RU2645890C1 - Broadband red-micropass antenna - Google Patents
Broadband red-micropass antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645890C1 RU2645890C1 RU2016145721A RU2016145721A RU2645890C1 RU 2645890 C1 RU2645890 C1 RU 2645890C1 RU 2016145721 A RU2016145721 A RU 2016145721A RU 2016145721 A RU2016145721 A RU 2016145721A RU 2645890 C1 RU2645890 C1 RU 2645890C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- horn
- resonator
- shaped
- antenna
- wedge
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000021178 picnic Nutrition 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к широкополосным (ШП) рупорно-микрополосковым антеннам СВЧ-диапазона, и может быть использовано в метрологии, в системах связи, в радиодефектоскопии, в мониторинге, в решении задач электромагнитной совместимости.The invention relates to radio engineering, in particular to broadband (ШП) horn-microstrip antennas of the microwave range, and can be used in metrology, in communication systems, in radio defectoscopy, in monitoring, in solving electromagnetic compatibility problems.
Известна «Малогабаритная антенна» (см. А.с. СССР №1141482, МПК H01Q 13/10, опубл. 23.02.85 г., бюл. №7). Она содержит две металлические пластины, размещенные параллельно металлическому экрану, одна из них соединена с экраном с помощью шунта, а вторая - с фидером, и фидерное кольцо.The well-known "small-sized antenna" (see AS USSR No. 1141482, IPC
Антенна обеспечивает повышение стабильности формы диаграммы направленности (ДН) в рабочей полосе частот при уменьшении габаритов и сохранении коэффициента усиления.The antenna provides increased stability of the shape of the pattern in the working frequency band while reducing dimensions and maintaining the gain.
В качестве основного недостатка аналога следует отметить их недостаточную широкополосность для работы с ШП сигналами современных систем связи (спутниковых систем связи, систем связи с мобильными абонентами), а также большие размеры.As the main disadvantage of the analogue, their insufficient broadband for working with signaling signals of modern communication systems (satellite communication systems, communication systems with mobile subscribers), as well as their large sizes, should be noted.
Известна «Широкополосная трехдиапазонная рупорно-микрополосковая антенна» (см. пат. РФ №2345453, МПК H01Q 13/02, опубл. 27.01.2009 г., бюл. №3). Она содержит рупор, выполненный из металла в форме прямого цилиндра с квадратным сечением, задняя стенка которого представляет собой экран-рефлектор, резонатор, образованный экраном-рефлектором и металлической пластиной, укрепленной соосно и симметрично на первом шунте в форме круглого прямого цилиндра в центре внутренней стороны экрана-рефлектора, при этом плоскость металлической пластины резонатора параллельна экрану-рефлектору, и обеспечен надежный механический и электрический контакт, пластина резонатора выполнена в форме равнобедренного треугольника, а вершина равнобедренного треугольника пластины резонатора дополнена симметрично выступающими полосковыми элементами, местоположение и размеры которых определяются значениями заданных рабочих полос частот, вершина равнобедренного треугольника соединена с центральным проводником питающей коаксиальной линии, причем коаксиальная линия подведена к пластине резонатора через боковую стенку рупора перпендикулярно к ней, а внешний проводник линии закреплен на боковой стенке рупора, второй шунт закреплен на пластине резонатора по середине между первым шунтом и вершиной равнобедренного треугольника, а второй конец - на экране рефлектора.The well-known "Broadband tri-band horn-microstrip antenna" (see US Pat. RF No. 2345453, IPC
Аналог обеспечивает эффективный прием и передачу широкополосных сигналов известных стандартов сотовых и транковых систем связи. Кроме того, обеспечивается резкое сокращение массогабаритных характеристик антенны.The analogue provides efficient reception and transmission of broadband signals of known standards of cellular and trunk communication systems. In addition, a sharp reduction in the overall dimensions of the antenna is ensured.
