Микрополосковая антенна — SU 2001477 (original) (raw)
(51) 5 Н 01 13 20 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ аьК ПАТЕНТУБИО;,=(57) Использование: в антенной технике, в частностив 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.Изобретение относится к антенной технике, в частности к неоеэонднсным днтРНнам щелевого типа,Изобретение наиболее эфективо ожет быть использовано в кдчсгтвс дтонны в составе широкополосных црсло-Герсддющих радиоустройств в случдлх, когда цредьлвляютсл повышенные требования к линейности и стабильноси поляризации, Такую антенну можно изимени 4 ь в к 1 чествР элемента широкополосньх антенных решеток.Известна щелевал антенна постоянной ширины, записываемая волноводом, прадназндченным длл излучснил зл 4;тромдгнитных колсбаний Л 4 инейной цолр)здции в цироком дидпдзоне частот, Эд днтеннд состоит из диэлектрической пласз )ны, частично помещенной в открьтьй конец прямоугольного волновода посередине широкой и параллельно узкой стенке цгследнего. Нд одной стороне цлагтиььь ндходлтся два летдллических полоска, которые по мере продвижения к открытому ;онцу волновода вначале плавно рдсшГрлгтся, затем имеот постоянную ширину, о)разул отрезок однородной щелевой лии 4 Нд самом конце пластины щслевдя линия экспоне- цидльно рдсширяетсл. Пр) этом участок плдстиы с расширяощимисл полос;дми вмгсто с волноводдм,1 Обзадую пгРход От волны310 прялзугольного ол овода к волС), рдс)рострэяощеся в вссвои ли 4 ии, д учдст;и с полосками постолньой ширинь и экс)0)енцидлНО рдс)з)л 04 сйс 5 ЩРЛ 10 образуют излучающую часзь дьгснны, При этом 1 злучдемое поле имеет линсйнуо поляризацию, вектор которой пд)дллслен плоскости диэлектрической цлдсгины, Дана антенна позволлет рдботать в достдточ 40 широкой полосе частот с отсус зием кроссоляриздции и ка дия вектг)рд г оллризации цри изснени гстоть.сдгсд.;ом ее являьотся большие поперсчьье размеры, которые е могут быть значитль О меньше, 4 ЭЛ )л)х /2, ГДЕ /.;4 Л 4 х - МаСИМГ) ЫДЛ ДЛИНД волны,Известна так:ке микро)олзгнлл антенна на основе неоднороднои щсл злой линии, предндзндченндл также длл излучеьнл полл линейной поляризации в шрок)м дидпдзоне чдстот. Этд днтеннд цредстдвллст собой диэлектрическук) пластину, нд одной стороне котороЙ расположен суждощийсл метдлЛИЧЕСКИй ПОЛОСОК, ПЕРСХОДЯВ;й ЭДТЕМ В расширлющейся полосок огр ьчнный с одной счороны экспоеьто 1, а 4) другой стороне - рдвноширокий вьдчдл 41 цсреход 5 щй здтсл в вертикально рд.поло;Рьный 10 20 25) ЗО 35 10 15 50 55 идентичныи первому по форме полосок. При этогл обд преходд расходяциесл, ордниченные экспо,снтами г)олоски образуют излу дющуо часть днтеннь, д суждющийсл и равноширокии полоски трднгформдтор, согласуо,4 й ее со входной лиьиси питания. Из-зд конечной толщины диэлектрической пластины при изменении частоты вектор поллризации менлет направление, Кргме того 4 излуч;)емом поле 1 рисучствует орч ОГ 01 дльдл сОставлл зцдл, сд 1)инутдл ПО фазе а 90" относцельно основной (т.е. имеетсл ероссполлриздци 51),Из известных микрокполосковых антенн, работа 0 х з 44 иоокой полосе частот, ндиболес бл)экой по тсхни сской сущности лвллстсл"икрополосковдл дтеннд нд огнове неоднородной щелевой линии. Этд антенна содержит диэлектрическую пласт.ну, нд орной стороне которой расположен сужающийся метдллическии полосок 2 (фиг,1), псреходлщии затем в рдгОцрлющийсл полосок, 04 рдничснный с одной стороны эксг)онснтой, с дпугой - кривой, обеспечивдоцй плавньй переход от двухпрогодной ленточной линии (сеение В-В) и экспонснцидльно ра;циряощейсл щеле- ой ли ии участок от В-В до Д-Д), д нд нижнсчстороне - равноширокий вначале, и ПСРЕХОДЧЩИй ЗДГСЛ В ЗСРКДЛЬНО РДСПОЛО- жсньг) )дентично первому по форме полосок ) Пр этол оба расходящиеся, огрдничсьныс экспонснтдми полоски образуот излучдющуо чдсть аге 41 ы. д сужающийсл и рдвноширокий полоски трансформа Гор, согласукзщии ее со входной )ИНИГ)1 )ТаИЛСИЛ 1 ЕТЗ 1 ЧН 01 ПОЛОСКО- вои лиьией) Этд антеннд принлта зд проготип. Н.