RU2576592C2 - Широкополосные микрополосковые антенны и антенные решетки - Google Patents

Широкополосные микрополосковые антенны и антенные решетки Download PDF

Info

Publication number
RU2576592C2
RU2576592C2 RU2014119427/08A RU2014119427A RU2576592C2 RU 2576592 C2 RU2576592 C2 RU 2576592C2 RU 2014119427/08 A RU2014119427/08 A RU 2014119427/08A RU 2014119427 A RU2014119427 A RU 2014119427A RU 2576592 C2 RU2576592 C2 RU 2576592C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dielectric substrate
antenna
range
microstrip antenna
present
Prior art date
Application number
RU2014119427/08A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014119427A (ru
Inventor
Цзыжань ЧЖАО
Чжицян ЧЖЭНЬ
Юаньцзин ЛИ
Ваньлун У.
Инун ЛЮ
Цзецин ЯН
Вэньго ЛЮ
Бинь САН
Лэй ЧЖЭН
Original Assignee
Нуктех Кампани Лимитед
Цзинхуа Юниверсити
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Нуктех Кампани Лимитед, Цзинхуа Юниверсити filed Critical Нуктех Кампани Лимитед
Publication of RU2014119427A publication Critical patent/RU2014119427A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2576592C2 publication Critical patent/RU2576592C2/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H01Q1/422—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome comprising two or more layers of dielectric material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H5/00—Holographic processes or apparatus using particles or using waves other than those covered by groups G03H1/00 or G03H3/00 for obtaining holograms; Processes or apparatus for obtaining an optical image from them
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
    • H01Q1/525—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas between emitting and receiving antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
    • H01Q21/0081—Stripline fed arrays using suspended striplines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к микрополосковым антеннам. Технический результат - улучшение направленности широкополосной микрополосковой антенны с сохранением ее относительно небольших размеров. Антенна включает в себя диэлектрическую подложку прямоугольной формы; излучающую панель, которая располагается на верхней поверхности диэлектрической подложки; соединительную панель на верхней поверхности диэлектрической подложки, отходящую от края диэлектрической подложки и заканчивающуюся на заданном расстоянии от излучающей панели; металлическую опору на нижней поверхности диэлектрической подложки, идущую от края нижней поверхности диэлектрической пластины вниз к заземлению; и слой воздуха заданной толщины, образуемый между нижней поверхностью диэлектрической подложки и заземлением. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

