SU1741205A1

SU1741205A1 - Aerial

Info

Publication number: SU1741205A1
Application number: SU894781909A
Authority: SU
Inventors: Василий Иванович Федянович; Александр Петрович Провоторов
Original assignee: В. И, Фед нович и А. П. Провоторов
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1992-06-15

Abstract

Изобретение относитс к антенной технике и может быть использовано в антеннах , содержащих резонатор малой по сравнению с длиной рабочей волны глубины , в раскрыве которого расположен слой диэлектрика с нанесенными на него металлическими площадками, емкостна проводимость которого компенсирует индуктивную проводимость резонатора Целью изобретени вл етс увеличение КПД за счет снижени потерь в емкостной проводимости и расширение полосы рабочих частот. Антенна содержит резонатор 4 глубиной не более 0,06 Я, на дне которого расположен возбудитель 5, например, в виде металлической полосы. Раскрыв резонатора 4 закрыт слоем 2 диэлектрика, на обеих сторонах которого размещены частично перекрывающиес пр моугольные металлические площадки 1 размером не более 0,03 длины рабочей волны А, образующие между собой емкости. Положительный эффект достигаетс за счет введени свободных от металлизации полос на слое диэлектрика параллельных пол ризации, и выбора соотношений размеров пр моугольных металлических площадок. 1 з. п. ф-лы, 1 табл , 5 ил слThe invention relates to antenna technology and can be used in antennas containing a resonator small compared to the working wavelength depth, which has a dielectric layer with metal areas applied to it, the capacitive conductivity of which compensates for the inductive conductivity of the resonator. by reducing losses in capacitive conductivity and expanding the frequency band. The antenna contains a resonator 4 with a depth of no more than 0.06 I, at the bottom of which the pathogen 5 is located, for example, in the form of a metal strip. The opening of the resonator 4 is covered by a dielectric layer 2, on both sides of which there are partially overlapping rectangular metal pads 1 with a size of not more than 0.03 of the working wavelength A, forming capacitances between themselves. A positive effect is achieved due to the introduction of metallization-free strips on the dielectric layer parallel to polarization, and the choice of size ratios of rectangular metal pads. 1 h. n. f-ly, 1 tabl, 5 il sl

Description

фиг 1fig 1

Предлагаема антенна предназначена дл излучени или приема электромагнитных волн.The proposed antenna is designed to emit or receive electromagnetic waves.

Известна антенна с плоским емкостным листом, представл юща собой полый объ- емный пр моугольный резонатор, одна из металлических стенок которого с наибольшей площадью заменена емкостным листом. Через эту полупрозрачную стенку происходит излучение , она вл етс раскрывом антенны. A known antenna with a flat capacitive sheet, which is a hollow volume rectangular resonator, one of the metal walls of which with the largest area is replaced by a capacitive sheet. Through this translucent wall radiation occurs, it is the aperture of the antenna.

Емкостный лист представл ет собой плоскую структуру из электрических емкостей . Конструктивно это тонка диэлектрическа пластина, на обе стороны которой нанесены тонкие параллельные металличе- ские перекрывающиес ленты. На кра х емкостного листа по всему его периметру ленты соединены с четырьм металлическими стенками резонатора.The capacitive sheet is a flat structure of electrical capacitances. Structurally, this is a thin dielectric plate, on both sides of which there are thin parallel metal overlapping tapes. At the edges of the capacitive sheet, along its entire perimeter, the tapes are connected to the four metal walls of the resonator.

Обычные габариты такой антенны не бо- лееО,15АхО,15АхО,05А, причем 0,15АхО,15А- это размеры емкостного листа, а 0,051- глубина резонатора. Мала глубина резонатора 0,05 А и менее получаетс вследствие использовани емкостного листа, когда воз- можен низкочастотный (нулевой) резонанс, при котором тангенциальное электрическое поле перпендикул рно лентам. Резонатор антенны согласуетс с коаксиальным кабелем при помощи апериодического возбуди- тел - петли св зи.The usual dimensions of such an antenna are not more than 15AxO, 15AxO, 05A, with 0.15AxO, 15A being the dimensions of the capacitive sheet, and 0.051 is the depth of the resonator. A shallow resonator depth of 0.05 A or less is obtained due to the use of a capacitive sheet, when a low-frequency (zero) resonance is possible, at which the tangential electric field is perpendicular to the ribbons. Antenna resonator is matched with a coaxial cable with the help of aperiodic exciters - communication loops.

