Резонансная антенна

Изобретение относится к антенной технике, может быть использовано в качестве самостоятельной приемной, передающей или приемопередающей глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) антенны или элемента фазированной антенной решетки и позволяет улучшить стабильность положения фазового центра и уменьшить габариты антенны. Указанная задача решается тем, что резонансная антенна, состоящая из основания, установленного над ним антенного элемента, питаемого через расположенные по периферии элемента с периодом 90° по азимуту четырьмя токовводами, расположенной на нижней стороне основания печатной платы и выходного разъема антенны, снабжена усеченным полым конусом, установленным на основании соосно ему и выполненным из диэлектрика с величиной относительной диэлектрической проницаемости от 3,5 до 5 и низкими потерями на СВЧ, антенный элемент расположен на верхнем основании диэлектрического конуса в центре, при этом печатная плата снабжена четырехканальной суммирующей микросхемой, расположенной в ее центре. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве самостоятельной приемной, передающей или приемопередающей глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) антенны или элемента фазированной антенной решетки.

Известна ГНСС антенна, представляющая собой плоскую щелевую антенную решетку, возбуждаемую с обратной стороны бегущей в микрополосковой линии передачи волной [патент США №20020067315, кл. G03F 7/09; Н01Р 5/08; H01Q 1/36; H01Q 13/10; H01Q 13/20; H01Q 21/26; H01Q 9/27, опубл. 2002-06-06].

Недостатком известной антенны является сложность конструкции и недостаточно высокая стабильность положения фазового центра (±5 мм).

Известна микрополосковая антенна, квадратный излучатель которой питается в двух точках с 90° сдвигом фазы, с помощью печатной платы, содержащей гибридный делитель мощности и устанавливаемой либо на нижней стороне основания антенны, либо на верхней стороне излучателя [патент США №3972049, кл. H01Q 9/04; H01Q 9/40, опубл. 1976-07-27].

Недостатком такой конструкции является узкополосность (прием сигналов только в диапазоне частот L1) и невысокая стабильность положения фазового центра (±10 - ±15 мм).

Наиболее близким техническим решением к предложенному является резонансная антенна, состоящая из основания, установленного над ним антенного элемента, питаемого через расположенные по периферии элемента с периодом 90° по азимуту четырьмя токовводами, расположенной на нижней стороне основания печатной платы и выходного разъема антенны [Попугаев А.Е. Разработка ГНСС антенн в институте интегральных схем (ИИС) им. Фраунгофера, Сборник материалов VI Международного научного конгресса, ГОУ ВПО «Сибирская государственная геодезическая академия», Министерство образования и науки российской федерации, г. Новосибирск, 2010 г., с. 86-94]. Схема питания антенного элемента для реализации необходимого амплитудно-фазового распределения с целью достижения правой круговой поляризации выполнена в микрополосковом (печатном) исполнении и расположена на нижней части основания. Схема расположена в центре печатной платы и включает в себя гибридное кольцо, два резистивных делителя. Согласование антенны выполнено с помощью трансформаторов и шлейфов.

Основными недостатками известной антенны являются большие габариты (диаметр 146 мм, высота 25 мм) и недостаточно высокая стабильность положения фазового центра (±8 мм).

Задачей изобретения является улучшение стабильности положения фазового центра и уменьшение габаритов антенны.

Поставленная задача решается тем,что резонансная антенна, состоящая из основания, установленного над ним антенного элемента, питаемого через расположенные по периферии элемента с периодом 90° по азимуту четырьмя токовводами, расположенной на нижней стороне основания печатной платы и выходного разъема антенны, последняя снабжена усеченным полым диэлектрическим конусом, установленным на основании соосно ему, антенный элемент выполнен круглой формы и расположен на верхнем основании диэлектрического конуса в центре, печатная плата снабжена четырехканальной суммирующей микросхемой, расположенной в ее центре.

