Печатно-полосковый шунтовой вибратор



Печатно-полосковый шунтовой вибратор
Печатно-полосковый шунтовой вибратор
Печатно-полосковый шунтовой вибратор
Печатно-полосковый шунтовой вибратор
Печатно-полосковый шунтовой вибратор

 

H01Q9/00 - "Короткие" (в электрическом смысле) антенны с размерами, не превышающими удвоенную рабочую длину волны и составленные из электропроводящих активных излучающих элементов (петлевые антенны H01Q 7/00; волноводные рупоры или раструбы H01Q 13/00; щелевые антенны H01Q 13/00; комбинированные конструкции из активных элементов со вторичными устройствами, выполняемые с целью формирования требуемой диаграммы направленности антенны H01Q 19/00; комбинированные конструкции из двух и более активных элементов H01Q 21/00)

Владельцы патента RU 2604348:

Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" (RU)

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в антенных решетках. Технический результат - обеспечение согласования устройства в широком диапазоне частот, уменьшение коэффициента отражения и габаритов устройства. Печатно-полосковый шунтовой вибратор содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположена плоская проводящая пластина Т-образной формы, образующая разделенные щелью плечи первого вибратора и экран питающей полосковой линии. На другой стороне подложки расположен второй вибратор, параллельный первому вибратору и соединенный своими концами с концами плеч первого вибратора, а также питающую полосковую линию, пересекающую щель в Т-образной пластине, при этом проекция второго вибратора на плоскость проводящей Т-образной пластины не выходит за ее рамки. Расстояние между соединениями вибраторов может быть меньше, чем длина самих вибраторов, и они также могут быть выполнены в виде металлизированных отверстий в подложке. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к технике СВЧ и может быть использовано в антенных решетках, в том числе фазированных антенных решетках (ФАР), и как самостоятельная антенна в радиотехнике, радиосвязи, радиолокации.

Известны печатно-полосковые петлевые вибраторы, используемые как самостоятельные антенны или элементы антенных решеток [1], [2]. Они обеспечивают возможность согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением полосковой фидерной линии за счет выбора соотношения ширины активного вибратора, подключенного к фидерной линии, и пассивного вибратора, их длины, а также расстояния между ними [3].

Однако в известной конструкции печатно-полосковых петлевых вибраторов возможность получения низкого волнового сопротивления шлейфа, образованного полосками вибраторов, ограничена возможностями технологии производства печатных плат в части изготовления очень узких зазоров. Следствием этого является увеличение коэффициента отражения и снижение КПД антенны в диапазоне частот.

Наиболее близким по технической сущности, выполняемой функции и конструктивному построению к предлагаемому шунтовому вибратору является петлевой вибратор с щелевым питанием [2] (Фиг. 4). Он содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположены: плоская проводящая пластина Т-образной формы, образующая разделенные щелью плечи первого вибратора и экран питающей полосковой линии, второй ленточный вибратор, параллельный первому и соединенный своими концами с концами плеч первого вибратора. На другой стороне подложки расположена питающая полосковая линия, пересекающая щель в Т-образной пластине.

Однако в таком петлевом вибраторе технологически трудно обеспечить низкое волновое сопротивление шлейфа, образованного проводниками вибраторов, поскольку для этого требуется реализовать очень узкий зазор между первым и вторым вибраторами. В результате высокого волнового сопротивления шлейфа увеличивается коэффициент отражения и снижается КПД антенны в диапазоне частот. Кроме того, такой петлевой вибратор имеет большую общую ширину первого и второго вибраторов, параллельно расположенных в общей плоскости. Это увеличивает его габариты и занимает место, необходимое для размещения дополнительных пассивных вибраторов (директоров), при использовании такого вибратора в составе директорной антенны (антенны Уда-Яги или "волновой канал").

Предлагаемое устройство отличается тем, что второй вибратор расположен на другой стороне подложки, чем первый, а проекции первого и второго вибраторов на одну из сторон подложки перекрываются между собой.