Description

Область техники
Настоящая заявка относится в основном к микрополосковым антеннам, в частности к технологическому оснащению широкополосных антенн.
Уровень техники
При использовании способа формирования голографического изображения в миллиметровом диапазоне волн полные данные могут быть получены только путем выполнения частотного сканирования в определенном частотном диапазоне с тем, чтобы можно было рассчитать трехмерное изображение объекта. В сканирующей системе приемо-передающая антенна располагается сверху, и она служит для передачи сигнала на объект и приема сигналов, отраженных от объекта. Требования к приемо-передающей антенне, составляющей одно целое с системой, включают в себя: 1) небольшой объем для облегчения интеграции антенны; 2) сильная направленность антенны; при этом главный лепесток диаграммы направленности должен быть направлен на объект; и 3) достаточно широкий диапазон частот, удовлетворяющий требованиям системы к частотному диапазону.
При построении системы к приемо-передающей антенне предъявляется ряд требований. С учетом требований по миниатюризации, направленности и интеграции в систему лучшим вариантом является микрополосковая антенна. Однако стандартная микрополосковая антенна обычно характеризуется узкой полосой частот. Если за критерий взять коэффициент стоячей волны по напряжению <2, то относительный диапазон частот будет составлять, как правило, менее 10%. Если взять, к примеру, антенну с центральной частотой 30 ГГц, то рабочий диапазон при коэффициенте стоячей волны по напряжению <2 составит 3 ГГц. Такой диапазон совершенно не удовлетворяет эксплуатационным требованиям.
Расширить частотный диапазон микрополосковой антенны можно несколькими способами, в том числе: 1) путем уменьшения значения добротности (Q) эквивалентной схемы; 2) путем увеличения толщины диэлектрика, уменьшения диэлектрической проницаемости εr и увеличения тангенса угла потерь диэлектрика tgδ, что, однако, приведет к увеличению потерь в антенне; 3) путем добавления пассивного излучателя или за счет использования эффекта электромагнитного взаимодействия; 4) путем разработки схемы согласования импедансов, что, однако, приведет к увеличению размеров антенны; и 5) за счет использования решетчатой конструкции.
Из уровня техники известна широкополосная микрополосковая антенна (см. публикацию патента RU 2122263 С1, МПК H01Q 1/38, опубл. 20.11.1998), содержащая расположенную над экраном на обеих сторонах диэлектрической подложки решетку излучателей и двухпроводную линию передачи, к одному проводнику которой на расстоянии половины соответствующей резонансной длины волны попеременно присоединены четвертьволновые вибраторы, а к другому на обратной стороне листа под ними присоединены в середине полуволновые симметричные вибраторы, причем на плечах всех или некоторых логопериодически расположенных полуволновых излучателей образованы зазоры, не превышающие по ширине толщину подложки.
Различные технические решения, упомянутые выше, расширяют диапазон частот за счет увеличения размеров антенны или снижения эффективности. Кроме того, диаграмма направленности антенны может изменяться в зависимости от конкретного способа увеличения частотного диапазона.
За эти годы была разработана широкополосная антенна миллиметрового диапазона, а также подробно разработано ее технологическое оснащение. С учетом требования к направленности, описанного в настоящей заявке, технологическое оснащение, которое могло бы расширить частотный диапазон с обеспечением сильной направленности, является большой редкостью. В существующем способе расширения диапазона обычно используется добавление слота в диэлектрической пластине или пассивном излучателе, что обеспечивает соответствие требованиям к частотному диапазону, но дает слабую направленность.
Сущность изобретения
Принимая во внимание недостатки прототипа, предлагается широкополосная микрополосковая антенна, характеризующаяся меньшими размерами и сильной направленностью, а также антенная решетка.
Одним объектом настоящего изобретения является широкополосная микрополосковая антенна, включающая диэлектрическую подложку прямоугольной формы; излучающую панель на верхней поверхности диэлектрической подложки; соединительную панель, выполненную на верхней поверхности диэлектрической подложки и проходящую от края диэлектрической подложки до точки, находящейся на расстоянии от соответствующей излучающей панели; металлическую опору на нижней поверхности диэлектрической подложки, проходящую от края нижней поверхности диэлектрической подложки вниз к заземлению; и слой воздуха заданной толщины, образуемый между нижней поверхностью диэлектрической подложки и заземлением.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения металлическая опора выполнена из меди.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения слой воздуха имеет толщину в пределах 0,5-3,0 мм.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения значения расстояния между излучающей панелью и соединительной панелью лежат в пределах 0,4-0,5 мм.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения соединительная панель имеет длину в пределах 1,5-2,5 мм и ширину в пределах 0,5-1,2 мм.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения излучающая панель имеет длину в пределах 4,0-5,0 мм и ширину в пределах 2,0-3,0 мм.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения широкополосная микрополосковая антенна работает в диапазоне частот K-Ka.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения широкополосная микрополосковая антенна содержит микрополосковый фидер, подключенный к соединительной панели.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения металлическая опора представляет собой медные пластины, установленные с двух сторон диэлектрической подложки.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения медная пластина имеет ширину в пределах 0,4-0,6 мм.
Еще одним объектом настоящего изобретения является антенная решетка, включающая в себя множество описанных выше широкополосных микрополосковых антенн с линейным расположением.