Преимущественно конус выполнен из диэлектрика с величиной относительной диэлектрической проницаемости от 3,5 до 5 и низкими потерями на СВЧ, например стеклотекстолита, текстолита, гетинакса или фарфора.

Целесообразно токовводы антенного элемента выполнить в виде цилиндрических металлических штырей, имеющих по высоте два участка диаметрами d1 и d2, причем d1>d2, участок токоввода диаметром d1 соединен с антенным элементом, а участок токоввода диаметром d2 соединен с микросхемой печатной платы, выходы которой соединены 50-Омными полосковыми проводниками равной длины с участками токовводов диаметра d2, а ее вход соединен печатным 50-Омным проводником с выходным разъемом антенны.

Целесообразно для получения левосторонней вращающейся поляризации, печатную плату с микросхемой расположить на верхней плоскости основания в полости диэлектрического конуса.

Для достижения указанного технического результата антенному элементу придана круглая форма и между ним и основанием вставлен усеченный полый диэлектрический конус.

Введение диэлектрика, в котором длина волны уменьшается в корень квадратный из диэлектрической проницаемости этого диэлектрика, позволяет уменьшить размеры антенны, которая представляет собой полуоткрытый резонатор. Этот резонатор, хотя и является полуоткрытым, т.е. имеет неявно выраженный резонанс, все-таки имеет размеры, связанные с длиной волны. Использование диэлектрика, позволяющего уменьшить резонансный размер, и приводит к увеличению стабильности положения фазового центра антенны, т.к. чем меньше размеры антенны, тем меньше смещается ее фазовый центр при падении на нее волн под разными углами. В пределе, когда антенна сожмется в точку, ее фазовый центр будет совпадать с этой точкой и, следовательно, его положение вообще не будет зависеть от направления прихода волны.

Микросхема выполнена в виде четырехканальной суммирующей микросхемы, создающей равномерное амплитудное и квадратурное фазовое распределение мощности между токовводами.

Микрополосковая схема прототипа, расположенная в центре печатной платы и включающая в себя гибридное кольцо и два резистивных делителя в рабочем диапазоне частот антенны, создает значительные амплитудные и фазовые ошибки в распределении мощности между токовводами. Эти ошибки приводят к нестабильности положения фазового центра антенны в рабочем диапазоне частот.

Благодаря использованию четырехканальной суммирующей микросхемы удается создать равномерное амплитудное и квадратурное фазовое распределение мощности между токовводами, слабо зависящее от частоты, с меньшими ошибками по сравнению с прототипом и соответственно с более стабильным положением фазового центра в рабочем диапазоне частот антенны.

На фиг. 1 представлен общий вид резонансной антенны в разрезе.

На фиг. 2 - вид сверху резонансной антенны.

На фиг. 3 - диаграммы направленности резонансной антенны.

Резонансная антенна состоит из основания 1, усеченного полого диэлектрического конуса 2 и антенного элемента 3, расположенного на верхней части диэлектрического конуса 2. Конус 2 выполнен из диэлектрика с величиной относительной диэлектрической проницаемости от 3,5 до 5 и низкими потерями на СВЧ, например стеклотекстолита, текстолита, гетинакса или фарфора.

Антенна имеет печатную плату 4, расположенную на нижней стороне основания 1, и токовводы антенного элемента 3, расположенные по периферии антенного элемента 3 с периодом 90° по азимуту и проходящие в отверстиях диэлектрического конуса 2.

Токовводы выполнены в виде цилиндрических металлических штырей, имеющих по высоте два участка 5 и 6 диаметрами d1 и d2, причем d1>d2, участок 5 токоввода диаметром d1 соединен с антенным элементом 3, а участок 6 токоввода диаметром d2 соединен с микросхемой печатной платы 4, выходы которой соединены 50-Омными полосковыми проводниками равной длины с участками 6 токовводов диаметра d2, а ее вход соединен печатным 50-Омным проводником с выходным разъемом антенны 7. Участки 5 металлических штырей диаметра d2 служат для согласования антенного элемента 3 с 50-Омными линиями передачи. Полуоткрытый характер резонатора, возбуждаемого штырями диаметра d2, позволяет согласовать антенный элемент 3 с питающими линиями передачи в широкой полосе частот: от 1160 до 1615 МГц. Длина участка 6 токоввода, входящего в печатную плату 4, должна быть минимальна, чтобы не замкнуть токоввод на основание 1 антенны.

