Многочастотная микрополосковая антенна

Изобретение относится к радиотехнике. Особенностью заявленной многочастотной микрополосковой антенны является то, что планарный антенный элемент выполнен с двумя выступами прямоугольной формы, не пересекающимися с кольцевым антенным элементом, кольцевой антенный элемент имеет два разрыва, расположенных ортогонально выступам, средство питания выполнено в виде коаксиального зонда, который имеет электрический контакт с топологией планарного антенного элемента на удалении 0,38-0,42 (W/2), где W - размер топологии планарного антенного элемента, от его геометрического центра на оси, повернутой относительно одного из выступов на угол, равный 45° по или против часовой стрелки, а ширина разрывов выполнена в пределах от 0,3w до 1,5w, где w - ширина кольцевого антенного элемента. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение технологичности производства малогабаритной микрополосковой антенны, работающей в широкополосном и двухдиапазонном режимах. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве приемной или передающей антенны аппаратуры связи, в частности аппаратуры потребителей глобальных навигационных спутниковых систем.

Известна многочастотная антенна, содержащая обтекатель, металлическое основание, расположенное в нижней части обтекателя, и антенный элемент, расположенный между обтекателем и металлическим основанием [CN 203013919, кл. H01Q 1/12; H01Q 1/42; H01Q 21/30; H01Q 9/04, 2013-06-19]. Антенный элемент содержит печатную плату, соединенную с металлическим основанием, верхнюю и нижнюю микрополосковые антенны, выполненные на верхней и нижней сторонах платы.

Многочастотная антенна позволяет принимать спутниковые навигационные сигналы в нескольких частотных диапазонах одновременно, имея при этом низкое значение коэффициента стоячей волны и коэффициента эллиптичности и высокое усиление при низких углах возвышения.

Эта конструкция антенны обладает малыми габаритными размерами, высокой устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям, высокой надежностью.

Недостатком известной антенны является то, что в ее конструкции использовано несколько микрополосковых антенных элементов, расположенных в различных плоскостях, что существенно усложняет конструкцию и затрудняет настройку антенны, а также увеличивает ее габаритные размеры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является многочастотная микрополосковая антенна (МПА), в которой может быть реализовано большое количество частот и сами частоты могут устанавливаться произвольно [WO 2007060782, кл. Н01Р 5/02; H01Q 13/08; H01Q 5/10, опубл. 2007-05-31]. Многочастотная МПА содержит в качестве антенных элементов кольцевые антенные элементы с внешними формами, симметричными относительно центра МПА, а также планарный антенный элемент, сформированный во внутреннем кольцевом антенном элементе и имеющий внешние формы, также симметричные относительно центра МПА. МПА также содержит средство питания антенных элементов: Г-образный штырь связи для питания кольцевых антенных элементов и центрального антенного элемента за счет электромагнитной связи горизонтальной части штыря сложной формы с вышеперечисленными антенными элементами.

Недостатком известного технического решения является то, что в МПА антенные элементы и горизонтальная часть зонда расположены в разных плоскостях. Как следствие, подложка МПА должна состоять из трех слоев: на верхнем слое формируются антенные элементы, в промежуточном - горизонтальная часть штыря зонда, соединенная перемычкой с выходным разъемом МПА, а на нижнем слое формируется земляной экран. Такая многослойная компоновка усложняет конструкцию и снижает технологичность производства антенны.

Технической задачей, решаемой изобретением, является упрощение конструкции и повышение технологичности производства малогабаритной микрополосковой антенны, работающей в широкополосном и двухдиапазонном режимах.

Указанный результат достигается тем, что в многочастотной микрополосковой антенне, содержащей экран, расположенную на нем диэлектрическую подложку, на верхней поверхности которой выполнены имеющие симметричные внешние формы относительно центра антенны кольцевой антенный элемент и планарный антенный элемент, сформированный внутри кольцевого антенного элемента, и средство питания, планарный антенный элемент выполнен с двумя выступами прямоугольной формы, не пересекающимися с кольцевым антенным элементом, кольцевой антенный элемент имеет два разрыва, расположенных ортогонально выступам, средство питания выполнено в виде коаксиального зонда, который имеет электрический контакт с топологией планарного антенного элемента на удалении 0,38-0,42 (W/2), где W - размер топологии планарного антенного элемента, от его геометрического центра на оси, повернутой относительно одного из выступов на угол, равный 45° по или против часовой стрелки, а ширина разрывов находится в пределах от 0,3w до 1,5w, где w - ширина кольцевого антенного элемента.

Целесообразно кольцевой и планарный антенные элементы выполнить квадратной или круглой формы.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез микрополосковой антенны.

На фиг. 2 - топология микрополосковой антенны с кольцевым и планарным антенными элементами квадратной формы.

На фиг. 3 - график параметра S11 антенны, настроенной для работы в расширенном диапазоне частот L1.