В качестве недостатка антенны следует отметить следующее. При работе антенны в различных полосах частот фазовый центр антенны (см. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учебн. для радиотехнич. спец. ВУЗов. - М.: Высш. шк., 1988, стр. 197-198; Сверхширокополосные антенны. Пер. с английского С.В. Попова и В.А. Журавлева. – М.: Мир, 1964, стр. 377-381) смещается. Это влечет за собой ошибки в оценке пространственных параметров принимаемых сигналов при работе аналога в составе антенной решетки (см. пат. РФ №2305851, МПК G01S 5/04, опубл. 10.09.2007 г.).The following should be noted as a disadvantage of the antenna. When the antenna operates in different frequency bands, the phase center of the antenna (see Sazonov D.M. Antennas and microwave devices: Textbook for radio engineering special. Universities. - M.: Higher school, 1988, pp. 197-198; Ultra-wideband antennas, translated from English by S.V. Popov and V.A. Zhuravlev. - M.: Mir, 1964, p. 377-381) is shifted. This entails errors in the estimation of the spatial parameters of the received signals during operation of the analog as part of the antenna array (see US Pat. RF No. 2305851, IPC
Известно устройство «Ультраширокополосная компактная рупорно-микрополосковая антенна с высокой направленностью» (см. пат. РФ №2289873, МПК H01Q 13/02, опубл. 20.12.2006 г., бюл. №35).A device is known "Ultra-wide compact horn-microstrip antenna with high directivity" (see US Pat. RF No. 2289873, IPC
Аналог содержит усеченный конический рупор, снабженный плоской стенкой на узкой стороне из металла, представляющей собой экран-рефлектор, резонатор, образованный экраном-рефлектором и круглой пластиной из металла, укрепленной соосно и симметрично на шунте в центре внутренней стороны экрана-рефлектора, а плоскость круглой пластины резонатора параллельна экрану-рефлектору, и обеспечен надежный механический и электрический контакт круглой пластины с экраном-рефлектором, наконечник, выполненный из металла и имеющий форму усеченного конуса с диаметром основания и высотой, приблизительно равной половине расстояния между круглой пластиной и экраном-рефлектором. Вершина наконечника соединена с центральным проводником питающей коаксиальной линии, а ось симметрии наконечника перпендикулярна плоскости круглой пластины резонатора и проходит через ее край. Питающая коаксиальная линия подведена к экрану-рефлектору перпендикулярно к нему, а внешний проводник линии закреплен на нем с надежным электрическим контактом. Центральный проводник подсоединен к краю круглой пластины резонатора посредством наконечника с надежным электрическим контактом.The analogue contains a truncated conical horn equipped with a flat wall on the narrow side of metal, which is a reflector screen, a resonator formed by a reflector screen and a round metal plate mounted coaxially and symmetrically on a shunt in the center of the inner side of the reflector screen, and the plane is round the resonator plate is parallel to the reflector screen, and reliable mechanical and electrical contact of the round plate with the reflector screen is ensured, the tip made of metal and having the shape of a truncated con ca with a base diameter and a height approximately equal to half the distance between the circular plate and the screen-reflector. The tip tip is connected to the central conductor of the supply coaxial line, and the axis of symmetry of the tip is perpendicular to the plane of the circular resonator plate and passes through its edge. The supply coaxial line is led to the reflector screen perpendicular to it, and the external line conductor is fixed to it with a reliable electrical contact. The central conductor is connected to the edge of the circular resonator plate by means of a tip with a reliable electrical contact.
Аналог обеспечивает прием и передачу сигналов в сравнительно широкой полосе частот. Кроме того, достигается уменьшение габаритов антенны и снижение уровня боковых лепестков ДН. Однако из-за сохранения значительных габаритов затруднено использование ее в качестве элемента антенной решетки.The analogue provides reception and transmission of signals in a relatively wide frequency band. In addition, a reduction in the dimensions of the antenna and a decrease in the level of side lobes of the beam are achieved. However, due to the preservation of significant dimensions, it is difficult to use it as an element of the antenna array.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемому устройству является «Широполосная рупорно-микрополосковая антенна» (см. пат. РФ №2382450, МПК H01Q 13/02, опубл. 20.02.2010 г., бюл. №5).Closest in technical essence to the claimed device is a "Broadband horn-microstrip antenna" (see US Pat. RF No. 2382450,