Печатная плата 4 имеет в своем составе микросхему 8, выполненную в виде четырехканальной суммирующей микросхемы, создающей равномерное амплитудное и квадратурное фазовое распределение мощности между токовводами 3, расположенную в центре платы 4, выходы которой соединены 50-Омными полосковыми проводниками равной длины с металлическими штырями участка 6 диаметра d2, а ее вход соединен печатным 50-Омным проводником с выходным разъемом антенны 7.

Принцип работы антенны в режиме передачи заключается в следующем: электромагнитная энергия через четырехканальную суммирующую микросхему 8 (в режиме передачи микросхема 8 работает как делитель мощности, деля мощность, поступающую на ее вход на четыре части с фазами 0°, 90°, 180°, 270° и подводя ее к токовводам), поступает в полуоткрытый резонатор, образованный основанием 1 и антенным элементом 3, и излучается в пространство через щель, образованную краем антенного элемента 3 и основанием 1.

Таким образом, антенна излучает четыре линейно поляризованные электромагнитные волны, имеющие сдвиги фаз 0°, 90°, 180°, 270°. Результаты интерференции таких волн является, как известно, [Панченко С.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны, Радио и связь, 1986, 134] - волна эллиптической поляризации. Согласно принципу взаимности [Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Киселев А.Г. Антенно-фидерные устройства, М. Советское радио, 1971, 137] антенна при работе в режиме приема имеет те же характеристики (в том числе диапазон рабочих частот, диаграмму направленности и поляризационные характеристики), что и при работе в режиме передачи.

Печатная плата 4 обеспечивает питание четырех участков 6 металлических штырей диаметра d2 со сдвигами фазы от штыря к штырю 90° в направлении по часовой стрелке - для создания правосторонней вращающейся поляризации.

Данные по коэффициентам усиления (КУ), коэффициентам эллиптичности (КЭ) и стабильности положения фазового центра (Δφ) приведены в таблице.

Исследованная антенна имеет меньшие габариты по сравнению с антенной прототипом (φ120 ×17 мм по сравнению с φ146 ×25 мм) и лучшую стабильность положения фазового центра (±1 мм по сравнению с ±8 мм).

Предлагаемая антенна выполнена из простых материалов - металлических пластин и диэлектрика (например, типа стеклотекстолита) и не требует проведения настроечных работ. Имея достаточно малые габариты и массу, она может встраиваться в бортовые приемные или передающие системы.

Дополнительным преимуществом предлагаемой антенны является подавление излучения в нижнее полупространство, благодаря чему на характеристики антенны не влияют окружающие ее предметы.

1. Резонансная антенна, состоящая из основания, установленного над ним антенного элемента, питаемого через расположенные по периферии элемента с периодом 90° по азимуту четырьмя токовводами, расположенной на нижней стороне основания печатной платы и выходного разъема антенны, отличающаяся тем, что антенна снабжена усеченным полым конусом, установленным на основании соосно ему и выполненным из диэлектрика с величиной относительной диэлектрической проницаемости от 3,5 до 5 и низкими потерями на СВЧ, антенный элемент расположен на верхнем основании диэлектрического конуса в центре, при этом печатная плата снабжена четырехканальной суммирующей микросхемой, расположенной в ее центре.

2. Резонансная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что, в качестве диэлектрика используют стеклотекстолит, текстолит, гетинакс или фарфор.