Еще одним объектом настоящего изобретения является антенная решетка, включающая в себя диэлектрическую подложку прямоугольной формы; множество излучающих панелей, расположенных с определенным интервалом по длине диэлектрической подложки на ее верхней поверхности; множество соединительных панелей на верхней поверхности диэлектрической подложки, расположенных в соответствии с множеством излучающих панелей, проходящих от края диэлектрической подложки и заканчивающихся на расстоянии от соответствующих излучающих панелей; металлическую опору на нижней поверхности диэлектрической подложки, проходящую от края нижней поверхности диэлектрической пластины вниз к заземлению; и слой воздуха заданной толщины, образуемый между нижней поверхностью диэлектрической подложки и заземлением.
Используя техническое решение, описанное выше, можно улучшить направленность широкополосной микрополосковой антенны, сохранив при этом ее относительно небольшие размеры.
Краткое описание чертежей
На представленных ниже чертежах проиллюстрированы примеры реализации настоящего изобретения. Чертежи и примеры реализации настоящего изобретения представляют некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, не ограничивая и не исчерпывая его объем, где:
На Фиг. 1 показан вид сверху микрополосковой антенны согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 2 показан вид справа микрополосковой антенны согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 3 показан вид спереди микрополосковой антенны согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 4 показан вид снизу микрополосковой антенны согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 5 представлен вид микрополосковой антенны в разрезе в направлении, показанном на Фиг. 1, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 6 показана диаграмма коэффициентов стоячей волны по напряжению микрополосковой антенны согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 7 показана диаграмма направленности микрополосковой антенны при частоте 28 ГГц согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, где сплошная линия и пунктирная линия обозначают, соответственно, Phi=0° и Phi=90°;
На Фиг. 8 показана диаграмма направленности антенной решетки согласно еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 9 показан вид сверху волноводно-рупорной антенной решетки согласно еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
На Фиг. 10 показан вид в разрезе волноводно-рупорной антенной решетки, представленной на Фиг. 9;
На Фиг. 11 показана диаграмма коэффициентов стоячей волны по напряжению приемо-передающей антенны;
На Фиг. 12 показана диаграмма направленности антенной решетки;
На Фиг. 13 показана развязка антенной решетки без рупорных излучателей; и
На Фиг. 14 показана развязка антенной решетки с рупорными излучателями.
Подробное описание изобретения
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения подробно описаны ниже. Следует отметить, что представленные в настоящем документе варианты осуществления изобретения носят исключительно иллюстративный характер и не ограничивают объем настоящего изобретения. В описании ниже разъясняется ряд конкретных особенностей с тем, чтобы обеспечить лучшее понимание сущности настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники очевидно, что настоящее изобретение может быть реализовано и без этих конкретных деталей. В прочих примерах осуществления настоящего изобретения не описаны широко используемые схемы, материалы или способы, что сделано специально для того, чтобы не затруднять понимание сути изобретения.
Встречающиеся по всему описанию настоящего изобретения ссылки на «один из вариантов», «вариант», «один из примеров» или «пример» означают, что характерные признаки, конструкции или свойства, описанные в отношении какого-либо варианта или примера осуществления настоящего изобретения, включены, по меньшей мере, в один из вариантов осуществления настоящего изобретения. Следовательно, фразы «согласно одному из вариантов», «в одном из вариантов», «в одном из примеров» или «в примере», разбросанные по всему описанию настоящего изобретения, могут не относиться к одному и тому же варианту или примеру осуществления настоящего изобретения. Кроме того, характерные признаки, конструкции или свойства могут быть объединены в один или несколько вариантов или примеров осуществления настоящего изобретения любым приемлемым способом. Помимо этого, специалистам в данной области техники понятно, что термин «и/или», используемый в настоящей заявке, означает любые возможные комбинации одной или нескольких перечисленных позиций.
В качестве антенны, характеризующейся широким частотным диапазоном, сильной направленностью и небольшими размерами, варианты осуществления настоящего изобретения представляют широкополосную микрополосковую антенну. Эта антенна содержит диэлектрическую подложку прямоугольной формы; излучающую панель на верхней поверхности диэлектрической подложки; соединительную панель на верхней поверхности диэлектрической подложки, проходящую от края диэлектрической подложки и заканчивающуюся на расстоянии от излучающей панели; металлическую опору на нижней поверхности диэлектрической подложки, проходящую от края нижней поверхности диэлектрической пластины вниз к заземлению; и слой воздуха заданной толщины, образованный между нижней поверхностью диэлектрической подложки и заземлением. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения антенна работает на высокой частоте (например, с центральной частотой диапазона K-Ka, т.е. она представляет собой антенну миллиметрового диапазона) и характеризуется относительным частотным диапазоном свыше 20%. Главный лепесток диаграммы направленности обращен в пространство над антенной с тем, чтобы большую часть энергии можно было использовать для более эффективного обнаружения. Кроме того, антенна характеризуется небольшими размерами. Например, один из ее размеров равен длине рабочей волны.
