Микрополосковая антенна
(19) RU (11) 2001477 CI (51) 5 Н 01 13 20
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ dSnHcp;,= „ (21) 4808784/09 (22) 02.04.90 (46) 15.10.93 Бюп. Мд 37-38 (71) Центральный научно-исследовательский ра— диотехнический институт (72) Зайцев ЮА; Соловьев В.П; Спеваков О.Ю. (73) Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт (54) МИКРОПОЛОСКОВАЯ АНТЕННА (57) Использование: в антенной технике, в частности в нерезонансных антеннах щелевого типа. Сущность изобретения: в антенну, содержащую диэлектрическую пластину с нанесенными на нее полосками, образующими плавный переход от входной пинии питания (несимметричной полосковой линии) к двухпроводной ленточной линии, и излучающую часть в виде неоднородной несимметричной щелевой линии, введена вторая такая же диэлектрическая пластина, расположенная вплотную к пер— вой. На внешней стороне второй пластины расположен полосок. топология которого идентична топологии внешнего полоска первой пластины. Такое
"двухслойное" выполнение антенны позволяет исключить ортогональную составляющую электрического поля, что и дает возможность исключить кросспопяризацию и изменение направления вектора поляризации при изменении частоты сигнала. 2 ил.
70014(Изобретение относитсл к антенной технике, о частности к непеэонлнсным Rfireiiнам н(елеRого типа.
Изобретение наиболее эф < ектиоi Такую ант(нну можно и риглОни Гь в кл (ecT(30 элемента широкополосн<<х антенных решеток. Известна щелевал антенна постоянной шиг)ины, записываемая (30(lfto loäoff, предназначенным длл излученил зл .I.T pot <ц<(роком д<гапазоне частот. Э((1 антенна состоит LI3 диэлектри <еской плас)ины, частичНО ПОГЛЕЩОННОй B ÎTKPRITL>I!1 КОНЕЦ прямоугольного волновода посередине широкой и параллельно узкой ста((ке пгследнего. На одной стороне плагти(ь(находлтся доа металли>(вских полоска, I;0)opi>IQ по мере продви)кения к открытому I:ok K0Illlå пластины щелевая J!Lffl!1(I 3!ECf10klei!циально расширяетсл. Пр<1 лтог< у <асток пластинь с расширяloщим fcл пп( И ЭКСГ10 (< H li lln J)h HO PE3C tf) Ll g)B IO!I I Q L" CSI ЩРЛ(>10 образуloT излучающую часть ан гонцы. При этом излучаеглое поле имеет n;fif(.L)tiyio поляризацию, вектор которой параллелен плоскости диэлектрической fl(lflcfllHt. Д;)ннлл антенна позопллет работать в дпстаточ <п широкой полосе частот с отсу(0 11)ием кросс(<оляризации и KB га<<ия вектора г.оллризации при изглене<<ии (г<стпть«. !ед()с)аткогл ее явля<отся большие поперечные раз(леры, которь е не глогут быть значит»л(,:<о гле<3ьше, <(ЭМ с((((()х /2. Гдв )(и:(х — Г1аКСИГЛ.) 1ЬНЛЛ д(kill<0 волны. Известна так:ке миrро()олockfn<3 антеtl на на основе t CTOpoHe — pBRffOL3!( 25) ,"10 35 (10 с15 55 идентичный первому по форме полосок. При этогл пба перехода расхпдлн(иесл, ограни«eIii
Кроме того f! излуч;)емог.) поле прису)стоует ор)огональнлл соггавллющал, сдоинутал по )ff3e»B 90" относи)ельно основной (т.е. иглеетсл кроссполлризацил). Из известных микрпкполпс (0Bblx антенн, pe()oreiofll<1x (3<ниоокo!1 полосе частот, наиболее блlfeкой по техни Ieñrîé сущности лвллетсл г(икрополоскпоал аIITQHIIО на огнове неоднородHой щ»леоой лиHLfè. Эта àll т»нна содержит диэлектрическу<о 11nncTL!Ify, на одной стороне которой расположен сужающийся металлическии полосок? (фиг.1), переходящий затеf< в pnctf) BKE;f10HckIToL1, с дпугпй — кривой, обеспечива<о(ц»й плавный переход от доухпрогодной ленточной линии (сечение В-В) и эксппненцилльно рас(13<<ря<ощей)сл щелеООй n!f!IL!Lf (Ус<аСТПК Or R-R ДО Д-Д), а t
I1ЗЛ>(сI;30t1О 1 I10Л0 П PIИСУТСТ(3>(РТ 0()! ОГО<<аЛЬ и н 15I ГОГта ел л(0 Щал, ГД011НУтлл Гl э фазР Hñ3 90 ОТНОСИТ»(1<я <О ОСНПОНПй (Г.Q. ИМРРТСЛ К()ОССполлпизлцил), Поэтому правильнее говорить о повороте большой оси эллипса ги)(<лриз()ции. Длл клждои частоты сущестОУ т НЕКПТОРая ЗОНа ИЗЛУЧЛЦОЩЕй ГаСтИ RHте н и ы, i)o(: л» кото рой гло1цность Ron tibi, рзспрп rf);)kfi)tofileйсл по неоднородной ц(0левой л <нии. резко уменьшаетсл (часть мощностll, «а которую происходит это уменьшен, » за вычетом тепловых потерь и диэлектрике;1 металле, излу (аетсл). Эгo зффективн;<я зг»<а излучен<<л (ЭЗИ). K<3v. видно из (1 и< 1 <.езул(,тиру<Г>н(и<1 вектор напрлж»ннос)и; лектрическпго полл Г повпрачи-! )с<()ТС l Г PL> Рс)Г <1 РП(T ();3 k(E .I < <111 f!OJI I< l l 1)ДОЛ!