RU64437U1

RU64437U1 - BROADBAND MICROBAND ANTENNA

Info

Publication number: RU64437U1
Application number: RU2007105268/22U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Анатольевич Литвинов
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2007-06-27

Abstract

Полезная модель относится к антенной технике и предназначена для использования в аппаратуре связи и радиолокации в качестве одиночного широкополосного излучателя и как элемент низкопрофильной антенной решетки. Технический результат - расширение рабочей полосы частот излучаемых волн, а также возможность выполнения антенны в низкопрофильном варианте. Предлагается в микрополосковой антенне, содержащей диэлектрическую подложку, металлический экран, излучатель, состоящий из полуволновых вибраторов, симметрично расположенных в две стороны от места запитки, рабочие частоты которых уменьшаются по мере удаления от точки запитки за счет их удлинения, расширить рабочую полосу путем изменения излучающей части, а также сделать антенну низкопрофильной благодаря введению новой схемы питания. Схема питания состоит из двух собирающих полосков, каждый из которых соединяет плечи вибраторов, а также питающего фидера, центральная жила которого соединяется с центром одного из собирающих полосков. Второй собирающий полосок заземляется. Ширина вибраторов не превышает нескольких десятых длины волны. Выбирая соответствующим образом количество и резонансные частоты вибраторов, можно получить рабочую полосу частот до 50% при КСВН менее 2. 1 ил.The utility model relates to antenna technology and is intended for use in communication and radar equipment as a single broadband emitter and as an element of a low-profile antenna array. The technical result is the expansion of the working frequency band of the emitted waves, as well as the ability to perform the antenna in a low profile version. It is proposed in a microstrip antenna containing a dielectric substrate, a metal screen, an emitter consisting of half-wave vibrators symmetrically located on two sides of the power supply point, the operating frequencies of which decrease with distance from the power point due to their elongation, to expand the operating band by changing the radiating part , and also make the antenna low-profile thanks to the introduction of a new power scheme. The power supply circuit consists of two collecting strips, each of which connects the shoulders of the vibrators, as well as a feeding feeder, the central core of which connects to the center of one of the collecting strips. The second collecting strip is grounded. The width of the vibrators does not exceed several tenths of the wavelength. By choosing the appropriate number and resonant frequencies of the vibrators, it is possible to obtain a working frequency band of up to 50% with an VSWR of less than 2. 1 ill.

Description

Полезная модель широкополосная микрополосковая антенна предназначена для использования в аппаратуре связи и радиолокации в качестве одиночной широкополосной антенны или как элемент микрополосковой антенной решетки.The utility model is a broadband microstrip antenna designed for use in communications and radar equipment as a single broadband antenna or as an element of a microstrip antenna array.

Известна микрополосковая антенна, в которой расширенная полоса частот реализуется за счет удаления петлевого вибратора от металлического экрана на величину 0,1 λ_ср, где λ_ср - средняя рабочая длина волны в диэлектрике подложки. (см. "Широкополосная микрополосковая антенна". Экспресс-информация "Радиотехника СВЧ", N 37, 1978 г, реферат 252, стр.1-5).A microstrip antenna is known in which an expanded frequency band is realized by removing a loop vibrator from a metal screen by 0.1 λ _cf , where λ _cf is the average working wavelength in the dielectric of the substrate. (see. "Broadband microstrip antenna." Express information "Microwave Radio Engineering", N 37, 1978, abstract 252, pp. 1-5).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата относится то, что при выполнении антенны в низкопрофильном варианте, когда петлевой вибратор удален от металлического экрана на 0,01-0,02 λ_cp, рабочая полоса частот уменьшается до 5-6%.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include the fact that when the antenna is performed in the low-profile version, when the loop vibrator is removed from the metal screen by 0.01-0.02 λ _cp , the working frequency band is reduced to 5-6%.

