Полосковая антенна

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемопередающей антенны как самостоятельно, так и в качестве излучающего элемента плоской антенной решетки. Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров, упрощение конструкции и повышение технологичности, снижение стоимости изготовления. В полосковой антенне, содержащей диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен металлический экран, а на другой - металлический полосок, симметричный относительно его продольной оси, толщина диэлектрической подложки не превышает 0,2λ, конец металлического полоска гальванически не соединяется с металлическим экраном, а ширина полоска периодически меняется вдоль антенны таким образом, что в пределах периода изменения Т полосок имеет форму, образованную отрезками прямых линий. Приведены математические соотношения для расчета геометрических размеров полосковой антенны. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве приемопередающей антенны как самостоятельно, так и в качестве излучающего элемента плоской антенной решетки.

Известна полосковая антенна, которая содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен металлический экран, а на другой - симметричная относительно продольной оси металлическая полосковая линия, один конец которой с помощью закорачивающей пластины соединен с металлическим экраном, а другой ее конец переходит в питающую несимметричную полосковую линию. Конфигурация полосковой линии вдоль антенны изменяется по квазипериодическому закону, в соответствии с которым значения ширины металлической полосковой линии в любых двух ее сечениях отличаются одно от другого, что усложняет изготовление и контроль размеров этого элемента и приводит к повышению стоимости антенны. Для эффективного отражения энергии электромагнитного поля от конца несимметричной полосковой линии высота закорачивающей пластины должна быть не менее рабочей длины волны λ, что значительно (более чем в 4 раза) увеличивает толщину антенны, так как толщина диэлектрической подложки не превышает 0,25λ.

Цель настоящего изобретения - уменьшение габаритных размеров (толщины) антенны и снижение стоимости ее изготовления за счет повышения технологичности и упрощения контроля размеров элементов полосковой антенны при ее производстве.

Указанная цель достигается за счет того, что в полосковой антенне, содержащей диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен металлический экран, а на другой - симметричный относительно продольной оси металлический полосок с переменной шириной b, толщина диэлектрической подложки не превышает 0,2λ, конец металлического полоска гальванически не соединяется с металлическим экраном, а ширина b металлического полоска изменяется вдоль продольной оси симметрии строго по периодическому закону и в пределах периода описывается соотношениями где T = λ(1-cosΘ) - период изменения ширины полоска, Θ - угол максимального излучения, отсчитываемый от плоскости антенны, с вершиной в точке возбуждения Z - продольная координата, причем Z=0 соответствует началу периода, l₁, l₂, l₃, l₄ - значения текущих координат, при этом l₃=Т-l₂, l₄=Т-l₁, b₁ - минимальная ширина полоска, b₂ - максимальная ширина полоска.

Предлагаемая антенна иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг.1 показан фрагмент металлического полоска предлагаемой антенны.

На фиг.2 показан общий вид металлического полоска предлагаемой антенны.

На фиг.3 показан общий вид предлагаемой антенны.

Отличительными от прототипа признаками предлагаемого решения являются уменьшение толщины диэлектрической подложки, отсутствие закорачивающей пластины и изменение ширины металлического полоска по вышеприведенному закону.

В результате этого в металлическом полоске можно выделить фрагмент длиной Т, который периодически повторяется в конструкции антенны. Контур повторяющегося фрагмента (фиг. 1) образован путем соединения отрезков прямых линий, что в значительной степени упрощает основной элемент антенны, его изготовление и контроль размеров при производстве и тем самым уменьшает стоимость антенны.

Указанная форма металлического полоска в сочетании с отказом от использования закорачивающей пластины дает возможность уменьшить толщину диэлектрической подложки до 0,2λ и за счет этого значительно снизить общую толщину антенны.

Общий вид металлического полоска предлагаемой антенны показан на фиг.2. Длина полоска определяется из требуемой ширины диаграммы направленности антенны в плоскости Е.

Полосковая антенна (фиг.3) содержит диэлектрическую подложку 1, на одной стороне которой расположен металлический экран 2, а на другой - симметричный относительно продольной оси металлический полосок 3 переменной ширины, образующий совместно с экраном 2 излучающую полосковую линию, и питающий полосок 4, образующий совместно с металлическим экраном 2 питающую полосковую линию. Ширина b металлического полоска 3 изменяется вдоль его продольной оси симметрии с периодом Т в соответствии с законом, приведенным в формуле изобретения.

Антенна работает следующим образом. Высокочастотный сигнал от питающей полосковой линии поступает на вход излучающей полосковой линии. В результате на поверхности полоска 3 возбуждается электрический ток, обеспечивающий образование диаграммы направленности, максимум основного лепестка которой сориентирован под углом Θ к плоскости антенны.

Для увеличения коэффициента усиления используется антенна, содержащая n (n=2,3,4...), идентичных один другому излучающих элементов, расположенных на одной стороне общей диэлектрической подложки, на другой стороне которой расположен общий металлический экран, при этом расстояние d между продольными осями симметрии излучающих элементов выбрано из соотношения 0,5λ≤d≤1,5λ. Для подачи электромагнитной энергии к каждому из n металлических полосков могут использоваться известные схемы питания.

В качестве примера авторами изготовлен действующий образец антенны, в котором толщина диэлектрической подложки составляет 0,12λ, электрическая длина металлического полоска - 5λ , максимальная и минимальная ширина - 0,48λ и 0,018λ соответственно. Рабочая полоса частот образца по уровню КСВН =2 составила 10%, коэффициент усиления 13 дБ.

Формула изобретения

1. Полосковая антенна, содержащая диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположен металлический экран, а на другой - симметричный относительно продольной оси металлический полосок с переменной шириной b, отличающаяся тем, что толщина диэлектрической подложки не превышает 0,2λ, конец металлического полоска гальванически не соединяется с металлическим экраном, а ширина b металлического полоска изменяется вдоль продольной оси симметрии строго по периодическому закону и в пределах периода описывается соотношениями:
где λ - рабочая длина волны;
T = λ(1-cosΘ) - период изменения ширины полоска;
Θ - угол максимального излучения, отсчитываемый от плоскости антенны, с вершиной в точке возбуждения;
Z - продольная координата, причем Z=0 соответствует началу периода;
l₁, l₂, l₃, l₄ - значения текущих координат, при этом l₃=Т-l₂, l₄=Т-l₁;
b₁ - минимальная ширина полоска;
b₂ - максимальная ширина полоска.

2. Полосковая антенна по п.1, отличающаяся тем, что антенна содержит n (n= 2, 3, 4. . .) идентичных один другому металлических полосков, при этом расстояние d между их продольными осями симметрии выбрано из соотношения 0,5λ≤d≤1,5λ.я

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3