> 20(>1177 излу <<<1 ак к <к »>ири><а >цел<> >< .) <И зяе<ис1<т QT длинь> волнь> в свобод><ом пространстве, для различных частот будуг различные ЭЗИ. Направление вектора F в ЭЗИ совпадает с направле><ием вектора напряженности электрического поля излучаемого сигнала. Поэтому с изменением частоты последнее поворачивается, И этот эффект выражен тем значительней, чем больше толщи><а подложки. Несмотря на то, что основная часть подводимой к антенне мощности излучается в ЭЗИ, некоторая ее часть излучается и в предшествующих зонах, в которых вектор Е повернут относительно вектора Е в ОЗИ. Так как постоянные распространения в щелевой линии и в свободном пространстве отличаются друг от друга. то в дальней зоне они складываются с различными фазами. Поэтому конец вектора поляризации поля в дальней зоне движется по эллипсу, Наличие кроссполяризации и поворот вектора поляризации при изменении частоты могут оказаться нежелательными при использовании такой антенны в приемо-передающих радиоустройствах, к которым предьявляются повышенные требования к линейности и стабильности поляризации. Целью изобретения является устранение кроссполяриэации и изменения положения вектора поляризации при изменении частоты излучаемого си нала. Кроме того данное техническое решение позволяет уменьшить параэитную электромагнитную связь между антенной и близко к ней расположенными элементал<и Поставленная цель достигается тем, что в микрополосковой антенне содер>к><тся диэлектрическая пластина, на однои стороне которой расположен экспоненциально сужающийся металлический полосок, переходящий затем в расширяющийся полосок, ограниченный с одной стороны экспонентой, а с другой — кривой, обеспечивающей плавный переход от двухпроводной ленточной линии к экспоненциально расширяющейся щелевой линии. На противоположной стороне пластины находится равноширокии вначале «переходящий затем в зеркально расположенный идентичный первому по форме полосок. При этом оба расходящиеся, ограниченные экспонентами полоски, образу>от излучающую часть антенны, а сужающийся и равноширокии полоски трансформатор, согласу>ощий ее с входной линией питания. При этом соглаcно иэобпеTе><ию в антенну аведе><а идентичная первой расположен><а» впво>ную к неи вторая диэлектр> еская пластина. на внешней стороне которой имеется полосок. топология которого такая же, как топология внешней стороны первой 5 подложки. Taroe выполнение микрополосковой антенны позволяет устранить кроссполяризац><>о. уменьшить изменение направления вектора поляризации излучаемого антенной 10 сигнала. Кроме того, данное техническое решение позволяет уменьшить паразитную электрол<агнитную связь между антенной и близко к ней расположенными элементами. Сравнение заявленной антенны с прототи15 пом показывает, что заявленная микрополосковая антенна отличается тем, что она содержит дополнительную диэлектрическую пластину, вплотную примыкающую к основной диэлектрической пластине, с на20 несенным на ее внешней поверхности полоско>л, форма которого идентична форме полоска, расположенного на внешней стороне первой диэлектрической пластины. Нап><««е этих отличительных признаков по25 зволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию "Новизна". Сравнение отличительных признаков предложения с другими известными техническими решениями показало. что такое 30 "двухслоиное" выполнение антенны с вышеуказанной формой полосков на внешних и внутренних поверхностях диэлектрических пластин заявителю неизвестно, причем в указанной "двухслойной"конструкции про35 исходит такой процесс излучения (подробно описанный далее), при котором отсутствует орто>ональная составляющая электрического поля, что. в свою очередь, исключает кроссполяризацию и качание плоскости по40 ляризации при изменении частоты сигнала. Направление вектора электрической составляющей излучаемого антенной поля совпад >ет с направлением вектора результиру>ощей напряженности электрического 45 . -+ поля Е в ЭЗИ. Из-за того, что в антенне установлена вторая пластина 1 с полоском 3, a> 2001477 ортогональной составляющей поля полностью отсутствует кроссполяризация и качание плоскости поляризации при изменении частоты сигнала. Так как для питания используется симметричная полосковая линия, являющаяся линией закрытого типа, то по сравнению с прототипом данное техническое решение позволяет уменьшить параэитную электромагнитную связь между антенной и близко расположенными к ней элементами на участке от А-А до 8-8 (фиг.1, 2), На фиг,1 изображена микрополосковая антенна, принятая эа прототип, и структура электрического поля в различных ее сечениях; на фиг.2 — предлагаемая антенна и структура электрического поля в различных ее сечениях. Предлагаемая антенна содержит две диэлектрические пластины 1 и 2, расположенные вплотную друг к