Устройство-прототип содержит рупор, выполненный из металла и имеющий форму прямого цилиндра с прямоугольным сечением, задняя стенка которого представляет собой экран-рефлектор, резонатор, образованный экраном-рефлектором и металлической пластиной, содержащей компланарный волновод и П-образную нагрузку, оси симметрии которых совпадают и перпендикулярны двум противолежащим больших размеров боковым стенкам рупора и проходят через ось симметрии, верхняя часть П-образной нагрузки компланарного волновода пластины резонатора дополнена симметрично выступающими полосковыми элементами, местоположение и размеры которых определяются значением рабочей полосы частот, а компланарный волновод выполнен из прямого токопроводящего проводника, местоположение которого совпадает с осью симметрии компланарного волновода, с одной стороны токонесущий проводник электрически соединен с краем П-образной нагрузки в точке, находящейся вблизи центра диэлектрической подложки пластины резонатора, два внешних проводника компланарного волновода, прилегающих с обеих сторон к токонесущему проводнику, имеют симметричную ступенчатую форму, которая определяется значением заданного диапазона рабочей полосы частот, а нижние концы внешних проводников компланарного волновода электрически соединены с боковой стенкой рупора, второй конец токонесущего проводника компланарного волновода металлической пластины резонатора электрически соединен с центральным проводником коаксиальной линии, причем коаксиальная линия подведена к металлической пластине резонатора через боковую стенку рупора перпендикулярно к ней, а внешний проводник коаксиальной линии электрически подключен к боковой стенке рупора.The prototype device contains a horn made of metal and having the shape of a straight cylinder with a rectangular section, the rear wall of which is a reflector screen, a resonator formed by a reflector screen and a metal plate containing a coplanar waveguide and a U-shaped load, the symmetry axes of which coincide and are perpendicular to two opposite large sides of the horn and pass through the axis of symmetry, the upper part of the U-shaped load of the coplanar waveguide of the resonator plate is supplemented with protruding stripe elements, the location and dimensions of which are determined by the value of the working frequency band, and the coplanar waveguide is made of a direct conductive conductor, the location of which coincides with the axis of symmetry of the coplanar waveguide, on the one hand, the current-carrying conductor is electrically connected to the edge of the U-shaped load at a point located near the center of the dielectric substrate of the resonator plate, two external conductors of the coplanar waveguide adjacent on both sides to the current-carrying the conductor, have a symmetrical step shape, which is determined by the value of the specified range of the working frequency band, and the lower ends of the outer conductors of the coplanar waveguide are electrically connected to the side wall of the horn, the second end of the current-carrying conductor of the coplanar waveguide of the metal plate of the resonator is electrically connected to the central conductor of the coaxial line, and the coaxial line brought to the metal plate of the resonator through the side wall of the horn perpendicular to it, and the external wire the coaxial line detector is electrically connected to the side wall of the horn.
Антенна-прототип обеспечивает получение оптимального распределения электромагнитного распределения электромагнитного поля по апертуре антенны в заданной полосе частот 1,5-2,85 ГГц, с КСВ не хуже 3, значительное уменьшение габаритных размеров.The prototype antenna provides the optimal distribution of the electromagnetic distribution of the electromagnetic field over the antenna aperture in a given frequency band of 1.5-2.85 GHz, with an SWR not worse than 3, a significant reduction in overall dimensions.
Известно, что широкополосные рупорно-микрополосковые антенны (ШРМА) находят широкое применение в составе фазированных антенных решеток для измерения пространственных параметров радиосигналов. Одним из важнейших требований к таким ШРМА является инвариантность (независимость) местоположения их фазового центра (ФЦ) от используемого частотного диапазона. В прототипе за счет специальной конфигурации излучателя и его положения относительно стенок рупора позволило достигнуть некоторой стабильности местоположения фазового центра ШРМА. В каждом участке диапазона частот растекание токов возбуждения по излучателю осуществляется по особым специально сформированным направлениям, чем и достигается положительный эффект. Наибольшее смещение ФЦ по одной из координат составило 4 мм, что менее 0,04 минимальной длины волны рабочего диапазона.It is known that broadband horn-microstrip antennas (SHMA) are widely used in phased array antennas for measuring spatial parameters of radio signals. One of the most important requirements for such SHRMA is the invariance (independence) of the location of their phase center (FC) from the used frequency range. In the prototype, due to the special configuration of the emitter and its position relative to the horn walls, it was possible to achieve some stability in the location of the SHRMA phase center. In each section of the frequency range, the spreading of the excitation currents along the emitter is carried out in special specially formed directions, thereby achieving a positive effect. The largest displacement of the FC along one of the coordinates was 4 mm, which is less than 0.04 of the minimum wavelength of the working range.
Несимметричное возбуждение коробчатого рупора излучателя, размещенного на «пьедестале», позволило в значительной мере уменьшить изменение местоположения ФЦ антенны в рабочем диапазоне частот. И, тем не менее, оно остается значительным ((ΔYmax/λ)360°=(4 мм/100 мм)360°=14°), что требует специальных мер при обработке результатов оценивания пространственных параметров сигналов.The asymmetric excitation of the box-shaped horn of an emitter placed on a “pedestal” made it possible to significantly reduce the change in the location of the FC antenna in the operating frequency range. And yet, it remains significant ((ΔY max / λ) 360 ° = (4 mm / 100 mm) 360 ° = 14 °), which requires special measures in processing the results of evaluation of spatial parameter signals.