На Фиг. 1, 2, 3 и 4 представлены виды микрополосковой антенны, соответственно, сверху, справа, спереди и снизу согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 1, антенна включает в себя диэлектрическую подложку 110 прямоугольной формы, излучающую панель 120 и соединительную панель 130. Как показано на Фиг. 3, частотный диапазон антенны расширен за счет добавления слоя 160 воздуха и использования электромагнитного взаимодействия; при этом в ней использован микрополосковый фидер на 50 Ом.
Как показано, излучающая панель 120 расположена на верхней поверхности диэлектрической подложки 110. Соединительная панель 130 также расположена на верхней поверхности диэлектрической подложки 110; при этом она проходит от края диэлектрической подложки 110 и заканчивается на расстоянии от излучающей панели 120. Металлическая опора 140 расположена на нижней поверхности диэлектрической подложки 110; при этом она проходит от края нижней поверхности диэлектрической пластины 110 вниз к заземлению 150. Между нижней поверхностью диэлектрической подложки и заземлением образуется слой 160 воздуха заданной толщины.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения диэлектрическая подложка 110 выполнена из материала Rogers5880, характеризующегося толщиной в пределах 0,2-0,4 мм, предпочтительно - 0,254 мм; диэлектрической проницаемостью ε свыше 2, предпочтительно - 2,2; и тангенсом угла потерь диэлектрика 0,0009. Диэлектрическая подложка характеризуется длиной в пределах 6,5-8,5 мм, предпочтительно - 7,8 мм; шириной в пределах 5-7 мм, предпочтительно - 6,1 мм.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения слой 160 воздуха характеризуется толщиной ha в пределах 0,5-3,0 мм, предпочтительно - 1,0 мм. Соединительная панель 130 характеризуется длиной lpl в пределах 1,5-2,5 мм, предпочтительно - 1,9 мм; и шириной wpl в пределах 0,5-1,2 мм, предпочтительно - 0,8 мм. Излучающая панель 120 характеризуется длиной lp в пределах 4,0-5,0 мм, предпочтительно - 2,7 мм; и шириной wp в пределах 2,0-3,0 мм, предпочтительно - 4,5 мм. Излучающая панель 120 и соединительная панель 130 удалены друг от друга на заданное расстояние d, значение которого лежит в пределах 0,4-0,5 мм, предпочтительно - 0,45 мм. Кроме того, снизу слоя 160 диэлектрика предусмотрена металлическая опора. Согласно предпочтительному варианту металлическая опора представляет собой медную пластину шириной в пределах 0,4-0,6 мм, предпочтительно - 0,5 мм. С одной стороны металлическая опора поддерживает диэлектрическую подложку 110, а с другой стороны - обеспечивает требуемое заземление во время монтажа.
На Фиг. 5 показан вид в разрезе микрополосковой антенны в направлении, показанном на Фиг. 1, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 5, металлическая опора 140 расположена с краю нижней поверхности диэлектрической подложки и идет вниз (вправо на разрезе, показанном на Фиг. 5).
На Фиг. 6 показана диаграмма коэффициентов стоячей волны по напряжению (КСВН) микрополосковой антенны согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на Фиг. 6, антенна с КСВН <2 характеризуется шириной полосы пропускания, определяемой по полному входному сопротивлению, на уровне 10 ГГц (23 ГГц-33 ГГц), центральной частотой на уровне 28 ГГц и относительным частотным диапазоном 35,7%, что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сверхширокополосным антеннам. На Фиг. 7 показана диаграмма направленности микрополосковой антенны при частоте 28 ГГц согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, где сплошная линия и пунктирная линия обозначают, соответственно, Phi=0° и Phi=90°. Как можно видеть на Фиг. 7, главный лепесток диаграммы направленности антенны обращен в пространство прямо над излучающей поверхностью, что отвечает эксплуатационным требованиям.
Хотя выше описана антенна с конкретными параметрами, специалистам в данной области техники очевидно, что можно соответствующим образом изменить эти параметры с тем, чтобы изменить значения центральной частоты и относительного частотного диапазона.
Конструкция отдельной микрополосковой антенны описана выше. Используя такие антенны, специалисты в данной области техники могут построить антенную решетку. На Фиг. 8 показана диаграмма антенной решетки согласно еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 8, антенная решетка может функционировать в качестве передающей антенны или приемной антенны. Согласно некоторым вариантам реализации настоящего изобретения антенная решетка может содержать множество широкополосных микрополосковых антенн с линейным расположением, как это показано на Фиг. 1. В других вариантах осуществления настоящего изобретения для множества микрополосковых антенн может быть предусмотрена единая металлическая опора.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрена антенная решетка, включающая в себя диэлектрическую подложку прямоугольной формы, а также множество излучающих панелей и множество соединительных панелей, расположенных на верхней поверхности диэлектрической подложки и соответствующих друг другу. Например, множество излучающих панелей расположено с определенным интервалом по длине диэлектрической подложки на ее верхней поверхности. Множество соединительных панелей расположено в соответствии с множеством излучающих панелей. Каждая из соединительных панелей расположена на верхней поверхности диэлектрической подложки; при этом она отходит от края поверхности диэлектрической подложки, не доходя на заданное расстояние до излучающей панели. Антенная решетка содержит также металлическую опору на нижней поверхности диэлектрической подложки, идущую от края указанной нижней поверхности диэлектрической подложки вниз до заземления; а также слой воздуха заданной толщины, образуемый между нижней поверхностью диэлектрической подложки и заземлением. Таким образом, образуется антенная решетка из множества широкополосных микрополосковых антенн.
Важным параметром системы связи является развязка между передающей антенной и приемной антенной. При слабой развязке перекрестные помехи между передающими сигналами и приемными сигналами характеризуются высоким уровнем сигнала, что приводит к относительно низкому качеству связи. Обычно развязка антенн указывает на отношение сигнала, полученного какой-либо антенной с другой антенны, к сигналу, переданному другой антенной.