3. Резонансная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что токовводы антенного элемента выполнены в виде цилиндрических металлических штырей, имеющих по высоте два участка диаметрами d1 и d2, причем d1>d2, участок токоввода диаметром d1 соединен с антенным элементом, а участок токоввода диаметром d2 соединен с микросхемой печатной платы, выходы которой соединены 50-Омными полосковыми проводниками равной длины с участками токовводов диаметра d2, а ее вход соединен печатным 50-Омным проводником с выходным разъемом антенны.

4. Резонансная антенна по п. 1, отличающаяся тем, что для получения левосторонней вращающейся поляризации, печатная плата с микросхемой расположена на верхней плоскости основания в полости диэлектрического конуса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антеннам. Совмещенная антенна включает: антенну глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС) с фазовым центром антенны ГНСС; и лучеобразующую антенну с фазовым центром лучеобразующей антенны.

Изобретение относится к многофункциональной цепи с многовитковой катушкой, способу управления такой цепью в мобильном устройстве. Техническим результатом является повышение стабильности работы антенны коммуникации ближнего поля (NFC).

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам с многоканальным входом и многоканальным выходом. Технический результат - повышение эффективности излучения антенны MIMO с одновременным уменьшением мариалоемкости при ее изготовлении.

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи через искусственные спутники Земли (ИСЗ), находящиеся на геостационарной орбите (ГСО), в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат состоит в обеспечении широкополосного согласования импеданса антенны с выходным импедансом передатчика в полосе перекрытия 1:20; наилучшего согласования антенно-фидерного устройства (АФУ) в широком диапазоне; и наибольшей конструктивной прочности самонесущего центрального проводника.

Изобретение относится к приемопередающим антеннам, размещаемым на подвижных объектах. Технический результат - повышение стабильности входного сопротивления короткозамкнутой коаксиальной линии при работе в обоих диапазонах частот и стабильности согласования вибратора с питающим фидером, повышение механической прочности антенны, упрощение процессов изготовления и подстройки параметров штыревого вибратора.

Использование: в качестве устройства антенной техники. Сущность изобретения заключается в том, что активный антенный треугольно-петлевой элемент Милкина содержит расположенные симметрично относительно общей оси петлевые вибраторы, установленные перпендикулярно направлению приема электромагнитных волн и соединенные между собой, при этом петлевые вибраторы расположены в одной плоскости, один из них выполнен в форме равнобедренного треугольника с основанием 0,4λраб и боковыми сторонами 0,3λраб, другой петлевой вибратор представляет собой шлейф-вибратор Пистолькорса из двух параллельных линейных проводников, один из которых неразрезной, другой разрезной в средней части с размещением в ней точек питания, в которых оба вибратора соединены между собой с перекрещиванием боковых сторон равнобедренного треугольного вибратора.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве бортовых антенн спутников связи на геостационарной орбите для обеспечения многолучевой зоны покрытия выделенной земной поверхности в СВЧ диапазоне частот.

Изобретение относится к области радиотехники сверхвысоких частот. Техническим результатом является улучшение согласования двухдиапазонной директорной антенны с питающим фидером (симметрирующим устройством) в каждом из двух несмежных диапазонов частот.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в составе радиотехнических устройств телевидения, радиовещания и радиосвязи в ОВЧ, УВЧ и СВЧ диапазонах.