достаток микрополосковой антенны (чротптигд) эдкл очдется и тол, что с изменением чдгтоы вектор поляризации излучдсл)ого голл цовордчивдтсл. ;ро)е того и1 З Ч1(ч Г Л 0 Л ) 0 Л С П ) и С У Т С Т Г У Е Т 0 Р 0 Г 0 Н Д Л ЬП нд ГОгтдлльощдч, гдГинутдл Г 10 фдзР а 90 отост,)ь 0 Основной (г.с. имРРтсл кроссполлпцздцил), Поэголу иавил,нее говорть о повороте большой оси эллипса гичизд.;ии, Длл кдждои частоты существует коорал зонд излучгцощей части анте н н ы, ц 04; ч кото рой мо 1 цьость волны, РДСЦЗОСГ;4 ЯОЩЕЙСЛ ПО НЕОДНОРОДНОЙ ЦС- левой ль,и. резко уленьшдетсл (часть лощост, д которую происходит это уменьшен, зд вычетом тепловьх потерь в диэлектрике; металле, излу детсл), Это зффективн;)я зоназугзнл ЭЗИ) Кдк видно ИЗ и 1 рсэультируО 1 ий вектО) 1 апрлжос) и длектричсскго полл Г повордчивсзтс 1 Г) и рго рГстрэ 44 ии 1 оль вдоу)злу . г лен н; у ол, Глизкий 90ак как ииа цел г,)ЗИ зяеисит от длины волне о свободом гространстее, для различных частот будут различные ЭЗИ Направление вектора Е о ЭЗИ совпадает с напраолеием вектора напряженности электрического поля излучаемого сигнала. Поэтому с изменением частоты последнее поворачивается, И этот эффект выражен тем значительней, чем больше толщина подложки, Несмотря на то, что основная часть подводимой к антенне мощности излучается о ЭЗИ, некоторая ее часть излучается и в предшествующих зонах, о 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 антеннь о 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 сигнала, Кроме того данное техническое решение позволяет уменьшить параэитную электромагнитную связь между антенной и близко к ней расположенными элементамиПоставленная цель достигается тем, что в микрополосковой антенне содержится 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 щелеоой линииНа противоположной стороне пластины находится равноширокии вначале и переходящий затем о зеркально расположенный идентичный первому по Форме полосок, При этом оба расходящиеся, ограниченные экспонентами полоски, образуот излучающую часть антенны, а сужающийся и равноширокии полоски трансформатор, согласующий ее с входной линией питания. При этом согласно изобретеио е антенну введена идентичная первой расположенная еплонук к неи вторая диэлектри ескаяпластина. на внешней стороне которой имеется полосок. топология которого такая же,как топология внешней стороны первой5 подложки,Такое выполнение микрополосковойантенны позволяет устранить кроссполяризацио. уменьшить изменение направлениявектора поляризации излучаемого антенной10 сигнала. Кроме того, данное техническое решение позволяет уменьшить паразитнуюэлектролагнитную связь между антенной иблизко к ней расположенными элементами,Сравнение заявленной антенны с прототи 15 пом показывает, что заявленная микрополоскооая антенна отличается тем, что онасодержит дополнительную диэлектрическую пластину, вплотную примыкающую косновной диэлектрической пластине, с на 20 несенным на ее внешней поверхности полоскол, Форма которого идентична формеполоска, расположенного на внешней стороне первой диэлектрической пластины.Нади ие этих отличительных признаков по 25 зеоляет сделать вывод о соответствии предложения критерию "Новизна",Сравнение отличительных признаковпредложения с другими известными техническими рецениями показало, что такое30 "двухслоиное" выполнение антенны с вышеуказанной Формой полосков на внешних ивнутренних поверхностях диэлектрическихпластин заявителю неизвестно, причем вуказанной "двухслойной"конструкции про 35 исходит такой процесс излучения (подробноописанный далее), при котором отсутствуетортоональная составляющая электрического поля, что, о свою очередь, исключаеткроссполяризацию и качание плоскости по 40 ляризации при изменении частоты сигнала.