другу (они могут быть, например. приклеены или закреплены в обойме). На внешней стороне пластины 2 находится металлической полосок 4, эспоненциально сужающийся от сечения А-А до сечения В-В, который затем начинает расширяться от сечения В-В до сечения Д-Д, причем с внутренней стороны расширяющаяся часть полости ограничена экспонентой, а с внешней — кривой, обеспечивающей плавный переход от двухпроводной ленточной линии (сечение 8-8) к экспоненциально расширяющейся щелевой линии (участок от В-В до Д-Д). На внешней стороне пластины 1 находится полосок, рисунок которого симметричен рисунку внешней стороны пластины 2 относительно плоскости, разделяющей подложки. На внутренней стороне пластины 2 расположен полосок 5. имеющий постоянную ширину от сечения А-А до сечения 8-8 и переходящий затем от сечения B-В до сечения Д-Д в полосок. рисунок которого является зеркальным отображением полосков, расположенных на внешних сторонах пластин на участке от В-В до Д-Д. При этом полоски 3, 4, 5, образуют на участке от А-А до 8-8 переход от симметричной полосковой линии (СПЛ) передачи к симметричной трехпроводной ленточной линии передачи, которая затем переходит в экспоненциально расширяющуюся несимметричную щелевую линию. Толщина пластин выбирается исходя из соображений технологии и допустимой мощности. подводимой к антенне. Длина перехода и излучающей части обычно выбирается минимальной при условии обеспечения величины КСВН не более заданной (как правило это (1 — 5)kax. где 4з — максимальная длина волны рабочего диапазоне в линии передачи), 5 Питание антенны производИтся от СВЧисточника через СПЛ, которая находится на ответных полосковых платах, присоединяемых к входу антенны 6. Устройство работает следующим о5раэом. Входной сигнал от СВЧ-источника по СПЛ подается на вход антенны. Структура поперечной электромагнитной волны (Тволны), которая является основным типом волны в СПЛ (в сечении А-А) по мере продвижения от входа антенны к излучающей части трансформируются в структуру волны симметричной трехвходовой ленточной линии (сечение 8-8, фиг,2). При дальнейшем продвижении вдоль антенны структура волны приобретает вид. характерный для несимметричной щелевой линии (сечения Г-Г, ДД) При движении волны вдоль нерегулярной несимметричной щелевой линии происходит два процесса: распространение вдоль линии и излучение энергии, Если волновое сопротивление линии 2, меньше, чем импеданс эквивалентной апертуры Zm, то преобладает распространение, если Zc больше Zm, то — излучение энергии. Волновое сопротивление щелевой линии возрастает при увеличении частоты и ширины щели, а импеданс эквивалентной апертуры Zm уменьшается при увеличении частот и уменьшении ширины щели W. Поэтому для каждой частоты рабочего диапазона найдется такая ширина щели W>, что Ед = Zc. Р/д соответствует зоне эффективного излучения. Направление вектора электрической составляющей излучаемого поля совпадает с направлением вектора результирующей напряженности электрического поля в ЭЗИ. Иэ-эа того, что в антенне установлена вторая пластина, с полоском, аналогичным наружному полоску первой пластины, составляющие вектора Е, перпендикулярные плоскости антенны, Е >> и Е >р равны по модулю и противоположны по направлению. Поэтому вектор Е в любом сечении антенны параллелен ее плоскости. Следовательно. любое сечение антенны может излучать поле только линейной поляризации. плоскость поляризации которого строго параллельна плоскости антенны, Вследствие отсутствия ортогональной составляющей поля полностью отсутствует кроссполяризация и качание плоскости поляризации при изменении частоты сигнала. Так как для питания используется СПЛ, являющаяся линией закрытого типа, то по сравнению с прототипом данное техническое решение позволяет уменьшить паразитную электромагнитную связь между 5 <":)6j I;.Si 9 fãid Y nri 1) еsson. 0аnlel Н, 8:".! II(I. Оlt. Endfiie taf)ered slot antennas on ili . (..сill(st)lJslrates, IEEЕ Tfafls vol. AP 33. i lO 12. december. 1985, рр. 1392 — 1400. <-1)«с1 Gagit, Improved design of the 10 1! ЬдЫ< -lntenna; IEE Roc., vol. 135, Pt. Н, NO 2. An !I, 1988, рр-89-92. Модель для излучения и оптимизации г i()ct;L() щелевых антенн Желье, Лартинг П.,,(<е узнг< Д, Перевод с фр, Вивальди М ЖЛ 15 I I(0:1 УДК 621.396.677.623.465.722 ФОPI<Óëa и30бРетettllв г<икг ополоска<)л)1 лt pu3nQvTpL» 25 расширя.ощу)ося <асть, огpalfllченну<о и л а в н ьt f 1(1 )(р и в ь< г.(и, Г! е р в д << и 3 )1 0 To p bi x ttMQQT ;) I < F(» I ) < nI1 ll б), ) (1 3 ) г) I! i)(и Г) (Ã) I i . I I I < tili