Целью заявляемого технического решения является разработка широкополосной рупорно-микрополосковой антенны, обеспечивающей уменьшение смещения фазового центра в рабочей полосе частот.The aim of the proposed technical solution is to develop a broadband horn-microstrip antenna, which reduces the phase center offset in the working frequency band.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, состоящем из рупора, имеющего форму металлического прямого цилиндра с прямоугольным сечением, задняя стенка которого представляет собой экран-рефлектор, резонатора, образованного экраном-рефлектором и металлической пластиной, расположенной на первой диэлектрической пластине и укрепленной соосно и симметрично внутри рупора, при этом плоскость металлической пластины резонатора параллельна экрану-рефлектору, и коаксиальной линии, дополнительно в качестве металлической пластины резонатора используют симметричный вибратор, причем его продольная ось симметрии совпадает с осью симметрии первой диэлектрической пластины и перпендикулярна двум противолежащим больших размеров боковым стенкам рупора, центр симметричного вибратора резонатора совпадает с центром первой диэлектрической пластины, а каждое плечо симметричного вибратора выполнено в виде плоского равнобедренного треугольника с прямым углом при вершине, примыкающие друг к другу вершины равнобедренных треугольников совпадают с центром симметричного вибратора, а к основаниям прямоугольных равнобедренных треугольников усеченной стороной подключены полукруглые пластины, размеры которых взаимно совпадают, по линии подключения пластин от кромок выполнены по две прорези равной длины, клиновидное микрополосковое симметрирующее устройство, содержащее Г-образный полосковый элемент, размещенный на второй диэлектрической пластине, на другой стороне которой под Г-образным полосковым элементом размещена Г-образная клиновидная подложка, причем плоскость второй диэлектрической пластины клиновидного микрополоскового симметрирующего устройства размещена перпендикулярно плоскости первой диэлектрической пластины резонатора, экрану-рефлектору, двум противолежащим малого размера боковым стенкам рупора и совпадает с линией симметрии симметричного вибратора, основание клиновидной подложки клиновидного микрополоскового симметрирующего устройства электрически соединено с боковой стенкой малого размера рупора, а противоположную заостренную сторону в центре резонатора электрически соединяют с первым плечом симметричного вибратора, второе плечо которого электрически соединено с заостренной стороной Г-образного полоскового элемента клиновидного микрополоскового симметрирующего устройства, второй конец которого электрически соединен с внутренним проводником коаксиальной линии, внешний проводник которого электрически соединен с малой стенкой рупора.This goal is achieved by the fact that in the known device consisting of a horn having the shape of a metal straight cylinder with a rectangular section, the rear wall of which is a reflector screen, a resonator formed by a reflector screen and a metal plate located on the first dielectric plate and coaxially mounted and symmetrically inside the horn, while the plane of the resonator metal plate is parallel to the reflector screen, and the coaxial line, additionally as a metal plate The cavity of the resonator uses a symmetric vibrator, and its longitudinal axis of symmetry coincides with the axis of symmetry of the first dielectric plate and is perpendicular to two opposing large sizes of the side walls of the horn, the center of the symmetric vibrator of the resonator coincides with the center of the first dielectric plate, and each arm of the symmetric vibrator is made in the form of a flat isosceles triangle with a right angle at the vertex, the vertices of isosceles triangles adjacent to each other coincide with the center of symmetrical a vibrator, and semicircular plates are connected to the bases of rectangular isosceles triangles with a truncated side, the sizes of which are mutually identical, two slots of equal length are made along the connection line of the plates from the edges, a wedge-shaped microstrip balun device containing a L-shaped strip element placed on the second dielectric plate , on the other side of which under the L-shaped strip element there is a L-shaped wedge-shaped substrate, the plane of the second dielectric layer At the same time, the wedge-shaped microstrip balun device is placed perpendicular to the plane of the first dielectric plate of the resonator, the reflector screen, two opposite small side walls of the horn and coincides with the symmetry line of the symmetrical vibrator, the base of the wedge-shaped substrate of the wedge-shaped microstrip balun device is electrically connected to the side wall of the small horn the pointed side in the center of the resonator is electrically connected to the first arm LfTetanus vibrator, the second arm of which is electrically connected with the sharp side of the L-shaped wedge strip element microstrip balun, the other end of which is electrically connected to the inner conductor of the coaxial line, the outer conductor of which is electrically connected to the low wall of the horn.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков за счет того, что используют резонатор специальной формы, позволяет достичь цели изобретения: разработать широкополосную рупорно-микрополосковую антенну, обеспечивающую уменьшение смещения ее фазового центра в рабочей полосе частот.The listed new set of essential features due to the fact that they use a resonator of a special shape, allows to achieve the purpose of the invention: to develop a broadband horn-microstrip antenna, which reduces the displacement of its phase center in the working frequency band.