Направление вектора электрической составляющей излучаемого антенной полясовпад ет с направлением вектора результируощей напряженности электрического45+поля Е е ЭЗИ, Из-за того, что в антеннеустановлена вторая пластина 1 с полоском3, аналогичным по Форме наружному полоску 4 переои пластины 2 (Фиг.2), составляю 50щие вектора Е, перпендикулярныеплоскости антенны, Еи Е 2 равны помодуло и противоположны по направлению, Поэтолу вектор Е в любом сеченииантенны параллелен ее плоскости. Следовательно, любой участок может излучать полетолько линейной поляризации, плоскостьполяризации которого строго параллельнаплоскости антенны. Вследствие отсутствияортогональной 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 8-8 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)Я, где Язх - максимальная длина волны рабочего диапазоне в линии передачи),5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Питание антенны производИтся от СВЧ- источника через СПЛ, которая находится на ответных полосковых платах, присоединяемых к входу антенны б.Устройство работает следующим образом. Входной сигнал от СВЧ-источника по СПЛ подается на вход антенны, Структура поперечной электромагнитной волны (Т- волны), 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 В-В, 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 Е, меньше, чем импе- данс эквивалентной апертуры 2, то преобладает распространение, если Е больше 2, то - излучение энергии,Волновое сопротивление щелевой линии возрастает при увеличении частоты и ширины щели, а импеданс эквивалентной апертурыуменьшается при увеличении частот и уменьшении ширины щели Ю Поэтому для каждой частоты рабочего диапазона найдется такая ширина щели И/а, что Ъ = Ес. Щ 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 11 и Е 2 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 отсутсФвия 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(11.,осс ",сЬягдтев, ЕЕЕ Тгэпв чо. АР-ЗЗ. 10 12, сеселэЬег. 1985, рр. 1392 - 1400,Е 1(1 с)а 91 т, гпргочес сев 19 п о 1 т)е 10 )вссдптеппа; 1 ЕЕ Рос., чо 1. 135, Рт. Н, ЙО 2,)"и 1, 1988, рр 89 92,Модель для излучения и оптимизации г лоских щелевых антенн Желье, Лартинг П.,Гг(уэн Д, Перевод с Фр, Вивальди М ЖЛ 15 1 ойУДК 621.396,677.623.465.722.Форула изобретенияци(опсэоскс)л лтсл. соде)жащая 20 дизлектрическуо цлдстиу, ца одной стороне которой г)аз )еще:)ксцонеццалена суждощийся вдоль продольной оси диэлектрической цластиы пе 1,вый металлический полсок, Греходя щий Б25 расширя ощуося часть, огрдциченнуо ц)аввыи кривыми, первая из которых имеет цепрерывнуо перво цроизводуо и пересекдетсл эссцоац(,дль)о, д другой стороне диэлектрической пластины рдзмеще вдоль г)г)осольой оси диэлектрической пластгпы второи металлический полосок, имеющий расширяощуося часть,и /э; ц)01Ги э р(сцс)л(с.мы к не эее(д у" ;) Г т ,Г с / , - Л д и В - В .Зд бд.олый оГ .;т цп )га икрпцолоскглэл дц.дд с.)е с одоцпд)й1 е лч и( иБ отличи( от Ьдзос сго обьектд заел)е -оп т ( х ц 1 ее кое р с) )ие (10 3 ) о )ег к к о устрднить ;россцол)ризаио и кдеие вектора цс)гриза)ции излч д;)ого сигдлд при изменеи частоты, С)оме того данное техическое решение позволяет уменьшить пдрдзитцу)о эект)о а(и)уо связь между антеной и близко рдсццложеыли к ей элеметд л. Пр.) .еие ддной днтены в цриомо-ц-реда)о и х с тройсвдх позсч;ет создавать дгн)дрдтуру с цо)ыс)енцй г)кехс)устойистьп и больпими фун,он:,эи вс)экг)жцстпми зер)кдльно симметричнуо продольной оси д)эгек; рической пластины расширяющейся дси первого летдлческого полоска, отлц ьлощдлсл тем, что, с целью устранекроссполяризации и стабилизации секторд линейной поляризации в рабочем диапазоне частот, введена дополнительная д;злетри ческал пластина, размещенная вплотную к второму металлическому полосу, д д внешней стороне размещен допол цтальный металлический полосок, идсцти ный первому, причем их проекции д плоскость диэлектрической пластины сов и дда от.лбинат "Патент, г Ужгород ул Гаг рина 10 ельский роизводственно-иад