Для усиления развязки на направлении электромагнитного взаимодействия между передающей антенной и приемной антенной может быть предусмотрен барьер, блокирующий эффект электромагнитного взаимодействия. В альтернативном варианте может быть использована передающая антенна двойной поляризации, где при передаче и приеме используется, соответственно, ортогональная линейная поляризация и ортогональная круговая поляризация. Кроме того, между передающей антенной и приемной антенной можно предусмотреть дополнительный канал связи для нейтрализации исходных взаимодействующих сигналов.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения может быть предусмотрен волноводно-рупорный излучатель, соответствующий описанной выше микрополосковой антенне миллиметрового диапазона, служащий для усиления развязки между передающей антенной и приемной антенной с сохранением широкой полосы частот и направленности передающей антенны и приемной антенны.
Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения диапазон каждой антенны расширяется за счет добавления слоя воздуха и использования эффекта электромагнитного взаимодействия, описанного выше; при этом в каждой антенне используется микрополосковый фидер на 50 Ом. Для всей системы в целом используется одномерная антенная решетка. Межцентровое расстояние антенн лежит в пределах 8,0-15,0 мм, предпочтительно - 10,4 мм. Относительное положение передающей антенны и приемной антенны показано на Фиг. 8. Расстояние между передающей антенной и приемной антенной по вертикали лежит в пределах 20-40 мм, предпочтительно - 30 мм. По горизонтали передающие антенны отстоят от приемных антенн на расстояние в пределах 4.0-6,0 мм, предпочтительно - 5,2 мм. Антенная решетка функционирует как одиночная приемная и передающая антенна.
Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения для антенной решетки может быть спроектирована микрополосковая антенна, показанная на Фиг. 1. Рупорный излучатель, соответствующий антенной решетке, включает в себя волновод прямоугольной формы с рупорами. Например, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения рупор излучателя включает в себя часть прямоугольного волновода и собственно рупор. Размер прямоугольного волновода идентичен размеру панели соответствующей микрополосковой антенны.
Как показано на Фиг. 9 и 10, согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения предусмотрена волноводно-рупорная антенная решетка. Прямоугольная металлическая пластина 211 обработана таким образом, что ее поперечное сечение содержит множество отверстий, расположенных по всей длине прямоугольной металлической пластины 211. Нижняя часть каждого отверстия выполнена в виде прямоугольного волновода 214, а верхняя часть - в виде рупора 213. С двух сторон отверстий на верхней поверхности прямоугольной металлической пластины предусмотрен желобок 212 заданной глубины, который тянется в направлении расположения множества отверстий. Высота рупора варьируется в пределах 10-14 мм; при этом согласно предпочтительному варианту она составляет 13 мм. Ширина рупора соответствует ширине волновода, а его длина лежит в пределах 9-12 мм, предпочтительно - 11 мм. С двух сторон решетки рупорных излучателей предусмотрены две металлические полоски шириной 2 мм; при этом эти металлические полоски расположены симметрично с тем, чтобы обеспечить симметричность диаграммы направленности антенны, дополненной волноводно-рупорным излучателем.
Кроме того, в желобках 212 выполнено множество резьбовых отверстий (не показаны) для соединения решетки волноводно-рупорных излучателей с антенной решеткой. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения желобок 212 характеризуется шириной в пределах 3,0-5,0 мм, предпочтительно - 4 мм; и глубиной в пределах 8,0-12,0 мм, предпочтительно - 10 мм.
На Фиг. 11 и 12 показаны, соответственно, диаграмма коэффициентов стоячей волны по напряжению приемо-передающей антенны и диаграмма направленности приемо-передающей антенны. На Фиг. 13 и 14 показана развязка антенной решетки без решетки рупорных излучателей и развязка антенной решетки с решеткой рупорных излучателей. Как можно видеть на Фиг. 11 и 12, антенна с решеткой рупорных излучателей сохраняет свои преимущества в виде широкой полосы частот, сфокусированного главного лепестка диаграммы направленности и небольших размеров; при этом диапазон частот при КСВН <2 составляет 22,8-30,5 ГГц, а относительный диапазон частот может достигать 28,9%. Если сравнить Фиг. 13 с Фиг. 14, то можно заметить, что решетка волноводно-рупорных излучателей усиливает развязку на 5-10 дБ. В общем, новая решетка рупорных излучателей удовлетворяет цели усиления развязки.
Как можно видеть, микрополосковая антенна согласно вариантам осуществления настоящего изобретения имеет преимущество, заключающееся в ее небольших размерах, что облегчает ее интеграцию. Кроме того, в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором микрополосковая антенна выполнена в комбинации с волноводно-рупорным излучателем, можно сохранить положительные свойства такой антенны в отношении диапазона частот и направленности, усилив при этом развязку между передающей антенной и приемной антенной в системе.
Хотя настоящее изобретение описано в привязке к нескольким типовым вариантам его осуществления, специалистам в данной области техники очевидно, что такое описание носит исключительно иллюстративный и разъяснительный характер, не ограничивающий объем изобретения. Настоящее изобретение может быть осуществлено в различных формах без отступления от его существа и объема. Следует понимать, что варианты осуществления настоящего изобретения не ограничены какими-либо вышеизложенными сведениями и должны толковаться расширительно в пределах сущности и объема изобретения, определенных его формулой. Таким образом, объем настоящего изобретения, который определен прилагаемой формулой, должен охватывать модификации и альтернативные решения, подпадающие под формулу настоящего изобретения и ее эквиваленты.