Технический результат достигается за счет создания антенны, объединяющей положительные качества двух различных типов антенн: рупора и симметричного вибратора, использующего клиновидное микрополосковое симметрирующее устройство. Комбинация рупора коробчатого типа в виде прямого цилиндра с прямоугольным сечением (см. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. - М.: Энергия, 1966, стр. 509-512; Справочник по антенной технике: Справ. В 5 т. Т. 1./П.Д. Бахрах, Л.С. Бенинсон, Е.Г. Зелкин и др. Под ред. Я.Н. Фельда, Е.Г. Зелкина. - М.: ИПРЖР, 1997 г. - 256 с.) и излучателя в виде симметричного вибратора, плечи которого имеют специальную форму, позволяет получить оптимальное распределение электромагнитного поля по апертуре антенны в заданной полосе частот 800-3000 МГц без смещения фазового центра антенны. Предлагаемая конструкция антенны позволяет при сохранении коэффициента усиления и габаритных характеристик изделия дополнительно расширить диапазон рабочих частот на 63%. При этом максимум диаграммы направленности во всем диапазоне рабочих частот не имеет смещения.The technical result is achieved by creating an antenna that combines the positive qualities of two different types of antennas: a horn and a symmetrical vibrator using a wedge-shaped microstrip balun device. The combination of a box-type horn in the form of a straight cylinder with a rectangular cross-section (see Zhuk M.S., Molochkov Yu.B. Design of antenna-feeder devices. - M.: Energia, 1966, pp. 509-512; Reference for antenna technology: Ref. 5 vol. T. 1./P.D.D. Bahrakh, L.S. Beninson, E.G. Zelkin, etc. Under the editorship of Y.N. Feld, E.G. Zelkin. - M .: IPRZhR, 1997 - 256 s.) And a radiator in the form of a symmetric vibrator, the shoulders of which have a special shape, allows you to obtain the optimal distribution of the electromagnetic field over the antenna aperture in a given frequency band of 800-3000 MHz without offset phase center of the antenna. The proposed antenna design allows, while maintaining the gain and overall characteristics of the product, to further expand the operating frequency range by 63%. In this case, the maximum radiation pattern in the entire range of operating frequencies does not have a bias.
Заявляемая антенна поясняется чертежами, на которых:The inventive antenna is illustrated by drawings, in which:
на фиг. 1 - общий вид заявленной антенны;in FIG. 1 is a general view of the claimed antenna;
на фиг. 2 - симметричный вибратор в масштабе 2:1;in FIG. 2 - symmetric vibrator in a 2: 1 scale;
на фиг. 3 - вид антенны в разрезе;in FIG. 3 is a sectional view of the antenna;
на фиг. 4 - рисунок, поясняющий работу антенны;in FIG. 4 is a drawing explaining the operation of the antenna;
на фиг. 5 - диаграмма направленности антенны в вертикальной (слева) и горизонтальной (справа) плоскостях для различных частот;in FIG. 5 is an antenna radiation pattern in the vertical (left) and horizontal (right) planes for different frequencies;
на фиг. 6 - результаты экспериментальных измерений входного сопротивления антенны;in FIG. 6 - the results of experimental measurements of the input impedance of the antenna;
на фиг. 7 - график зависимости КСВ от частот.in FIG. 7 is a graph of the SWR versus frequency.
Широкополосная рупорно-микрополосковая антенна (см. фиг. 1, 2 и 3) содержит рупор 1, имеющий форму прямого цилиндра с прямоугольным сечением, выполненный из металла, задняя стенка которого представляет собой экран-рефлектор, резонатор 8, образованный экраном-рефлектором и металлической пластиной 3, расположенной на первой диэлектрической пластине 2 и укрепленной соосно и симметрично внутри рупора 1, при этом плоскость металлической пластины 3 резонатора 8 параллельна экрану-рефлектору, и коаксиальную линию 4.Broadband horn-microstrip antenna (see Fig. 1, 2 and 3) contains a
Металлическая пластина резонатора 3 (см. фиг. 2) представляет собой симметричный вибратор, причем продольная ось симметрии симметричного вибратора 3 резонатора 8 совпадает с осью симметрии первой диэлектрической пластины 2 и перпендикулярна двум противолежащим больших размеров боковым стенкам рупора 1. Центр симметричного вибратора 3 резонатора 8 совпадает с центром первой диэлектрической пластины 2. Каждое плечо симметричного вибратора 3 резонатора 8 состоит из пластины в форме прямоугольного равнобедренного треугольника, вершина с прямым углом которого совпадает с центром симметричного вибратора 3 резонатора 8. К основанию прямоугольного равнобедренного треугольника подключена полукруглая пластина, усеченная (прямая) сторона которой совмещена с основанием прямоугольного равнобедренного треугольника. Размеры последних взаимно совпадают. По линии совмещения основания прямоугольного равнобедренного треугольника и полукруга выполняют две прорези 10 равной длины, каждая из которых берет начало от их кромок.The metal plate of the resonator 3 (see Fig. 2) is a symmetric vibrator, and the longitudinal axis of symmetry of the