Этим достигается увеличение погонной емкости линии передачи шлейфа, образованного проводниками первого и второго вибраторов, и уменьшение габаритов устройства. Увеличение погонной емкости обеспечивает уменьшение волнового сопротивления шлейфа, за счет чего увеличивается наклон частотной характеристики реактивной проводимости шлейфа, что приводит к лучшей компенсации частотной характеристики реактивного сопротивления вибратора, вследствие чего увеличивается диапазон частот согласования и КПД антенны.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом фиг. 1, а также чертежом фиг. 2, на котором представлен печатный директорный излучатель ФАР на основе предлагаемого печатного шунтового вибратора, и графиками фиг. 3, на которых представлены результаты его моделирования.

Печатно-полосковый шунтовой вибратор (фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку 1 толщиной t, на одной стороне которой расположена плоская проводящая пластина T-образной формы 2, содержащая первый вибратор длиной L1 и шириной b, разделенный на два плеча щелевым зазором шириной s. На другой стороне подложки расположены второй вибратор 3 длиной L2 и шириной w и питающая полосковая линия 4. Перемычки 5 соединяют концы первого и второго вибраторов между собой.

Печатно-полосковый шунтовой вибратор работает следующим образом: электромагнитная волна, поступающая по полосковой линии 4, возбуждает щелевую линию, распространяется по ней и возбуждает плечи первого вибратора и два короткозамкнутых шлейфа на плоской двухпроводной линии, образованной первым и вторым вибраторами. Вследствие электромагнитной связи первого и второго вибраторов возбуждается второй вибратор. Путем выбора отношения ширин первого b и второго w вибраторов обеспечивается равенство волнового сопротивления питающей полосковой линии и активного входного сопротивления шунтового вибратора. За счет выбора длины L1 первого и L2 второго вибраторов, а также расстояния Lo между соединяющими их перемычками 5 обеспечивается равенство нулю реактивного сопротивления шунтового вибратора. Значение волнового сопротивления короткозамкнутых шлейфов, требуемое для компенсации частотной характеристики реактанса вибратора и сохранения малой величины реактивного входного сопротивления шунтового вибратора в диапазоне частот, определяется выбором ширины вибраторов b и w (при их фиксированном отношении). В результате сопротивление шунтового вибратора оказывается близким к волновому сопротивлению полосковой линии в широком диапазоне частот, что обеспечивает согласование устройства, уменьшение его коэффициента отражения и повышение КПД. Поскольку проекция второго вибратора 3 на плоскость проводящей Т-образной пластины 2 не выходит за ее пределы, уменьшаются габариты устройства.

Отличие диэлектрической проницаемости подложки от единицы приводит к различной степени увеличения электрической длины шлейфа и вибраторов. Для сопряжения электрических длин шлейфа и вибраторов соединения концов первого и второго вибраторов могут быть расположены друг от друга на расстоянии меньшем, чем длина вибраторов: Lo<L2≤L1, и выполнены, например, с помощью нескольких металлизированных отверстий в подложке.

На фиг. 3 приведены результаты моделирования печатного директорного излучателя ФАР (см. Фиг. 2) на основе заявляемого шунтового вибратора, а именно частотные зависимости коэффициента отражения на входе излучателей в составе ФАР при излучении по нормали к поверхности ФАР и под углом 30°. Результаты получены с помощью программы для электродинамического моделирования антенн и устройств СВЧ CST Microwave Studio [4]. Шаг элементов ФАР в плоскости вибраторов Dx=57,5 мм, в поперечной плоскости Dy=51,4 мм. Диэлектрическая проницаемость подложки излучателя , ее высота A=52,5 мм, ширина B=48 мм и толщина t=1 мм. Размеры проводящих элементов: L0=32 мм, L1=44 мм, L2=35 мм, L3=33,6 мм, L4=25,2 мм; h1=19 мм, h3=34,5 мм, h4=48,5 мм; b0=7,8 мм, b1=10, b=3 мм, wst=18 мм, w=6 мм, L0=31 мм, ls=21,7 мм, s=0,5 мм, z=12,7 мм, d=5 мм; hs=14 мм, р=2 мм, Х=18,5 мм.