На фиг. 4 - график зависимости коэффициента эллиптичности поля излучения в максимуме ДН от частоты.

На фиг. 5 - диаграмма направленности антенны на частотах 1430 МГц для варианта работы антенны в расширенном диапазоне частот L1.

На фиг. 6 - диаграмма направленности антенны на частотах 1595 МГц для варианта работы антенны в расширенном диапазоне частот L1.

На фиг. 7 - топология микрополосковой антенны с кольцевым и планарным антенными элементами круглой формы.

На фиг. 8 - график параметра S11 антенны, настроенной для работы в двух диапазонах частот L1 и L2.

На фиг. 9 - диаграмма направленности антенны на частоте 1225 МГц для варианта работы антенны в двух раздельных диапазонах частот L1 и L2.

На фиг. 10 - диаграмма направленности антенны на частоте 1595 МГц для варианта работы антенны в двух раздельных диапазонах частот L1 и L2.

Многочастотная микрополосковая антенна (фиг. 1-2, 7) установлена на плоскости экрана 1 и содержит диэлектрическую подложку 2, на верхней поверхности которой выполнены симметричные относительно центра антенны кольцевой антенный элемент 3 и планарный антенный элемент 4, сформированный внутри кольцевого антенного элемента 3, и средство питания. Кольцевой и планарный антенные элементы выполнены квадратной или круглой формы (фиг. 2, 7).

Планарный антенный элемент 4 снабжен двумя выступами 5 прямоугольной формы, не пересекающимися с кольцевым антенным элементом 3.

Кольцевой антенный элемент 3 имеет два разрыва 6, которые расположены ортогонально к выступам 5.

Средство питания выполнено в виде коаксиального зонда 7, который имеет электрический контакт центральной жилы (штыря) 8 с топологией планарного антенного элемента 4 на удалении 0,38-0,42 (W/2), где W - размер топологии планарного антенного элемента 4 (ширина для планарного антенного элемента 4 квадратной формы и диаметр для планарного антенного элемента 4 круглой формы), от его геометрического центра на оси, повернутой относительно одного из выступов 5 на угол, равный 45° по или против часовой стрелки.

Предложенная антенна является антенной резонаторного типа, в которой излучение электромагнитного поля происходит торцами стенок полости, образованной верхней плоскостью антенного элемента с нанесенной на нее топологией и плоскостью экрана 1. Расширение полосы частот микрополосковой антенны, как и ее работа в двухчастотном режиме, достигается добавлением кольцевого элемента 3 вокруг планарного антенного элемента 4. Место подключения штыря 8 к топологии планарного антенного элемента 4 выбирается из условия получения входного сопротивления микрополосковой антенны, равного 50 Ом на центральной частоте диапазона. Расстояние места подключения штыря 8 от центра МПА составляет порядка 0,38-0,42 (W/2), где W - характерный размер топологии планарного антенного элемента.

Кольцевой антенный элемент 3 с симметричными прорезями 6 представляет собой пассивный элемент, связанный посредством емкостных зазоров, существующих между выступами планарного антенного элемента 5 и сегментами кольцевого антенного элемента 3, с планарным антенным элементом 4, что приводит к появлению дополнительного резонанса, расположенного ниже главного резонанса по частоте. При сильной связи кольцевого антенного элемента 3 с планарным антенным элементом 4 реализуется широкодиапазонный режим работы микрополосковой антенны, а при слабой связи - двухдиапазонный режим работы. Ширина Δ разрыва 6 кольцевого антенного элемента 3, совместно с размерами кольцевого антенного элемента 3, определяет положение дополнительного резонанса. Эта ширина может изменяться в диапазоне от 0,3w до 1,5w, где w - ширина кольцевого антенного элемента 3. Вне вышеобозначенных пределов наступает рассогласование заявляемой многочастотной микрополосковой антенны с 50-омным коаксиальным зондом 7.

Для получения круговой поляризации поля излучения применяется способ суперпозиции двух вырожденных ортогональных типов колебаний (E01 для МПА квадратной формы и Е11 для МПА круглой формы) равной амплитуды с относительным сдвигом по фазе в 90°.

В предложенной антенне равенство амплитуд достигается использованием печатных проводников симметричной (квадратной или круглой) формы, а относительный фазовый сдвиг в 90° достигается за счет малого частотного сдвига резонансных частот возбуждаемых ортогональных мод, который реализуется с помощью выступов 5 в планарном антенном элементе 3 (в результате чего эффективные размеры антенны для двух мод становятся немного отличными).

Таким образом, выступы в заявляемой микрополосковой антенне играют двойную роль: осуществляют связь планарного антенного элемента 4 с кольцевым антенным элементом 3 и «закручивают» поляризацию поля излучения всей МПА. Для получения правополяризованного поля излучения ближайший к точке питания выступ 5 должен располагаться под углом 45° по часовой стрелке от нее, а для получения левополяризованного поля он должен располагаться под углом 45° против часовой стрелки от точки питания.