Клиновидное микрополосковое симметрирующее устройство 9 содержит Г-образный полосковый элемент 6, размещенный на второй диэлектрической пластине 5, и Г-образную клиновидную подложку 7, расположенную под Г-образным полосковым элементом 6 на другой стороне второй диэлектрической пластины 5.The wedge-shaped
Вторую диэлектрическую пластину 5 клиновидного микрополоскового симметрирующего устройства 9 размещают перпендикулярно первой диэлектрической пластине 2 резонатора 8, экрану-рефлектору, двум противолежащим малого размера боковым стенкам рупора 1 и совмещают с линией симметрии симметричного вибратора. Основание Г-образной клиновидной подложки 7 клиновидного микрополоскового симметрирующего устройства 9 электрически соединяют с боковой малого размера стенкой рупора 1. Противоположную заостренную сторону клиновидной подложки 7 электрически соединяют с первым плечом симметричного вибратора. Второе плечо симметричного вибратора электрически соединяют с заостренной стороной Г-образного полоскового элемента 6. Второй конец Г-образного полоскового элемента 6 электрически соединяют с внутренним проводником коаксиальной линии 4. Внешний проводник коаксиальной линии 4 электрически соединяют со стенкой рупора 1.The second
На фиг. 2 и 3 приведены оптимальные размеры предлагаемой антенны. Форма ее излучателя 3 и габаритные размеры рупора 1 были получены в результате моделирования в «FEKO». Далее они были уточнены при реализации макета. Предлагаемая конструкция антенны обеспечивает удовлетворительное согласование и однонаправленное излучение в диапазоне 0,8-3 ГГц при КВС≤3. Площадь раскрыва антенны составляет 165×75 мм. Площадь заземленного экрана-рефлектора рупора 1 также составляет 165×75 мм. Размеры коробчатого рупора 1 165×75×75 мм.In FIG. 2 and 3 show the optimal dimensions of the proposed antenna. The shape of its
Известно, что у волновода прямоугольного сечения, возбуждаемого волной H01 скачком или через небольшой секториальный переход, меняется сечение на значительно более широкое, такое, чтобы в нем могла распространятся волна Н03 (при соблюдении симметрии системы волна Н02 не возбуждается). Подбором размеров коробчатого излучателя достигается регулирование соотношения амплитуд и фаз полей H01 и Н03. Фазы полей в рупоре 1 заявляемого устройства подобраны таким образом, чтобы они были противоположны в средней части излучателя и одинаковы на краях. При этом достигается более равномерное поле в раскрыве коробчатого рупора 1.It is known that a rectangular waveguide excited by a H 01 wave in a jump or through a small sectorial transition changes its cross section to a much wider one so that the H 03 wave can propagate in it (if the system symmetry is observed, the H 02 wave is not excited). By selecting the dimensions of the box emitter, the regulation of the ratio of the amplitudes and phases of the fields H 01 and H 03 is achieved. The phases of the fields in the
Первая диэлектрическая пластина 2 выполнена в форме квадрата с размерами сторон 75 мм. Размещена соосно и параллельно экрану-рефлектору, симметрично и соосно площади раскрыва антенны на глубине 20 мм. На ее поверхности размещена металлическая пластина резонатора 3, представляющая собой симметричный вибратор. Продольная ось симметрии плеч симметричного вибратора 3 совпадает с осью симметрии первой диэлектрической пластины 2 и перпендикулярна двум противолежащим больших размеров боковым стенкам рупора 1. Центр симметричного вибратора совпадает с центров первой диэлектрической пластины 2. Каждое плечо симметричного вибратора 3 состоит из металлической пластины в форме прямоугольного равнобедренного треугольника с боковыми стенками длиной 25 мм. Длина основания прямоугольного равнобедренного треугольника составляет 40 мм. Вершина пластины с прямым углом совпадает с центром симметричного вибратора 3. Основание равнобедренного треугольника дополнено полукруглой пластиной с радиусом R=20 мм, усеченная (прямая) сторона которой совмещена с основанием прямоугольного равнобедренного треугольника. Размеры последних взаимно совпадают. По линии совмещения основания прямоугольного равнобедренного треугольника и полукруглой пластины выполнены две прорези 10 равной длины 
Суммарная длина обеих плеч симметричного вибратора 3 
Вторая диэлектрическая пластина 5 выполнена в форме прямоугольника со сторонами 53×95 мм. Плоскость второй диэлектрической пластины 5 размещают перпендикулярно плоскости первой диэлектрической пластины 2 резонатора 8, экрану-резонатору, двум противолежащим малого размера боковым стенкам резонатора 1 и одновременно она совпадает с линией симметрии симметричного вибратора 3.The second