Claims (12)

1. Широкополосная микрополосковая антенна, содержащая:
диэлектрическую подложку прямоугольной формы;
излучающую панель, расположенную на верхней поверхности диэлектрической подложки;
соединительную панель на верхней поверхности диэлектрической подложки, проходящую от края диэлектрической подложки и заканчивающуюся на расстоянии от излучающей панели; и
металлическую опору на нижней поверхности диэлектрической подложки, проходящую от края нижней поверхности диэлектрической пластины вниз к заземлению; и слой воздуха, образуемый между нижней поверхностью диэлектрической подложки и заземлением.
2. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 1, в которой металлическая опора выполнена из меди.
3. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 1, в которой слой воздуха имеет толщину в пределах 0,5-3,0 мм.
4. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 1, в которой расстояние между соединительной панелью и излучающей панелью находится в пределах 0,4-0,5 мм.
5. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 1, в которой соединительная панель имеет толщину в пределах 1,5-2,5 мм и ширину в пределах 0,5-1,2 мм.
6. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 1, в которой излучающая панель имеет длину в пределах 4,0-5,0 мм и ширину в пределах 2,0-3,0 мм.
7. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 1, которая работает в диапазоне частот K-Ka.
8. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 1, в которой микрополосковый фидер соединен с соединительной панелью.
9. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 1, в которой металлическая опора представляет собой медные пластины, расположенные с двух сторон диэлектрической подложки.
10. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 9, в которой медная пластина имеет ширину в пределах 0,4-0,6 мм.
11. Антенная решетка, содержащая множество широкополосных микрополосковых антенн по п. 1 с линейным расположением.
12. Антенная решетка, содержащая:
диэлектрическую подложку прямоугольной формы;
множество излучающих панелей, расположенных с интервалом по длине диэлектрической подложки на ее верхней поверхности;
множество соединительных панелей на верхней поверхности диэлектрической подложки, расположенных в соответствии с множеством излучающих панелей, проходящих от края диэлектрической подложки и заканчивающихся на расстоянии от соответствующих излучающих панелей; и
металлическую опору на нижней поверхности диэлектрической подложки, проходящую от края нижней поверхности диэлектрической пластины вниз к заземлению; и слой воздуха, образуемый между нижней поверхностью диэлектрической подложки и заземлением.
RU2014119427/08A 2013-08-15 2014-05-14 Широкополосные микрополосковые антенны и антенные решетки RU2576592C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310356878.4 2013-08-15
CN201310356878.4A CN104377449A (zh) 2013-08-15 2013-08-15 宽带微带天线和天线阵列