В диапазоне частот 2,51…3,08 ГГц коэффициент отражения на входе устройства не превышает 0,4, что соответствует КПД ФАР (при отсутствии потерь в материалах) не менее 0,84.

Шунтовой вибратор использован в перспективной разработке активной ФАР для изделия 5П-27М-ПО.

Источники информации

1. Herper, J.С., A. Hessel, and В. Tomasic, "Element Pattern of an Axial Dipole in a Cylindrical Phased Array, Part 2: Element Design and Experiments," IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol. AP-33, March 1985, pp. 273-278.

2. Edward, В., and D. Rees, "A Broadband Printed Dipole with Integrated Balun," Microwave Journal, Vol. 30, May 1987, pp. 339-344.

3. Phased Array Antenna Handbook, edited by R.J. Mailloux, second ed., Artech House, 2005.

4. CST Microwave Studio, www.cst.com.

1. Печатно-полосковый шунтовой вибратор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположены плоская проводящая пластина Т-образной формы, образующая разделенные щелью плечи первого вибратора и экран питающей полосковой линии; второй вибратор, параллельный первому вибратору и соединенный своими концами с концами плеч первого вибратора, и питающую полосковую линию, расположенную на другой стороне подложки и пересекающую щель в Т-образной пластине, отличающийся тем, что второй вибратор расположен на другой стороне подложки, чем первый, и проекция второго вибратора на плоскость проводящей Т-образной пластины не выходит за ее пределы.

2. Печатно-полосковый шунтовой вибратор по п. 1, отличающийся тем, что соединения на концах первого и второго вибраторов расположены друг от друга на расстоянии меньшем, чем длина вибраторов, и выполнены в виде металлизированных отверстий в подложке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике. Особенностью заявленного промежуточного возбудителя невыступающей коротковолновой передающей антенны подвижного объекта является то, что горизонтальные части П-образных элементов объединены и электрически соединены друг с другом и установлены вдоль продольной оси симметрии экранированного подкрышевого пространства подвижного объекта, а их периферийные трети выполнены в виде плавных переходов, подключенных к вершинам соответствующих пар вертикальных частей П-образных элементов, размещенных вне экранированного подкрышевого пространства подвижного объекта.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании малогабаритных широко перестраиваемых антенных устройств для аппаратуры связи и передачи данных в СВ, KB диапазонах частот.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике и, в частности, предназначена для работы с УКВ радиостанциями, размещенными на подвижных объектах: летательных аппаратах (ЛА), автомобилях и т.п.

Изобретение относится к антенной технике. Заявленный промежуточный возбудитель коротковолновой антенны подвижного объекта содержит индуктивный проводник, размещенный в экранированном подкрышевом пространстве подвижного объекта и подключенный одним концом к блоку дискретных реактивных нагрузок, а другим - через блок настройки и согласования к выходу бортовой коротковолновой радиостанции, причем периферийные трети индуктивного проводника, размещенного в подкрышевом пространстве, выполнены в виде сосредоточенных индуктивных нагрузок.

Изобретение относится к антенной технике. Планарная фазированная антенная решетка с формированием и сканированием луча содержит: планарный волновод, образованный верхним и нижним проводящими экранами с диэлектрическим слоем между ними; фазированную решетку, содержащую излучатели для формирования фронта электромагнитной волны внутри планарного волновода; по меньшей мере одну заднюю отражающую структуру, расположенную позади фазированной решетки; по меньшей мере одну отклоняющую структуру, выполненную в диэлектрическом слое таким образом, чтобы отклонять фронт электромагнитной волны внутри волновода, при этом значение диэлектрической проницаемости упомянутой отклоняющей структуры не равно значению диэлектрической проницаемости упомянутого диэлектрического слоя волновода.

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в приемопередающей радиоаппаратуре, преимущественно в средневолновых и коротковолновых системах радиосвязи.

Изобретение относится к малогабаритной сверхнаправленной антенне ВЧ диапазона с кардиоидной диаграммой направленности (ДН), предназначенной для использования в конструкциях малогабаритных направленных антенных систем, включая ФАР ВЧ диапазона.