Така антенна не вл етс оптимальной по КПД и широкополосности. Потери энергии вызываютс противоположно направленными токами на кромках каждой ленты. Эти токи не основные, они текут вдоль кромок лент, т.е. поперек пол ризации, и вызываютс составл ющей магнитного пол , пронизывающей емкостный лист. Основные токи текут поперек лент, т.е. по направле- нию пол ризации.Such an antenna is not optimal in terms of efficiency and broadband. Energy losses are caused by opposite currents on the edges of each tape. These currents are not basic, they flow along the edges of the ribbons, i.e. across polarization, and is caused by a component of the magnetic field penetrating the capacitive sheet. The main currents flow across the ribbons, i.e. in the direction of polarization.

Кромочные токи реактивны, они увеличивают добротность антенны, что снижает ее широкополосность. Друга причина уменьшени широкополосности состоит в возбуждении резонатора антенны при помощи апериодической (не резонансной) петли св зи. Такому возбуждению присуща узкополосна одновпадинна частотна крива КСВ. Кроме того, такое возбуждение не позвол ет получить согласование с питающим кабелем при габаритах антенны более 0,15Ах 0,15АхО,05 А,Edge currents are reactive, they increase the quality factor of the antenna, which reduces its broadband. Another reason for reducing the bandwidth is to excite the antenna resonator with an aperiodic (non-resonant) communication loop. Such excitation is inherent in the narrow-band single-frequency frequency curve of the CWS. In addition, such excitation does not allow to obtain coordination with the power cable with the antenna dimensions of more than 0.15Ax 0.15AxO, 05 A,

Цель изобретени - увеличение КПД и ширины полосы рабочих частот.The purpose of the invention is to increase the efficiency and bandwidth of the working frequencies.

Дл увеличени КПД необходимо существенно ослабить паразитные кромочные (не основные) токи. Этого можно добитьс , разорвав сплошные перекрывающиес ленты на малые части - металлические площадки. Металлические площадки перекрываютс по направлению поперек прежних лент и не перекрываютс вдоль них. Кромочные токи ослабл ютс , но не исчезают. Они переход т в замкнутые (вихревые) токи, циркулирующие по периметрам площадок. Дл дальнейшего ослаблени вихревых токов необходимо увеличивать долю устраненных участков металла , но до определенного значени , так как иначе может увеличитьс сопротивление дл основных токов, т.е. существует оптимальна дол устраненного металла.To increase the efficiency, it is necessary to significantly attenuate parasitic edge (non-main) currents. This can be achieved by tearing continuous overlapping tapes into small pieces - metal pads. The metal pads overlap in the direction across the old ribbons and do not overlap along them. The edge currents are attenuated, but do not disappear. They transfer into closed (vortex) currents circulating around the perimeters of the pads. In order to further weaken the eddy currents, it is necessary to increase the fraction of eliminated metal parts, but to a certain value, since otherwise the resistance for the main currents, i.e. There is an optimal proportion of the eliminated metal.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследовани привод т к следующим оптимальным соотношени м, обеспечивающим максимум КПД, минимум добротности Q и резонанс на заданной длине волны А: q/cr 0,5 - 0,8А: а 0,03 А; ь 0,03 А;Conducted theoretical and experimental studies lead to the following optimal ratios, providing maximum efficiency, minimum quality factor Q and resonance at a given wavelength A: q / cr 0.5 - 0.8A: a 0.03 A; l 0.03 A;

b + 2д b + 2d

CT((q+6)e. CT ((q + 6) e.

В этих соотношени х р- величина перекрыти ; b - период расположени металлических площадок в р ду по направлению пол ризации а - период расположени р дов; q - ширина пр моугольных металлических площадок перпендикул рно пол ризации.Т- глубина резонатора,д-толщина сло диэлектри- ка,Ј-относительна проницаемость диэлектрика.In these ratios, p is the overlap value; b is the period of location of the metal pads in the row in the direction of polarization; a is the period of the arrangement of the rows; q is the width of rectangular metal pads perpendicular to polarization. T is the depth of the resonator, d is the thickness of the dielectric layer, is the relative permittivity of the dielectric.

