На фиг.2 приведен график зависимости коэффициента усиления (G, дБ) от частоты.
Фиг.1: 1 - диэлектрическая подложка, 2 - металлический экран, 3 - прямолинейный участок щелевой линии, 4 - расширяющийся по экспоненциальному закону участок щелевой линии, 5 - прямоугольный паз, 6 - ферритовое кольцо, 7 - образующая щелевой линии, 8 - конец щелевой линии, 9 - вибраторы.
Гибридная щелевая антенна (фиг.1) включает диэлектрическую подложку 1 с односторонним металлизированным покрытием, выполняющим роль металлического экрана 2. В металлическом экране 2 выполнена щелевая линия, делящая металлический экран на две идентичные части, при этом щелевая линия состоит из прямолинейного участка 3 длиной l, и расширяющегося далее участка 4 по экспоненциальному закону y=±0,1e8,42x,
где y - полурасстояние между краями щелевой линии;
х - координата, совпадающая с продольной осью щелевой линии и имеющая точку отсчета от конца прямолинейного участка.
В одной из частей металлического экрана 2, параллельно оси щелевой линии, выполнен прямоугольный паз 5, образующий совместно с прямоугольным участком щелевой линии и металлическим экраном 2 трехпроводную полосковую линию. На конце прямоугольного паза 5 установлено ферритовое кольцо 6 (например, марки 30ВЧ2 тип К5-3-1), касаясь окружностью образующей щелевой линии 7 и конца прямоугольного паза 5, при этом длина l прямолинейного участка 3 щелевой линии выбрана не менее внешнего диаметра D ферритового кольца 6, т.е. l>D. Концы щелевой линии 8 нагружены на симметричные электрические вибраторы 9 конической формы с углом при вершине α=20°, с размахом плеч , где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона.
Гибридная щелевая антенна работает следующим образом.
При подведении от генератора сигналов высокочастотной энергии к гибридной щелевой антенне в ней возбуждается поверхностная волна, которая распространяется между ее проводником 7 образующей линии. Излучение электромагнитной волны тесно связано с проводником 7 антенны. В области, где расстояние между проводником мало по сравнению с длиной волны в свободном пространстве, волны сильно связаны и когда расстояние между ними увеличивается, взаимодействие становится все более слабым, и волна излучается от антенны. Это случается когда расстояние между проводниками на краю становится больше половины длины волны (λн/2), где λн - наинизшая длина волны.
На более низких частотах гибридная щелевая антенна может рассматриваться как неоднородная фидерная линия с довольно большими потерями на излучение, с помощью которой запитывается симметричный вибратор. Волновое сопротивление подобно фидерной линии в точке запитки симметричного вибратора существенно больше, чем сопротивление излучения симметричного вибратора, однако благодаря значительной погонной емкости конического вибратора (а значит - пониженному волновому сопротивлению), его входное сопротивление на частотах ниже 3 ГГц существенно меньше и поэтому гибридная щелевая линия с вибратором конической формы обладает лучшей характеристикой сопротивления в низкочастотной области.
Результаты измерения коэффициента усиления (G) гибридной щелевой антенны, приведенные на фиг.2 (сплошная линия) показали, что коэффициент перекрытия рабочей полосы частот (отношение верхней границы частоты fв к нижней граничной частоте fн) по уровню G≤6 дБ в этом случае составляет 12:1, т.е. fв/fн=12, в то время как у антенны прототипа коэффициент усиления (фиг 2 - пунктирная линия) не более 6 дБ обеспечивается в полосе рабочих частот fв/fн =3.
Экспериментально установлено, что наибольший коэффициент усиления гибридной щелевой антенны обеспечивается при установке на расширяющейся щелевой линии симметричных электрических вибраторов конической формы с углом при вершине α=20°, с размахом плеч , где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет расширить рабочий диапазон антенны, при этом коэффициент усиления (G) в 12-кратной полосе рабочих частот не менее 6 дБ, что позволяет применять ее в широкополосных приемных устройствах, одновременно повышая их эффективность.