Наиболее близким устройством является микрополосковая антенна, включающая расположенную над экраном на обеих сторонах подложки решетку излучателей и двухпроводную линию передачи, к одному проводнику которой на расстоянии половины соответствующей резонансной длины волны попеременно с разных сторон присоединены четвертьволновые вибраторы, а к другому на обратной стороне подложки под ними присоединены в середине полуволновые симметричные вибраторы, на всех плечах или на плечах некоторых логопериодически расположенных полуволновых симметричных вибраторов образованы поперечные зазоры, не превышающие по ширине толщину подложки (см. патент РФ №2122263).The closest device is a microstrip antenna, including a radiator array and a two-wire transmission line located above the screen on both sides of the substrate, to one conductor of which at a distance of half the corresponding resonant wavelength, quarter-wave vibrators are alternately connected from different sides, and to the other on the reverse side of the substrate below them connected in the middle are half-wave symmetrical vibrators, on all shoulders or on the shoulders of some log-periodically located half-waves immetrichnyh vibrators are formed by transverse gaps that do not exceed the width of the substrate thickness (cm. Russian patent №2122263).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании устройства, принятого за To the reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the device adopted for

прототип, относится то, что схема питания данного устройства не позволяет выполнить данную антенну в низкопрофильном варианте, так как приближение экрана к нижней части окажет сильное влияние на нижнюю излучающую часть, что приведет к сужению рабочей полосы частот. Антенна обеспечивает рабочую полосу частот до 40% при КСВН менее 2.The prototype refers to the fact that the power circuit of this device does not allow this antenna to be performed in a low-profile version, since approaching the screen to the lower part will have a strong effect on the lower radiating part, which will lead to a narrowing of the working frequency band. The antenna provides a working frequency band of up to 40% with an VSWR of less than 2.

Сущность предлагаемой полезной модели заключается в увеличении ширины рабочей полосы частот, т.к. это является главной проблемой при проектировании микрополосковых антенн, а также в выполнении антенны в низкопрофильном варианте, что существенно расширит область применения данной антенны, т.к. низкопрофильность является одним из наиболее важных параметров, учитываемых при проектировании микрополосковых антенн для судостроительной и авиационной промышленности.The essence of the proposed utility model is to increase the width of the working frequency band, because this is the main problem in the design of microstrip antennas, as well as in the implementation of the antenna in the low-profile version, which will significantly expand the scope of this antenna, because low profile is one of the most important parameters taken into account when designing microstrip antennas for the shipbuilding and aviation industries.

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является расширение рабочей полосы частот излучаемых волн, а также возможность выполнения антенны в низкопрофильном варианте.The technical result, the achievement of which is proposed by the proposed utility model, is to expand the working frequency band of the emitted waves, as well as the ability to perform the antenna in a low-profile version.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном устройстве микрополосковой антенны, работающей в широком диапазоне частот, излучающий элемент расположен на диэлектрической подложке над экраном и состоит из нескольких полуволновых вибраторов, имеющих разные рабочие частоты и запитываемых коаксиальным фидером.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that in the known microstrip antenna device operating in a wide frequency range, the radiating element is located on a dielectric substrate above the screen and consists of several half-wave vibrators having different operating frequencies and powered by a coaxial feeder.

Особенность заключается в том, что плечи полуволновых вибраторов, расположенных на диэлектрическом основании с экраном симметрично, в две противоположные стороны от места запитки, и длины которых возрастают по мере удаления от центра, объединяются двумя собирающими полосками, середина одного из которых соединяется с центральной жилой питающего фидера, а центр второго заземляется.The peculiarity lies in the fact that the shoulders of half-wave vibrators located symmetrically on a dielectric base with a screen, in two opposite sides of the power supply, and the lengths of which increase with distance from the center, are combined by two collecting strips, the middle of one of which is connected to the central supply feeder, and the center of the second is grounded.

На фиг. изображена предлагаемая микрополосковая антенна.In FIG. The proposed microstrip antenna is shown.