Дальнейшее увеличение ширины полосы рабочих частот (при минимальной добротности Q) достигаетс за счет применени резонансного возбудител , настроенного на резонансную частоту антенного резонатора, что дает широкополосную двухвпадинную кривую КСВ. Резонансный возбудитель установлен параллельно основанию корпуса антенны симметрично над его центром по направлению пол ризации и выполнен в виде металлической полосы с размерами (0,1-0,3)А х (0,02- 0,06) А. Концы полосы замкнуты на корпус и она разорвана в центре. К разрыву подключены конденсатор настройки и кабель питани с согласующим конденсатором в центральном проводнике. Кабель проложен вдоль полосы. Св зь между резонатором и возбудителем , вли юща на форму кривой КСВ, регулируетс рассто нием полосы от основани корпуса, а согласование с кабелем - конденсатором св зи. В отличие от апериодического предлагаемый резонансный возбудитель позвол ет возбуждать антенны с большими размерами, но не более 0,3 АхО,3 А хО,06 А.A further increase in the operating frequency bandwidth (with a minimum Q of Q) is achieved through the use of a resonant exciter tuned to the resonant frequency of the antenna resonator, which gives a wide-band double-spin CWS curve. The resonant pathogen is installed parallel to the base of the antenna case symmetrically above its center in the direction of polarization and is made in the form of a metal strip with dimensions (0.1-0.3) A x (0.02-0.06) A. The ends of the strip are closed to the case and it is torn in the center. A capacitor and a power cable with a matching capacitor in the center conductor are connected to the break. The cable is laid along the strip. The connection between the resonator and the exciter, which influences the shape of the CWS curve, is controlled by the distance of the strip from the base of the housing, and the coordination with the cable - by the coupling capacitor. In contrast to the aperiodic, the proposed resonant pathogen allows excitation of antennas with large sizes, but not more than 0.3 Ah, 3 A x 0, 06 A.

С точки зрени колебательных процессов предлагаема антенна работает как система двух св занных колебательных контуров . Однако дл габаритов антенны более 0,1 АхО,1 АхО,05 А така аналоги не вполне точна,In terms of oscillatory processes, the proposed antenna operates as a system of two coupled oscillatory circuits. However, for antenna dimensions greater than 0.1 AhO, 1 AhO, 05 A, such analogs are not quite accurate,

Предлагаема антенна допускает двух- канальный вариант. Дл получени второго канала с перпендикул рной пол ризацией, независимой резонансной частотой и независимой регулировкой от первого в емкостный лист ввод тс дополнительные р ды перекрывающихс металлических площадок , перпендикул рные первым, и дополнительный перпендикул рный возбудитель. Поскольку степень заполнени поверхности диэлектрика металлом увеличиваетс за счет введени дополнительных р дов, то необходимо уменьшить ширину q металлических площадок обоих каналов, чтобы степень заполнени была прежней.The proposed antenna allows a two-channel version. To obtain a second channel with perpendicular polarization, independent resonant frequency and independent adjustment from the first, additional rows of overlapping metal pads, perpendicular to the first, and an additional perpendicular pathogen are introduced into the capacitive sheet. Since the degree of filling of the dielectric surface with metal is increased due to the introduction of additional rows, it is necessary to reduce the width q of the metal pads of both channels so that the degree of filling is the same.

На фиг. 1 схематично показана антенна, разрез, где 4 - корпус; 5 - металлическа полоса возбудител ; 6 - конденсатор настройки; 7 - согласующий конденсатор; 8 - коаксиальный кабель (оплетка припа на к полосе 5 возбудител ), у - направление по- л ризации, д - толщина сло диэлектрика; Т- глубина резонатора.На фиг,4 показан фрагмент емкостного листа,состо щего из верхних металлических площадок 1 диэлектрической пластины 2,нижнихметаллическихплощадокЗ,образующих с верхними площадками р ды перекрывающихс площадок по направлению пол ризации у.Пока- заны обозначени размеров, вход щие в описанные выше оптимальные соотношени .FIG. 1 schematically shows an antenna, a slit, where 4 is a housing; 5 - metal strip of the exciter; 6 - capacitor tuning; 7 - matching capacitor; 8 is a coaxial cable (braid is attached to the exciter strip 5), y is the direction of polarization, d is the thickness of the dielectric layer; T is the depth of the resonator. FIG. 4 shows a fragment of a capacitive sheet consisting of the upper metal pads 1 of the dielectric plate 2, the lower metal pads 3, which form with the upper pads a row of overlapping pads in the direction of polarization. the optimal ratios described above.