Claims (1)
- Гибридная щелевая антенна, содержащая диэлектрическую подложку, металлический экран, в котором выполнена щелевая линия, делящая его на две идентичные части и линию питания, при этом щелевая линия представляет собой прямолинейный участок длиной l, который далее расширяется по экспоненциальному закону y=±0,1е8,42x, где y - полурасстояние между краями щелевой линии; x - координата, совпадающая с продольной осью щелевой линии и имеющая точку отсчета от конца прямолинейного участка, в одной из частей металлического экрана параллельно оси щелевой линии выполнен прямоугольный паз, образующий совместно с прямолинейным участком щелевой линии и металлическим экраном трехпроводную полосковую линию, ферритовое кольцо, установленное на конце прямоугольного паза, касаясь внешней окружностью образующей щелевой линии и конца прямоугольного паза, при этом длина l прямолинейного участка щелевой линии выбирается не менее внешнего диаметра D ферритового кольца, т.е. l>D, отличающаяся тем, что к концам расширяющейся щелевой линии подключены симметричные электрические вибраторы конической формы с углом при вершине α=20°, размещенные на диэлектрической подложке с ε=10 с размахом плеч
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011152412/08A RU2507648C2 (ru) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | Гибридная щелевая антенна |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011152412/08A RU2507648C2 (ru) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | Гибридная щелевая антенна |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011152412A RU2011152412A (ru) | 2013-06-27 |
RU2507648C2 true RU2507648C2 (ru) | 2014-02-20 |
Family
ID=48701138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011152412/08A RU2507648C2 (ru) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | Гибридная щелевая антенна |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507648C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184249U1 (ru) * | 2018-04-16 | 2018-10-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Щелевая свч антенна |
RU2773254C1 (ru) * | 2021-06-22 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Модифицированная антенна Вивальди |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94036235A (ru) * | 1994-09-28 | 1996-07-20 | Акционерное общество "Инстар" | Всенаправленная щелевая антенна с вертикальной поляризацией |
KR0175487B1 (ko) * | 1995-11-15 | 1999-04-01 | 이상회 | 슬리트 안테나 |
RU2004107720A (ru) * | 2004-03-15 | 2005-09-20 | Войскова часть 45807 (RU) | Щелевая антенна |
RU2298268C1 (ru) * | 2005-09-23 | 2007-04-27 | Евгений Анатольевич Никитин | Антенна |
US20070171140A1 (en) * | 2003-04-15 | 2007-07-26 | Philippe Minard | Radiating slit antenna system |
-
2011
- 2011-12-21 RU RU2011152412/08A patent/RU2507648C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94036235A (ru) * | 1994-09-28 | 1996-07-20 | Акционерное общество "Инстар" | Всенаправленная щелевая антенна с вертикальной поляризацией |
KR0175487B1 (ko) * | 1995-11-15 | 1999-04-01 | 이상회 | 슬리트 안테나 |
US20070171140A1 (en) * | 2003-04-15 | 2007-07-26 | Philippe Minard | Radiating slit antenna system |
RU2004107720A (ru) * | 2004-03-15 | 2005-09-20 | Войскова часть 45807 (RU) | Щелевая антенна |
RU2298268C1 (ru) * | 2005-09-23 | 2007-04-27 | Евгений Анатольевич Никитин | Антенна |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU184249U1 (ru) * | 2018-04-16 | 2018-10-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Щелевая свч антенна |
RU2773254C1 (ru) * | 2021-06-22 | 2022-06-01 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Модифицированная антенна Вивальди |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011152412A (ru) | 2013-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9793611B2 (en) | Antenna | |
Elwi et al. | A miniaturized lotus shaped microstrip antenna loaded with EBG structures for high gain-bandwidth product applications | |
Kumar et al. | On the design of nano-arm fractal antenna for UWB wireless applications | |
Kaushal et al. | Danger microstrip patch antenna for fixed satellite applications | |
Nayak et al. | Design and simulation of compact UWB Bow-tie antenna with reduced end-fire reflections for GPR applications | |
GB2453778A (en) | An ultra wideband antenna with a high impedance surface reflector | |
Puri et al. | Design and simulation of double ridged horn antenna operating for UWB applications | |
Kumar et al. | Design of coplanar waveguide-feed pentagonal-cut ultra-wide bandwidth fractal antenna and its backscattering | |
RU2507648C2 (ru) | Гибридная щелевая антенна | |
RU68188U1 (ru) | Микрополосковая антенна | |
Suganya et al. | Comparative and analysis of various geometries with defective ground structured hexagonal patch antenna | |
Li et al. | A compact dielectric resonator antenna excited by a planar monopole patch for wideband applications | |
EP4080676A1 (en) | Electromagnetic band-gap structure | |
Mandal et al. | An optimal design of CPW-fed UWB aperture antennas with WiMAX/WLAN notched band characteristics | |
RU192818U1 (ru) | Печатная СВЧ антенна | |
Demirel et al. | Design of dielectric lens loaded double ridged horn antenna for millimetre wave application | |
RU116695U1 (ru) | Сверхширокополосная антенна | |
RU2269187C2 (ru) | Щелевая антенна | |
Kumar et al. | On the design of ultra wide band antenna based on fractal geometry | |
Mohanna et al. | A novel high directive WILLIS-SINHA tapered slot antenna for GPR application in detecting landmine | |
Barik et al. | Design of a UHF pyramidal horn antenna using CST | |
Jatav et al. | A planar low-profile endfire antenna based on spoof surface plasmon polaritons | |
Ghosal et al. | Design of reconfigurable band notched Ultra Wide Band (UWB) stacked DRA using metamaterial structure | |
RU2655724C2 (ru) | Логопериодическая вибраторная антенна | |
CN214336912U (zh) | 一种Vivaldi天线 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FA94 | Acknowledgement of application withdrawn (non-payment of fees) |
Effective date: 20130722 |
|
FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20130816 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171222 |