Изобретение относится к радиотехнике, к области антенной техники в диапазоне СВЧ-КВЧ, и предназначено для использования в системах радиосвязи, радиопеленга, радионаблюдения и радиомониторинга. Антенна состоит из осесимметричного основного зеркала-рефлектора, имеющего форму параболоида, и вспомогательного зеркала-контррефлектора в виде соосного эллипсоида, вогнутого в сторону рефлектора, и облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси и проходящей через фокус контррефлектора, приближенный к рефлектору. При этом дополнительно установлены один и более облучателей в плоскости, ортогональной фокальной оси, проходящей через фокус контррефлектора, удаленный от рефлектора. Технический результат заключается в повышении эффективности антенны при одновременном приеме двух диапазонов частот. 2 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к полнодуплексной антенне и мобильному терминалу. Техническим результатом является сохранение расстояния, устанавливаемого между антеннами, при изменении используемой частоты. Заявленная полнодуплексная антенна включает в себя приемную антенну, которая является всенаправленной антенной; первую передающую антенну, размещенную на одной стороне приемной антенны, причем первая передающая антенна является направленной антенной, и обратное направление главного лепестка диаграммы направленности первой передающей антенны указывает на приемную антенну; и вторую передающую антенну, размещенную на другой стороне приемной антенны, причем расстояние между второй передающей антенной и приемной антенной равно расстоянию между первой передающей антенной и приемной антенной, вторая передающая антенна является направленной антенной, и обратное направление главного лепестка диаграммы направленности второй передающей антенны указывает на приемную антенну, а также генератор сигналов, сконфигурированный с возможностью создавать два канала сигналов передачи, имеющих одинаковую амплитуду и противоположных по фазе. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемопередающих устройств. Антенна содержит два раздельных излучателя. Первый излучатель для первого диапазона выполнен из цилиндрических элементов (ЦЭ) и коаксиального кабеля (КК), пропущенного внутри ЦЭ. Длина верхнего ЦЭ выполнена меньшей, чем длина нижнего ЦЭ. Верхний и нижний ЦЭ выполнены в виде соответственно верхнего и нижнего стаканов. Нижний стакан выполнен перевернутым, его днище обращено к днищу верхнего стакана. Выходящий из нижнего стакана КК подсоединен к разъему первого порта, а оплетка КК соединена с днищем нижнего стакана. Центральная жила КК через отверстие в днище нижнего стакана соединена с днищем верхнего стакана. Внутри верхнего стакана установлен ступенчатый стержень, электрически связанный с днищем верхнего стакана и конец которого расположен снаружи верхнего стакана. Второй излучатель для второго диапазона выполнен в виде несимметричного вибратора, подсоединенного через дроссель к верхнему краю проводящей рамки, вертикально ориентированной и охватывающей с зазором первый излучатель. Нижний край рамки подсоединен к разъему второго порта. Технический результат заключается в возможности одновременного использования диапазонов с большим разносом по частоте, расширении полосы рабочих частот в диапазоне ДМВ2, улучшении формы диаграммы направленности, повышении коэффициента усиления и упрощении конструкции. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к антеннам приемопередающих устройств и может использоваться в качестве навигационной и приемопередающей антенны. Устройство содержит диэлектрический корпус (ДК), первый излучающий элемент (ИЭ) и второй излучающий элемент, расположенные на продольной оси, ориентированной вертикально. Первый ИЭ установлен внутри ДК и выполнен в виде спирали из витой цилиндрической пружины. Отражатель первого ИЭ установлен внизу ДК. Устройство имеет первый и второй порты соответственно для первого ИЭ и второго ИЭ и трансформатор импеданса (ТИ). В устройство введены трубка, отрезок коаксиального кабеля (КК), проводящий диск, установленный вверху ДК. ТИ расположен внутри ДК, подсоединен к нижнему концу спирали первого ИЭ и служит для подсоединения к первому порту, расположенному снаружи отражателя. Трубка установлена внутри спирали первого ИЭ, соединена с отражателем и проводящим диском. Отрезок КК пропущен внутри трубки наружу через проводящий диск и отражатель. Конец отрезка КК, пропущенный наружу через проводящий диск, служит для подсоединения ко второму ИЭ, а конец отрезка КК, пропущенный наружу через отражатель, служит вторым портом. Технический результат заключается в улучшении развязки между излучающими элементами, расширении функциональных возможностей и полосы рабочих частот и обеспечении возможности использования любых заданных диапазонов частот для обоих диапазонов. