Антенна

 

Изобретение относится 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, емкостная проводимость которого компенсирует индуктивную проводимость резонатора Целью изобретения является увеличение КПД за счет снижения 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 перекрывающиеся прямоугольные металлические площадки 1 размером не более 0,03 длины рабочей волны А, образующие между собой емкости. Положительный эффект достигается за счет введения свободных от металлизации полос на слое диэлектрика параллельных поляризации, и выбора соотношений размеров прямоугольных металлических площадок. 1 з. п. ф-лы, 1 табл , 5 ил сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 01 0 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Qe

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4781909/09 (22) 09.11.89 (46) 15,06.92. Бюл, К. 22 (75) В. И, Федянович и А, П. Провоторов (53) 621,396.67(088,8) (56) Машинное проектирование устройств и систем СВЧ, Межвузовский сборник научных трудов под, ред. В. В, Никольского, МИРЭА, 1980, с. 188 — 205, рис, 6 (прототип). (54) АНТЕННА (57) Изобретение относится 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, емкостная проводимость которого компенсирует индуктивную проводимость резонатора, Целью изобрете„„Я „„1741205 А1 ния является увеличение КПД за счет снижения потерь в емкостной проводимости и расширение полосы рабочих частот. Антенна содержит резонатор 4 глубиной не более 0,061, на дне которого расположен возбудитель 5, например, в виде металлической полосы, Раскрыв резонатора 4 закрыт слоем 2 диэлектрика, на обеих сторонах которого размещены частично перекрывающиеся прямоугольные металлические площадки 1 размером не более 0,03 длины рабочей волны iL образующие между собой емкости. Положительный эффект достигается за счет введения свободных от металлизации полос на слое диэлектрика, параллельных поляризации, и выбора соотношений размеров прямоугольных металлических площадок. 1 з. и. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

1741205

Предлагаемая антенна предназначена для излучения или приема электромагнитных волн.

Известна антенна с плоским емкостным листом, представляющая собой полый обьемный прямоугольный резонатор, одна из металлических стенок которого с наибол ьшей площадью заменена емкостным листом. Через эту полупрозрачную стенку происходит излучение, она является раскрывом антенны, Емкостный лист представляет собой плоскую структуру из электрических емкостей. Конструктивно это тонкая диэлектрическая, пластина, на обе стороны которой нанесены тонкие параллельные металлические перекрывающиеся ленты. На краях емкостного листа по всему его периметру ленты соединены с четырьмя металлическими стенками резонатора.

Обычные габариты такой антенны не более 0,15 x0,15il, х0,05Л, причем 0,15 x0,15Л— это размеры емкостного листа, а 0,05iI.— — глубина резонатора. Малая глубина резонатора 0,05 Л и менее получается вследствие использования емкостного листа, когда возможен низкочастотный (нулевой) резонанс, при котором тангенциальное электрическое поле перпендикулярно лентам. Резонатор антенны согласуется с коаксиальным кабелем при помощи апериодического возбудителя — петли связи.

Такая антенна не является оптимальной по КПД и широкополосности. Потери энергии вызываются противоположно направленными токами на кромках каждой ленты.

Эти токи не основные, они текут вдоль кромок лент, т.е. поперек поляризации, и вызываются составляющей магнитного поля, пронизывающей емкостный лист. Основные токи текут поперек лент, т,е. по направлению поляризации, Кромочные токи реактивны, они увеличивают добротность антенны, что снижает ее широкополосность, Другая причина уменьшения широкополосности состоит в возбуждении резонатора антенны при помощи апериодической (не резонансной) петли связи. Такому возбуждению присуща узкополосная одновпадинная частотная кривая КСВ. Кроме того, такое возбуждение не позволяет получить согласование с питающим кабелем при габаритах антенны более 0,15Л х 0,15Лх0,05Л, Цель изобретения - увеличение КПД и ширины полосы рабочих частот.

Для увеличения КПД необходимо существенно ослабить паразитные кромочные (не основные) токи, Этого можно добиться, разорвав сплошные перекрывающиеся лен5

55 ты на малые части — металлические площадки, Металлические площадки перекрываются по направлению поперек прежних лент и не перекрываются вдоль них. Кромочные токи ослабляются, но не исчезают. Они переходят в замкнутые (вихревые) токи, циркулирующие по периметрам площадок. Для дальнейшего ослабления вихревых токов необходимо увеличивать долю устраненных участков металла, но до определенного значения, так как иначе может увеличиться сопротивление для основных токов, т,е. существует оптимальная доля устраненного металла .

П роведенные теоретические и экспериментальные исследования приводят к следующим оптимальным соотношениям, обеспечивающим максимум КПД, минимум добротности Q и резонанс на заданной длине волны Л:

qicr=0,5 — 08Л: o O,ОЗЛ; b =О,ОЗЛ;

b — ф 2д;р+2д =

=ОДЛ2/(4л2Т Ь (q+д) я).

В этих соотношениях p — величина перекрытия; b — период расположения металлических площадок в ряду по направлению поляризации o — период расположения рядов; q — ширина прямоугольных металлических. площадок перпендикулярно поляризации,Tглубина резонатора,д-толщина слоя диэлектрика,E-относительная проницаемость диэлектрика.