Для достижения обоих эффектов в заданной полосе частот необходимо проводить оптимизацию параметров МПА путем подбора: толщины подложки 2, диэлектрической проницаемости материала подложки и ширины выступов 5.

В результате проведенной численной оптимизации был выявлен возможный диапазон габаритов МПА для двух вариантов ее работы: в широкополосном режиме и в двухдиапазонном режиме. Для широкополосного режима работы в относительном диапазоне частот до 12% размеры МПА не превышают 0,16λц×0,16λц×0,03λц, где λц - центральная частота рабочего диапазона частот, а для работы в двухдиапазонном режиме с разносом центральных частот от 1,1 до 1,3 раза размеры МПА не превышают 0,22λв×0,22λв×0,03λв, где λв - центральная частота верхнего диапазона частот. При этом для крайнего предела разноса частот в 1,3 раза в нижнем рабочем диапазоне частот поляризация поля излучения вырождается в линейную вертикальную.

1. Многочастотная микрополосковая антенна, содержащая экран, расположенную на нем диэлектрическую подложку, на верхней поверхности которой выполнены имеющие симметричные внешние формы относительно центра антенны кольцевой антенный элемент и планарный антенный элемент, сформированный внутри кольцевого антенного элемента, и средство питания, отличающаяся тем, что планарный антенный элемент выполнен с двумя выступами прямоугольной формы, не пересекающимися с кольцевым антенным элементом, кольцевой антенный элемент имеет два разрыва, расположенных ортогонально выступам, средство питания выполнено в виде коаксиального зонда, который имеет электрический контакт с топологией планарного антенного элемента на удалении 0,38-0,42 (W/2), где W - размер топологии планарного антенного элемента, от его геометрического центра на оси, повернутой относительно одного из выступов на угол, равный 45° по или против часовой стрелки, а ширина разрывов выполнена в пределах от 0,3w до 1,5w, где w - ширина кольцевого антенного элемента.

2. Микрополосковая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что кольцевой и планарный антенные элементы выполнены квадратной или круглой формы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антеннам сверхвысоких частот. Особенностью заявленных волноводно-щелевых антенных решеток является то, что в общей схеме волноводно-щелевой антенной решетки в вертикальной плоскости фазовое распределение вычисляется методом перебора для кроссполяризационного излучения по критерию минимума максимального уровня кроссполяризационных лепестков, которое осуществляется раскладкой противофазных волноводных линеек, разворотом на 180° волноводно-коаксиальных переходов или вводится в фазовое сканирование луча на основной поляризации при наличии фазовращателей в схеме антенны.

Устройство относится к измерителям уровня наполнителя в резервуарах, емкостях и т.д., вВ частности, к радарному детектированию параметров процесса, связанных с расстоянием до поверхности содержимого в резервуаре с помощью электромагнитных волн.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к волноводно-щелевым антеннам. Волноводно-щелевая антенная решетка состоит из образующих решетку линеек.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике. Конструкция содержит волноводно-микрополосковый переход, в котором согласующий элемент выполнен в виде гребнеобразной конструкции со ступеньками различной высоты.

Использование: для изготовления волноводно-щелевых антенн. Сущность изобретения заключается в том, что волноводно-щелевая антенна состоит из отрезка прямоугольного волновода, в одной из узких стенок которого выполнены наклонные щели и дополнительные щели, причем каждой из наклонных щелей соответствуют две дополнительные щели, которые расположены к ней под прямым углом и по разные стороны, при этом каждый из концов наклонной щели совпадает с концом дополнительной щели.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот, улучшение диаграммы направленности, упрощение конструкции и уменьшение размеров антенны.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкодиапазонным антеннам вертикальной поляризации. Технический результат состоит в том, чтобы получить достаточно широкую полосу рабочих частот и равномерное значение коэффициента стоячей волны (КСВ), которые увеличиваются с ростом рабочей частоты более, чем октава.

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот, а именно к линейным антеннам вытекающей волны на основе круглого волновода с заполнением и решеткам из них, и может быть использовано в радиотехнических системах, в том числе системах управления воздушным движением, связи, радиолокации, радионавигации, базирующихся как на неподвижных, так и на подвижных объектах, включая летательные аппараты. Технический результат - осуществление электронного управления максимумом диаграммы направленности антенны вытекающей волны на основе круглого волновода с продольной щелью.

Изобретение относится к области антенной техники и предназначено для приема и передачи радиосигналов. Технический результат заключается в повышении надежности конструкции, снижении необходимой мощности ВЧ передатчика и расширении используемого диапазона частот.

Изобретение относится к антенной технике микроволнового диапазона, может быть использовано в зондирующих устройствах радиолокационного диагностического оборудования и предназначено для формирования волновых пучков излучения, обеспечивающих различную степень локализации облучения объекта диагностики, расположенного в ближней и промежуточной зонах излучателя.
Наверх