Микрополосковая антенна содержит диэлектрическую подложку 1, на одной стороне которой расположен металлический экран 2, а на другой стороне расположен основной микрополосковый излучатель. Излучатель состоит из собирающих полосков 3, в центре одного из которых подключен питающий фидер 4 (выполненный в рассматриваемом примере в виде разъема коаксиального кабеля), а центр второго заземлен короткозамыкателем - 6. Собирающие полоски соединяют последовательно расположенные в две стороны от места запитки плечи вибраторов 5. Ширина вибраторов не должна превышать нескольких десятых длины волны, также как и расстояние между собирающими полосками.The microstrip antenna contains a dielectric substrate 1, on one side of which is a metal screen 2, and on the other side is the main microstrip emitter. The emitter consists of collecting strips 3, in the center of one of which is connected a feeding feeder 4 (made in the example considered as a coaxial cable connector), and the center of the second is grounded with a short-circuit - 6. The collecting strips connect the vibrator arms located in two directions from the power supply point 5 The width of the vibrators should not exceed a few tenths of the wavelength, as well as the distance between the collecting strips.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Питающий фидер возбуждает собирающие полоски. В зависимости от рабочей частоты возбуждается тот или иной вибратор, настроенный на данную частоту. По мере удаления от места запитки собственные резонансные частоты вибраторов уменьшаются. В совокупности вибраторы образуют многорезонансную систему, составные части которой имеют между собой не сильную связь, что обеспечивает достаточно высокий уровень согласования в промежутках между соседними резонансами. Так как из теории антенн известно, что микрополосковые вибраторы являются узкополосными излучающими устройствами, то для обеспечения широкополосного согласования, собственные резонансные частоты вибраторов 1, 2, 3 должны отличаться друг от друга на величину не более 5-10%. Если частоты будут отличаться на большую величину, настройка согласования имеет характер отдельных узкополосных резонансов. Количество вибраторов может быть увеличено, но практически количество пар вибраторов берется не более пяти. Это связано с тем, что по мере удаления от точки запитки происходит затухание электромагнитной волны, и КПД антенны падает. Расстояние между соседними вибраторами не должно быть меньше чем 2-3 ширины отдельно взятого вибратора, для уменьшения влияния их друг на друга.The feeder feeds the collecting strips. Depending on the operating frequency, one or another vibrator tuned to this frequency is excited. As you move away from the place of supply, the natural resonant frequencies of the vibrators decrease. In aggregate, the vibrators form a multi-resonance system, the components of which are not strongly connected to each other, which provides a fairly high level of coordination in the intervals between adjacent resonances. Since it is known from antenna theory that microstrip vibrators are narrow-band emitting devices, to ensure broadband matching, the natural resonant frequencies of vibrators 1, 2, 3 should differ from each other by no more than 5-10%. If the frequencies differ by a large amount, the matching setting has the character of individual narrow-band resonances. The number of vibrators can be increased, but in practice the number of pairs of vibrators is taken no more than five. This is due to the fact that as you move away from the power point, the electromagnetic wave attenuates, and the antenna efficiency drops. The distance between adjacent vibrators should not be less than 2-3 widths of a single vibrator, to reduce their influence on each other.

Таким образом, широкополосная настройка полосковой антенны обеспечивается выбором количества дополнительных микрополосковых вибраторов, их резонансных частот. При использовании до пяти пар вибраторов, микрополосковая антенна может быть настроена в полосе частот с перекрытием примерно 2:1 (полоса частот до 50% при КСВН менее 2).Thus, the broadband tuning of the strip antenna is provided by the choice of the number of additional microstrip vibrators, their resonant frequencies. When using up to five pairs of vibrators, the microstrip antenna can be tuned in the frequency band with an overlap of about 2: 1 (frequency band up to 50% with VSWR less than 2).

Claims

A microstrip antenna operating in a wide frequency range, having a radiating element located on a dielectric substrate above the screen, consisting of several half-wave vibrators having different operating frequencies and powered by a coaxial feeder, characterized in that the shoulders of half-wave vibrators are located on a dielectric base with a screen symmetrically in two opposite sides of the feeding place and the length of which, increasing with distance from the center, are combined by two collecting strips, the middle one on of which is connected to the central core of the supply feeder and the second center is grounded.