На фиг. 2 и 3 показаны варианты емко- стного листа дл двухканальной антенны (обозначени 1, 2, 3 как и на фиг. 4), Один канал обеспечивает пол ризацию пол по оси х, другой - по оси у. На фиг. 5 показано устройство двухканальной антенны с емко- стным листом, построенным по фиг. 2.FIG. Figures 2 and 3 show variants of a capacitive sheet for a two-channel antenna (designations 1, 2, 3, as in Fig. 4). One channel provides polarization of the field along the x axis, the other along the y axis. FIG. 5 shows a device of a two-channel antenna with a capacitive sheet constructed as shown in FIG. 2

В качестве примера приведена двухканаль- на антенна габаритами 0,ЗАхО,ЗД хО,05Я. Несущим элементом конструкции вл етс металлическа обечайка (четыре боковые стенки резонатора размером 0,3 А хО,05 А кажда ). Металлическое основание резонатора (дно) конструктивно совмещено с возбудителем и выполнено методом фотопечати на одном листе фольгированного стеклотекстолита, С внешней стороны фольга полностью сохранена и по кромкам гальванически соединена (пайкой) с боковыми стенками (с обечайкой). На внутренней стороне стеклотекстолита сохранены только металлические полосы взаимно перпендикул рных возбудителей двух каналов. Концы полос возбудителей гальванически соединены с дном резонатора короткозамыкател ми , равномерно распределенными по ширине полосы. В, центре возбудител оставлены островки фольги, к которым припа ны четыре подстроечных конденсатора (КТ4-25 с перекрытием 4-20 пф). Кабели питани проход т по половинам полос возбудителей, оплетка гальванически соединена с полосой. Центральный проводник кабел присоедин етс через конденсатор к противоположной стороне полосы возбудител за разрезом. Второй конденсатор присоединен к сторонам разреза. Центральна часть возбудител с конденсаторами и кабел ми схематично показана на фиг. 5. Емкостный лист выполнен методом фотопечати из листа стеклотекстолита с двухсторонним фольгированием по фиг. 2.As an example, a two-channel antenna with dimensions of 0, ZAHO, ZD XO, 05Ya is given. The structural element is a metal shell (four side walls of the resonator with a size of 0.3 A xO, 05 A each). The metal base of the resonator (bottom) is structurally combined with the causative agent and made by photo printing on one sheet of foil fiberglass fiber. On the outside, the foil is completely stored and galvanically connected along the edges (by soldering) to the side walls (with shell). On the inner side of the fiberglass plastic, only metal bands of mutually perpendicular pathogens of the two channels are preserved. The ends of the pathogen bands are galvanically connected to the bottom of the resonator by short-circuits uniformly distributed over the strip width. In the center of the exciter, there are islands of foil, to which four trimming capacitors are soldered (КТ4-25 with overlapping 4-20 pf). The power cables run across half pathogen bands, the sheath is galvanically connected to the band. The central conductor of the cable is connected through a capacitor to the opposite side of the exciter strip behind the cut. The second capacitor is connected to the sides of the cut. The central part of the driver with capacitors and cables is schematically shown in FIG. 5. The capacitive sheet is made by photo printing from glass fiber sheet with double-sided foiling according to FIG. 2

В таблице приведены значени вы- играша по КПД и по ширине полосы частот предлагаемой антенны по отношению к прототипу, характеризующемус дан- ными: h 0 (фиг. 4), апериодический возбудитель.The table shows the values of the efficiency and bandwidth of the proposed antenna with respect to the prototype, which is characterized by the data: h 0 (Fig. 4), aperiodic pathogen.

Таким образом, показано (теоретически и экспериментально), что оптимизаци размеров структуры емкостного листа и использование резонансного возбудител приводит к существенному улучшению основных параметров антенны: КПД и ширины полосы рабочих частот.Thus, it is shown (theoretically and experimentally) that the optimization of the dimensions of the structure of a capacitive sheet and the use of a resonant exciter leads to a significant improvement in the basic parameters of the antenna: efficiency and bandwidth of the working frequencies.

Claims

1. An antenna containing a screen, a cavity in the screen, the dimensions of which are not more than 0.3A xO, 3 A and depth not more than 0.06 A, where A is the working wavelength, the causative agent located at the bottom of the cavity, the input coaxial cable connected to a pathogen parallel to the pathogen are rows of rectangular metal pads alternately arranged with mutual overlap on two sides of a dielectric layer installed in the aperture of the cavity, the extreme rectangular metal pads being connected to the screen, characterized in that, in order to increase efficiency and the width of the working frequency band, the overlap p, the period b of the arrangement in the row and the width q of the rectangular metal pads, the period of the arrangement of the rows, the depth of the cavity T, the thickness d and the permeability in the dielectric layer are selected from

q / ff 0,5 - (W; St 0.03 A;. l, b - p 2 d;

od) OA

p o

4L2T (with {+ 5) e

2, the antenna according to claim 1, wherein the exciter is made in the form of a metal strip connected by ends

with the bottom of the cavity and the input coaxial cable provided with a cut in it, and matching the middle, to the sides of which are connecting elements.

Fig.Z

Have