Дальнейшее увеличение ширины полосы рабочих частот (при минимальной добротности Q) достигается эа счет применения резонансного возбудителя, 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 поляризации и выполнен в виде металлической полосы с размерами(0,1 — 0,3) Л х (0,020,06) iL Концы полосы замкнуты на корпус и она разорвана в центре. К разрыву подключены конденсатор настройки и кабель питания с согласующим конденсатором в центральном проводнике. Кабель проложен вдоль полосы. Связь между резонатором и возбудителем, влияющая на форму кривой КСВ, регулируется расстоянием полосы от основания корпуса, а согласование с кабелем— конденсатором связи, В отличие от апериодического предлагаемый резонансный возбудитель позволяет возбуждать антенны с большими размерами, но не более 0,3 ЛхО,ЗЛ х0,06 Л.

С точки зрения колебательных процессов предлагаемая антенна работает как си1741205 стема двух связанных колебательных контуров. Однако для габаритов антенны более

0,1Лх0,1Лх0,05 Л такая аналогия не вполне точна, Предлагаемая антенна допускает двухканальный вариант. Для получения второго канала с перпендикулярной поляризацией, независимой резонансной частотой и независимой регулировкой QT первого в емкостный лист вводятся дополнительные ряды перекрывающихся металлических площадок, перпендикулярные первым, и дополнительный перпендикулярный возбудитель.

Поскольку степень заполнения поверхности диэлектрика металлом увеличивается за счет введения дополнительных рядов, то необходимо уменьшить ширину q металлических площадок обоих каналов, чтобы степень заполнения была прежней.

На фиг. 1 схематично показана антенна, разрез, где 4 — корпус; 5 — металлическая полоса возбудителя; 6 — конденсатор настройки; 7 — согласующий конденсатор; 8— коаксиальный кабель (оплетка припаяна к полосе 5 возбудителя), у — направление.поляризации, .д — толщина слоя диэлектрика;

Т- глубина резонатора.На фиг 4 показан фрагмент емкостного листа,состоящего из верхних металлических площадок 1,диэлектрической пластины

2,нижних металлических площадок 3,образующих с верхними площадками ряды перекрывающихся площадок по направлению поляризации у.Показаны обозначения размеров, входящие в описанные выше оптимальные соотношения.

На фиг. 2 и 3 показаны варианты емкостного листа для двухканальной антенны (обозначения 1, 2, 3 как и на фиг, 4); Один канал обеспечивает поляризацию поля по оси х, другой — по оси у. На фиг. 5 показано устройство двухканальной антенны с емкостным листом, построеннь;м по фиг. 2.

В качестве примера приведена двухканальная антенна габаритами О,ЗЛхО,ЗЛх0,05Л. Несущим элементом конструкции является металлическая обечайка (четыре боковые стенки резонатора размером 0,3 il х0,05 Л каждая). 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 перпендикулярных возбудителей двух каналов. Концы полос возбудителей гальванически соединены с дном резонатора короткозамыкателями, равномерно распределенными по ширине полосы. В центре возбудителя оставлены островки фольги, к которым припаяны четыре подстроечных конденса5 тора (КТ4 — 25 с перекрытием 4 — 20 пФ). Кабели питания проходят по половинам полос возбудителей, оплетка гальванически соединена с полосой. Центральный проводник кабеля присоединяется через конденсатор к противоположной стороне полосы возбудителя за разрезом, Второй конденсатор

10 присоединен к сторонам разреза. Центральная часть возбудителя с конденсаторами и кабелями схематично показана на фиг.

5. Емкостный лист выполнен методом фотопечати из листа стеклотекстолита с двухсторонним фольгированием по фиг. 2.

В таблице приведены значения выиграша по КПД и по ширине полосы

20 частот предлагаемой антенны по отношению к прототипу, характеризующемуся данными; h= 0 (фиг. 4), апериодический возбудител ь.

Таким образом, показано (теоретически и экспериментально), что оптимизация размеров структуры емкостного листа и испол ь25 зование резонансного возбудителя приводит к существенному улучшению основных параметров антенны: КПД и ширины полосы рабочих частот

Формула изобретения

1. Антенна, содержащая экран, полость в экране, размеры которой не более О,ЗЛх0,3 Л и глубина не более 0,06.Л, где, Л вЂ” длина рабочей

35 волны, возбудитель, расположенный на дне полости, входной коаксиальный кабель, присоединенный к возбудителю, параллельные возбудителю ряды прямоугольных металлических площадок, расположенных

40 поочередно с взаимным перекрытием на двух сторонах слоя диэлектрика, установленного в раскрыве полости, причем крайние прямоугольные металлические площадки соединены с экраном, о т л и ч а45 ющаясятем,что,сцельюувеличения КПД и ширины полосы рабочих частот, величина перекрытия р, период Ь расположения в ряду и ширина q прямоугольных металлических площадок, период о расположения ря50 дов, глубина полости Т, толщина д и проницаемость е слоя диэлектрика выбраны из соотношения

qÃo =0,5 — 0,8 ;o 0,03Л; Ь O,ж;

b — p>2Д;

2д.

4л Т Ь (+д)е

2. Антенна по и. 1, отличающаяся тем, что возбудитель выполнен в виде металлической полосы, соединенной концами

1741205 с дном полости и снабженной разрезом в ее ны входной коаксиальный кабель и согласусередине, к сторонам которого присоедине- ющие элементы.

Фиг4

Составитель В.Федянович

Редактор А.Долинич Техред М.Моргентал Корректор Т,Палий

Заказ 2089 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101