На второй диэлектрической пластине 5 (см. фиг. 3) размещают клиновидное симметрирующее устройство Г-образной формы 9. С одной стороны находится Г-образный полосковый элемент 6, берущий начало в середине узкой (53 мм) стороны второй диэлектрической пластины 5. Этот конец полосковой линии 6 через отверстие в боковой стенке рупора 1 электрически подключен к центральной жиле коаксиальной линии 4. Второй конец (заточенный) под прямым углом проходит через отверстие в первой диэлектрической пластине 2 и электрически подключается к одному из плеч симметричного вибратора 3.On the second dielectric plate 5 (see Fig. 3), a L-shaped wedge-shaped balancing device is placed 9. On the one hand there is an L-shaped
На другой стороне второй диэлектрической пластины 5 под полосковым элементом 6 размещают Г-образную клиновидную подложку 7. Основание Г-образного клина 7 шириной 15 мм электрически соединено с боковой малых размеров стенкой рупора 1. Верхняя (узкая) часть клиновидной подложки 7 через отверстие в первой диэлектрической пластине 2 соединено со вторым плечом симметричного вибратора 3 резонатора 8. При этом боковая стенка рупора 1 электрически соединена с внешним проводником коаксиальной линии 4.On the other side of the second
Широкополосная рупорно-микрополосковая антенна работает следующим образом. Заявляемая антенна (см. фиг. 1, 2 и 3) состоит из двух основных частей: рупора 1 и резонатора 8, представляющего собой микрополосковую антенну специальной формы и запитанную особым способом - через боковую стенку рупора с использованием клиновидного микрополоскового симметрирующего устройства 9. Симметрирующее устройство 9 выполнено в виде полоски над клиновидной подложкой (см. Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 1.: Пер. с нем. - М.: ЛАИТ Лтд. 2000. - 416 с, стр. 140), на которой, при необходимости, может быть размещен малошумящий антенный усилитель. В задачу клиновидного микрополоскового симметрирующего устройства 9 входит обеспечение перехода от несимметричной питающей коаксиальной линии 4 к симметричному излучателю 3 и улучшение степени настройки (согласования) антенны (симметричного вибратора) с фидером в заданной полосе частот. Широкополосность антенны достигается благодаря применению «каплевидной» (экспоненциальной) формы плеч симметричного вибратора 3 (см. Мейнке X. и Гундлах Ф.В. Радиотехнический справочник. Том 1: Пер. с нем. – М.: Государственное энергетическое издательство, 1960, стр. 305, 314). Настройку согласования в области нижних частот осуществляют на этапе машинного моделирования путем подбора формы, ориентации и размеров щелей 10, прорезанных на плоскости плеч симметричного вибратора 3. Использование прорезей 10 позволило улучшить согласование в области нижних частот, что стало возможно благодаря удлинению пути токов проводимости I (Kin-Lu Wong. Compact and Broadband Microstrip Antennas, by John Wiley & Sons, Ins, Inc., New York 2002. - 330 p.), растекающихся по металлической поверхности вибратора 3 (см. фиг. 4).Broadband horn microstrip antenna operates as follows. The inventive antenna (see Fig. 1, 2 and 3) consists of two main parts: a
С помощью программы CST MICROWAVE STUDIO выполнены расчеты входного сопротивления и согласования антенны в диапазоне частот 0,8-3 ГГц, позволившие достичь идентичность с характеристиками прототипа. Экспериментальная проверка входного сопротивления и согласования антенны (см. фиг. 5 и фиг. 6) подтвердила результаты расчета. Теоретически симметричный вибратор 3 относится к классу антенн с частотно-независимым положением фазового центра и только взаимодействие с рупором могло привести к нарушению этого положения (Справочник по антенной технике: Справ. В 5 т., Т. 1 / Л.Д. Бахрах, Л.С. Бенинсон, Е.Г. Зелкин и др.; Под ред. Я.Н. Фельда, Е.Г. Зелкина. - М.: ИПРЖР, 1997, стр. 33). Расчеты местоположения фазового центра показали его несмещаемость из точки, расположенной в середине симметричного вибратора 3 во всем диапазоне частот. Экспериментально это подтверждается симметричностью диаграмм направленности во всем диапазоне частот в обеих плоскостях (см. фиг. 5). Последнее невозможно достичь при смещении фазового центра антенны. Это качество является основным отличием от прототипа и дает преимущество для использования в фазовом радиопеленгаторе.Using the CST MICROWAVE STUDIO program, the input impedance and antenna matching were calculated in the frequency range 0.8-3 GHz, which made it possible to achieve identity with the characteristics of the prototype. An experimental verification of the input impedance and matching of the antenna (see Fig. 5 and Fig. 6) confirmed the calculation results. Theoretically, a
Все детали антенны согласно настоящему изобретению имеют простую форму и сделаны из однородного и однотипного материала. Это позволяет реализовать изготовление их в массовом производстве, используя прессовку и традиционные методы изготовления печатных плат. В качестве диэлектрической подложки 2 и 5 могут быть использованы диэлектрики с параметрами ε≈2,5 и tgδ=10-4-10-3. Толщина пластин 2 и 5 может составлять (0.002-0.001)λ.All parts of the antenna according to the present invention are simple in shape and made of a uniform and uniform material. This makes it possible to realize their manufacture in mass production using a press and traditional methods for manufacturing printed circuit boards. As the