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014119427A RU2014119427A (ru) 2015-11-20
RU2576592C2 true RU2576592C2 (ru) 2016-03-10

Family

ID=50382383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014119427/08A RU2576592C2 (ru) 2013-08-15 2014-05-14 Широкополосные микрополосковые антенны и антенные решетки

Country Status (11)

Country Link
US (1) US10218082B2 (ru)
EP (1) EP2838159B1 (ru)
JP (1) JP5925243B2 (ru)
CN (2) CN104377449A (ru)
BR (1) BR102014011669B1 (ru)
GB (1) GB2517231B (ru)
HK (1) HK1204155A1 (ru)
PL (1) PL2838159T3 (ru)
RU (1) RU2576592C2 (ru)
UA (1) UA115044C2 (ru)
WO (1) WO2015021766A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2738759C1 (ru) * 2020-06-04 2020-12-16 Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" Сверхширокополосный планарный излучатель

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102415591B1 (ko) * 2017-11-24 2022-07-04 삼성전자주식회사 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치
CN108565548B (zh) * 2018-03-09 2020-07-24 上海安费诺永亿通讯电子有限公司 一种毫米波天线
CN109390690B (zh) * 2018-12-14 2023-11-10 河北工业大学 一种应用于5g的天线单元及阵列天线
CN109888473B (zh) * 2019-01-30 2020-11-24 东南大学 一种与芯片键合的宽带贴片天线
CN109888511B (zh) * 2019-04-15 2023-12-08 上海几何伙伴智能驾驶有限公司 一种圆极化微带平板天线
CN111162378B (zh) * 2019-12-26 2022-03-18 东南大学 一种微带天线
JP7298517B2 (ja) * 2020-03-05 2023-06-27 株式会社デンソー 電子装置
CN112768912B (zh) * 2020-12-29 2022-06-10 中山大学 一种1×4波束固定行波天线
CN112736447B (zh) * 2020-12-29 2022-06-10 中山大学 一种宽带波束固定阵列天线
CN112768936B (zh) * 2020-12-30 2024-03-29 深圳市信丰伟业科技有限公司 一种离散式5g天线隔离系统
CN112968272B (zh) * 2021-02-03 2023-03-24 重庆邮电大学 一种宽带宽波束低剖面圆极化天线
CN113065255B (zh) * 2021-04-07 2023-02-17 西北工业大学 弧度变形的共形微带贴片天线方向图快速估算方法
CN114464996B (zh) * 2022-02-11 2023-12-12 南京邮电大学 一种基于表面等离子体激元的圆极化阵列天线
CN115149279A (zh) * 2022-07-12 2022-10-04 南京濠暻通讯科技有限公司 一种5g毫米波宽频段微带阵列天线
TWI820833B (zh) * 2022-07-28 2023-11-01 明泰科技股份有限公司 微帶天線

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4893129A (en) * 1987-12-26 1990-01-09 Nippon Soken, Inc. Planar array antenna
RU2122263C1 (ru) * 1994-03-16 1998-11-20 Марийский политехнический институт им.А.М.Горького Широкополосная микрополосковая антенна
RU2263378C2 (ru) * 2000-01-19 2005-10-27 Фрактус, С.А. Миниатюрные антенны, заполняющие пространство

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4131894A (en) 1977-04-15 1978-12-26 Ball Corporation High efficiency microstrip antenna structure
JPH06125218A (ja) * 1992-08-10 1994-05-06 Nippon Mektron Ltd 平面アンテナ
US5444453A (en) * 1993-02-02 1995-08-22 Ball Corporation Microstrip antenna structure having an air gap and method of constructing same
JPH10163738A (ja) * 1996-11-29 1998-06-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表面実装型アンテナ及びその実装方法
JPH10190351A (ja) 1996-12-25 1998-07-21 Mitsubishi Electric Corp ミリ波帯平面アンテナ
SE9702490D0 (sv) * 1997-06-27 1997-06-27 Ericsson Telefon Ab L M Microstrip structure
JP3252812B2 (ja) * 1998-10-05 2002-02-04 株式会社村田製作所 表面実装型円偏波アンテナおよびそれを用いた無線装置
JP2001177314A (ja) * 1999-12-17 2001-06-29 Tdk Corp パッチアンテナ
JP2001308620A (ja) * 2000-04-21 2001-11-02 Murata Mfg Co Ltd アンテナ装置及び無線通信モジュ−ル
US6340951B1 (en) * 2000-06-02 2002-01-22 Industrial Technology Research Institute Wideband microstrip leaky-wave antenna
GB2370158B (en) 2000-12-13 2004-10-13 Harada Ind Multiband PIFA-type antenna for vehicular applications
JP3664117B2 (ja) * 2001-08-06 2005-06-22 いわき電子株式会社 表面実装用アンテナおよびこれを用いた無線装置
GB2383471A (en) 2001-12-19 2003-06-25 Harada Ind High-bandwidth multi-band antenna
TW527754B (en) * 2001-12-27 2003-04-11 Ind Tech Res Inst Dual-band planar antenna
US6975276B2 (en) * 2002-08-30 2005-12-13 Raytheon Company System and low-loss millimeter-wave cavity-backed antennas with dielectric and air cavities
KR100542830B1 (ko) * 2003-11-17 2006-01-20 한국전자통신연구원 부양 방사패치 또는/및 초소형 전자 정밀기계 스위치를이용한 광대역/다중대역 안테나
US7242352B2 (en) 2005-04-07 2007-07-10 X-Ether, Inc, Multi-band or wide-band antenna
JP2007088883A (ja) * 2005-09-22 2007-04-05 Mitsubishi Electric Corp アンテナ装置
US7636063B2 (en) * 2005-12-02 2009-12-22 Eswarappa Channabasappa Compact broadband patch antenna
US20070268188A1 (en) * 2006-04-26 2007-11-22 Spotwave Wireless Canada, Inc. Ground plane patch antenna
JP2008252155A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Tdk Corp アンテナ装置及びこれを用いた無線通信機器
US8446322B2 (en) 2007-11-29 2013-05-21 Topcon Gps, Llc Patch antenna with capacitive elements
CN101420066B (zh) * 2008-11-21 2013-04-17 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种宽带单层微带贴片天线
CN201289899Y (zh) * 2008-11-21 2009-08-12 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种宽带单层微带贴片天线
KR20110025047A (ko) 2009-09-01 2011-03-09 중앙대학교 산학협력단 향상된 대역폭 및 높은 효율을 가지며 구현이 간단한 소형 0차 공진 안테나
CN201758174U (zh) 2010-07-08 2011-03-09 西北工业大学 一种超高频段近场rfid读写器天线
WO2012100885A1 (en) * 2011-01-25 2012-08-02 Sony Corporation Optically controlled microwave antenna
TWI469437B (zh) 2011-06-23 2015-01-11 Cirocomm Technology Corp 表面黏著式的訊號收發模組
CN202268482U (zh) * 2011-10-27 2012-06-06 哈尔滨工程大学 电子不停车收费系统用超高频射频识别读写器天线
DE102012101443B4 (de) 2012-02-23 2017-02-09 Turck Holding Gmbh Planare Antennenanordnung
CN102820540B (zh) * 2012-07-31 2014-06-04 电子科技大学 一种光控方向图可重构微带天线
CN105075007B (zh) * 2013-03-26 2018-09-11 三星电子株式会社 平面天线设备和用于发射信号的方法
CN203386904U (zh) * 2013-08-15 2014-01-08 同方威视技术股份有限公司 宽带微带天线和天线阵列
CN203377377U (zh) * 2013-08-15 2014-01-01 清华大学 波导喇叭阵列和天线系统
US9391370B2 (en) * 2014-06-30 2016-07-12 Samsung Electronics Co., Ltd. Antenna feed integrated on multi-layer PCB