Использование: для передающей или приемной антенны летательного аппарата в дециметровом диапазоне длин волн. Сущность изобретения заключается в том, что вибраторная антенна содержит излучатель, размещенный над экраном, коаксиальный соединитель, размещенный под экраном и включающий центральный проводник, при этом вдоль продольной оси антенны дополнительно установлен корпус антенны, в котором между излучателем и коаксиальным соединителем установлено согласующее устройство, включающее центральный проводник и изолятор, расположенный между корпусом антенны и центральным проводником, при этом излучатель и центральные проводники согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое, излучатель и часть корпуса антенны, расположенная над экраном, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом, а корпус антенны выполнен с возможностью фиксирования в экране, часть корпуса антенны, расположенная под экраном, выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя.

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в УВЧ- и СВЧ-диапазонах. Технический результат - многократное использование площади, занимаемой антенной, что способствует увеличению направленности антенны на некоторых частотах.

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам для космических аппаратов (КА), функционирующих на орбите высотой от 400 км до 1000 км. Диаграмма направленности (ДН) таких антенн должна иметь максимум в направлениях ±(60°÷70°) и коэффициент эллиптичности (КЭ) не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° от оси антенны.

Использование: антенная техника. Сущность: антенна Вивальди содержит диэлектрическую подложку, металлический слой, щель, выполненную в металлическом слое с расширяющимися стенками вдоль продольного направления и образующую раскрыв антенны, линзу, установленную в раскрыве антенны и выполненную из рассеивателей.

Изобретение относится к СВЧ-технике. Технический результат - снижение потерь принимаемой энергии при использовании заявленного микрополоскового излучателя в антенных решетках и повышение стабильности коэффициента стоячей волны по напряжению.

Изобретение относится к антеннам. Антенна содержит диэлектрическую пластинку с первой и второй противолежащими поверхностями и проводящей дорожкой, сформированной на этой пластинке.

Использование: изобретение относится к радиотехнике, а именно к микрополосковым антеннам метрового диапазона. Может быть использовано при изготовлении приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, в частности для космических аппаратов.

Изобретение относится к микрополосковым антеннам. Технический результат - улучшение направленности широкополосной микрополосковой антенны с сохранением ее относительно небольших размеров.

Изобретение относится к антенной технике. Антенна Кассегрена состоит из большого и малого параболических зеркал, выполняющих функцию рефлекторов и обладающих единой осью вращения, причем малое параболическое зеркало-рефлектор является гиперболической отражательной поверхностью по отношению к большому параболическому зеркалу-рефлектору.

Изобретение относится к антенне устройства для контроля и диагностики линии энергоснабжения. Сущность: антенный блок, смонтированный на устройстве для контроля и диагностики линии энергоснабжения, включает несущую часть, выполненную из изоляционного диэлектрического материала заданной толщины с криволинейной формой внешней и внутренней поверхности, антенный излучатель в форме криволинейной поверхности, расположенной вдоль внешней поверхности несущей части, заземляющий элемент в форме криволинейной поверхности, расположенной вдоль внутренней поверхности несущей части, и возбуждающую часть, проходящую через несущую часть для электрического подключения антенного излучателя и заземляющего элемента.

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, в частности к бортовым антеннам спутниковой навигации. Технический результат изобретения заключается в упрощении настройки при уменьшении габаритов двухдиапазонной микрополосковой антенны круговой поляризации.

Группа изобретений относится к области микроэлектроники - технологии изготовления слоистых изделий - и может быть использована при создании электродинамических и/или антенных устройств, содержащих в своей структуре слоистый материал со специфическими электрическими свойствами и обеспечивающих искажение рабочего электромагнитного поля.

Изобретение относится к способу изготовления перемычек гибких печатных плат с применением рулонной технологии. Способ, предлагаемый в изобретении, в частности, применим для изготовления плат, содержащих антенны для радиочастотной идентификации РЧИ (RFID).
Наверх