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антеннам приемопередающих устройств. Антенна образована электрически раздельными излучающими элементами для каждого из двух поддиапазонов. Для первого поддиапазона первый коаксиальный кабель (КК) соединен через трансформатор импеданса с нижним краем нижнего излучающего цилиндрического элемента (ИЦЭ). Для второго поддиапазона второй КК пропущен внутри нижнего ИЦЭ и подведен к среднему ИЦЭ, выполненному в виде перевернутого стакана. Центральная жила второго КК выведена через отверстие в дне перевернутого стакана, а его оплетка соединена с дном перевернутого стакана. Верхний ИЦЭ выполнен в виде стакана с дном, обращенным к дну перевернутого стакана среднего ИЦЭ. Центральная жила второго КК соединена с дном стакана верхнего ИЦЭ, снабженного первым и вторым проводами, расположенными внутри верхнего ИЦЭ. Первый провод одним концом соединен с дном стакана верхнего ИЦЭ, а другой его конец выведен наружу. Второй провод одним концом соединен через отверстие в дне стакана верхнего ИЦЭ с дном перевернутого стакана среднего ИЦЭ, а другой его конец выведен наружу. В устройство введены несимметричный вибратор (НВ), катушка индуктивности (КИ) и конденсатор (К). Одни выводы КИ и К соединены между собой и подсоединены к НВ. Другой вывод КИ соединен с выведенным наружу концом первого провода, а другой вывод К соединен с выведенным наружу концом второго провода. Технический результат заключается в увеличении ширины диапазона частот, улучшении формы диаграммы направленности в верхнем диапазоне частот, увеличении коэффициента перекрытия по частоте, повышении коэффициента усиления. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Мобильное устройство, содержащее: корпус, имеющий дистальный конец; электронику, расположенную в корпусе и выполненную с возможностью управления мобильным устройством, при этом электроника выполнена с возможностью обмена беспроводными сигналами, включающими в себя голосовые вызовы и текстовые сообщения; разъем, присоединенный к электронике с помощью соединения; П-образная антенна, расположенная на дистальном конце корпуса, при этом П-образная антенна имеет соединение с разъемом и выполнена с возможностью создания резонанса с использованием разъема, причем П-образная антенна и разъем выполнены с возможностью беспроводного обмена беспроводными сигналами; сеть согласования полного сопротивления, соединенная между электроникой и П-образной антенной, причем сеть согласования полного сопротивления выполнена с возможностью согласования полного сопротивления электроники с П-образной антенной. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области спутниковой связи и может быть использовано для компенсации неидеальной поверхности рефлектора в системе спутниковой связи. Предложен способ, который включает измерение амплитуды и фазы сигналов, отраженных от рефлектора спутника, причем эти амплитуды и фазы формируют первую совокупность результатов измерения. Способ включает расчет корреляционной матрицы элементов как функции от первой совокупности результатов измерения. Корреляционная матрица элементов представляет диаграмму излучения облучающего элемента рефлектора. При этом способ включает регулирование диаграммы направленности сформированного пучка формирователя пучков на основании корреляционной матрицы элементов, что обеспечивает компенсацию неидеальной поверхности рефлектора. Технический результат – повышение точности компенсации неидеальной поверхности рефлектора. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к антенной технике, может быть использовано в качестве самостоятельной приемной, передающей или приемопередающей глобальной навигационной спутниковой системы антенны или элемента фазированной антенной решетки и позволяет улучшить стабильность положения фазового центра и уменьшить габариты антенны. Указанная задача решается тем, что резонансная антенна, состоящая из основания, установленного над ним антенного элемента, питаемого через расположенные по периферии элемента с периодом 90° по азимуту четырьмя токовводами, расположенной на нижней стороне основания печатной платы и выходного разъема антенны, снабжена усеченным полым конусом, установленным на основании соосно ему и выполненным из диэлектрика с величиной относительной диэлектрической проницаемости от 3,5 до 5 и низкими потерями на СВЧ, антенный элемент расположен на верхнем основании диэлектрического конуса в центре, при этом печатная плата снабжена четырехканальной суммирующей микросхемой, расположенной в ее центре. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Наверх