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4893129A (en) * 1987-12-26 1990-01-09 Nippon Soken, Inc. Planar array antenna
RU2122263C1 (ru) * 1994-03-16 1998-11-20 Марийский политехнический институт им.А.М.Горького Широкополосная микрополосковая антенна
RU2263378C2 (ru) * 2000-01-19 2005-10-27 Фрактус, С.А. Миниатюрные антенны, заполняющие пространство

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2738759C1 (ru) * 2020-06-04 2020-12-16 Акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" Сверхширокополосный планарный излучатель

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014119427A (ru) 2015-11-20
EP2838159A1 (en) 2015-02-18
US20160294070A1 (en) 2016-10-06
BR102014011669B1 (pt) 2022-01-18
GB2517231A (en) 2015-02-18
HK1204155A1 (en) 2015-11-06
JP5925243B2 (ja) 2016-05-25
BR102014011669A2 (pt) 2015-11-10
EP2838159B1 (en) 2018-07-25
GB2517231B (en) 2017-09-13
CN104377449A (zh) 2015-02-25
UA115044C2 (uk) 2017-09-11
WO2015021766A1 (zh) 2015-02-19
JP2015037318A (ja) 2015-02-23
PL2838159T3 (pl) 2019-01-31
US10218082B2 (en) 2019-02-26
CN110165413A (zh) 2019-08-23
GB201406416D0 (en) 2014-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2576592C2 (ru) Широкополосные микрополосковые антенны и антенные решетки
RU2589488C2 (ru) Решетки волноводно-рупорных излучателей, способы построения решеток волноводно-рупорных излучателей и антенные системы
US9793611B2 (en) Antenna
US8854270B2 (en) Hybrid multi-antenna system and wireless communication apparatus using the same
US8525741B2 (en) Multi-loop antenna system and electronic apparatus having the same
KR101892884B1 (ko) 무선 전자 디바이스를 위한 주기적인 슬롯을 갖는 스트립라인 결합 안테나
US20130169503A1 (en) Parasitic patch antenna
US10965020B2 (en) Antenna device
CN107768842B (zh) 一种用于5g移动通信的天线单元以及阵列天线
CN111244600B (zh) 天线结构及具有所述天线结构的无线通信装置
CA2764005A1 (en) A compact ultra wide band antenna for transmission and reception of radio waves
US20140062824A1 (en) Circular polarization antenna and directional antenna array having the same
US11437736B2 (en) Broadband antenna having polarization dependent output
JPWO2019198702A1 (ja) 電磁波伝搬制御部材、電磁波伝搬制御構造体、電磁波伝搬制御部材付きサッシ、窓構造体及び電子機器
CN203377377U (zh) 波导喇叭阵列和天线系统
CN203386904U (zh) 宽带微带天线和天线阵列
TWI464962B (zh) 複合式多天線系統及其無線通訊裝置
Sallam et al. High Gain Meander Line Antenna for 2.4 GHz Bluetooth Applications
RU2237322C1 (ru) Четырехдиапазонная антенна
US10490896B1 (en) Antenna device
CN108346857B (zh) 一种天线组件及终端
TWM651266U (zh) 天線振子和天線