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145721A RU2645890C1 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Broadband red-micropass antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145721A RU2645890C1 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Broadband red-micropass antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2645890C1 true RU2645890C1 (en) | 2018-02-28 |
Family
ID=61568444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016145721A RU2645890C1 (en) | 2016-11-22 | 2016-11-22 | Broadband red-micropass antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2645890C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795995C2 (en) * | 2020-08-13 | 2023-05-16 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Vector antenna |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6031504A (en) * | 1998-06-10 | 2000-02-29 | Mcewan; Thomas E. | Broadband antenna pair with low mutual coupling |
| RU2360338C1 (en) * | 2008-06-17 | 2009-06-27 | Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного | Broadband three-band horn-microstrip antenna |
| RU2382450C1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-02-20 | Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного | Broadband horn-microstrip antenna |
| RU157955U1 (en) * | 2014-12-29 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | BROADBAND MICROBAND ANTENNA |
-
2016
- 2016-11-22 RU RU2016145721A patent/RU2645890C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6031504A (en) * | 1998-06-10 | 2000-02-29 | Mcewan; Thomas E. | Broadband antenna pair with low mutual coupling |
| RU2360338C1 (en) * | 2008-06-17 | 2009-06-27 | Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного | Broadband three-band horn-microstrip antenna |
| RU2382450C1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-02-20 | Министерство обороны Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени С.М. Буденного | Broadband horn-microstrip antenna |
| RU157955U1 (en) * | 2014-12-29 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | BROADBAND MICROBAND ANTENNA |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795995C2 (en) * | 2020-08-13 | 2023-05-16 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Vector antenna |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9825357B2 (en) | Electronic device including patch antenna assembly having capacitive feed points and spaced apart conductive shielding vias and related methods | |
| US7324049B2 (en) | Miniaturized ultra-wideband microstrip antenna | |
| Chakravarthy et al. | Comparative study on different feeding techniques of rectangular patch antenna | |
| US7724200B2 (en) | Antenna device, array antenna, multi-sector antenna, high-frequency wave transceiver | |
| KR100846487B1 (en) | Ultra-wide band antenna having isotropic radiation pattern | |
| KR101829816B1 (en) | Tri-band Double-dipole quasi-Yagi antenna using Dual Co-directional SRRs | |
| US11532889B2 (en) | Antenna device | |
| CN110380193A (en) | A kind of miniaturization multiband Shared aperture circular polarized antenna | |
| KR100962930B1 (en) | Ultra-wide-band antenna having quarter-slot and method for manufacturing the same | |
| CN110247167B (en) | Millimeter wave plane quasi-yagi antenna unit, array antenna and phased array antenna | |
| CN108598668B (en) | Portable communication terminal and PIFA antenna thereof | |
| Akila et al. | Design and Analysis of Microstrip Patch Antenna Using Alumina and Paper Substrate for WiFi Application | |
| Bhan et al. | Quad bands U-shaped slot loaded probe fed microstrip patch antenna | |
| Prabhu et al. | Design and Implementation of T-Shaped Planar Antenna for MIMO Applications. | |
| Pachigolla et al. | A compact rectangular microstrip patch antenna for 2.4 GHZ ISM band applications | |
| RU2645890C1 (en) | Broadband red-micropass antenna | |
| Gnanamurugan et al. | Gain and directivity Enhancement of Rectangular Microstrip patch Antenna using HFSS | |
| Ajetrao et al. | Phi shape UWB antenna with band notch characteristics | |
| Mehzabin et al. | Design and performance analysis of rectangular microstrip patch antenna (RMPA) based on 3 different substrates at 2.5 GHz | |
| RU2382450C1 (en) | Broadband horn-microstrip antenna | |
| KR20190002035A (en) | Antenna for changing ploarisation using hinge | |
| RU2657091C1 (en) | Flat broadband vibrator | |
| RU2345453C1 (en) | Broadband three-band horn-microstrip antenna | |
| CN102760945B (en) | Direct feed omnidirectional printed antenna with radiation load | |
| Thaher | Single and multiband UWB circular patch antenna for wireless communication applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181123 |