ШИРОКОПОЛОСНАЯ ДВУХДИАПАЗОННАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ АНТЕННА

Полезная модель относится к антеннам, в частности, к микрополосковым антеннам.
В настоящее время известны широкополосные микрополосковые антенны, содержащие металлический экран с расположенной на нем диэлектрической подложкой и квадратным излучателем с вырезами, к которому подведен один или два коаксиальных кабеля. Так, устройство по патенту US 8564484, дата публикации 22.10.2013 г., МПК H01Q 1/32, в котором имеет место описание микрополосковой антенны, содержащей металлический экран, первый слой диэлектрика с установленным на нем излучателем, к которому подведены центральные жилы двух расположенных под углом 90 градусов относительно оси излучателя коаксиальных кабелей, и второй излучатель, который расположен над первым и отделен от него слоем диэлектрика. При этом излучатели имеют сложную крестообразную форму. Данная конструкция благодаря наличию двух коаксиальных кабелей позволяет обеспечить одновременный прием или передачу сигналов с двумя линейными поляризациями. Однако даже при наличии двух излучателей широкополосность такой антенны не превосходит 15% по уровню коэффициента стоячей волны но напряжению (КСВН) менее 2.
Известно также устройство по патенту US 5410323, дата публикации 25.04.1995 г., МПК H01Q 1/38, которое содержит описание микрополосковой антенны, выполненной на основе диэлектрической подложки с закрепленным на одной стороне подложки металлическим экраном. На другой стороне подложки установлен излучатель в форме квадрата с прямоугольными вырезами. При этом к излучателю подведена центральная жила коаксиального кабеля для приема или передачи радиосигнала. Благодаря наличию прямоугольных вырезов в излучателе, такая антенна может обеспечить работу с сигналами линейной или круговой поляризации, однако широкополосность такой антенны не превосходит 8% по уровню КСВН менее 2. Устройство по патенту US 5410323 является наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели и может быть принято в качестве прототипа.
Целью заявленного технического решения является создание широкополосной микрополосковой антенны, не имеющей указанных выше недостатков прототипа и обеспечивающей прием и передачу радиосигналов в одном диапазоне частот с полосой более 40% по уровню КСВН менее 2, или обеспечивающей прием и передачу радиосигналов одновременно в двух диапазонах частот с полосой более 20% в каждом из диапазонов по уровню КСВН менее 2.
Указанная цель достигается за счет новой конструкции микрополосковой антенны, содержащей диэлектрический слой в виде плоского параллелепипеда или диска с выполненной на нем металлической пластиной в виде прямоугольника с угловыми круговыми вырезами, которая запитывается двумя коаксиальными кабелями, расположенными симметрично относительно оси излучателя.
Краткое описание чертежей.
Фиг. 1 изображает вид сверху варианта исполнения широкополосной двухдиапазонной микрополосковой антенны с диэлектрической подложкой и металлическим экраном в форме квадрата;
Фиг. 2 изображает сечение А-А широкополосной двухдиапазонной микрополосковой антенны.
Устройство широкополосной двухдиапазонной микрополосковой антенны по данному изобретению представляет собой подложку 1, выполненную в форме плоского прямоугольного параллелепипеда или диска из материала с коэффициентом диэлектрической проницаемости равным 1,02-15. Значения толщины диэлектрического параллелепипеда или диска выбраны в диапазоне 0,01λ-0,2λ, (λ - длина волны передаваемого или принимаемого радиосигнала). С одной стороны подложки закреплен металлический экран 2, а с другой стороны - излучающий элемент 3. Металлический экран имеет форму прямоугольника или круга, при этом площадь его превышает площадь подложки на 10-15%, а образованные поля выступания экрана за края подложки симметричны по всему периметру антенны. Излучающий элемент выполнен в форме прямоугольника с угловыми круговыми вырезами, при этом центры окружностей расположены в вершинах прямоугольника. Размеры стороны излучающего элемента и его толщина выбраны в пределах 0,1λ-2λ и 1 нм - 3 мм соответственно. Радиус углового выреза излучающего элемента выбран в пределах 0,01λ-0,9λ, и не превосходит половины длины стороны излучающего элемента. К излучающему элементу подведены два осесимметрично расположенных коаксиальных кабеля, по которым к микрополосковой антенне в режиме передачи и от нее в режиме приема передается радиосигнал. При этом центральная жила 4 каждого коаксиального кабеля имеет электрический контакт с излучающим элементом, а внешний проводник 5 каждого коаксиального кабеля имеет электрический контакт с металлическим экраном. При работе антенны по коаксиальным кабелям передаются равные по амплитуде и противоположные по фазе сигналы. Такое противофазное возбуждение антенны можно обеспечить, например, с помощью противофазного полоскового делителя мощности.
Устройство работает следующим образом.
В режиме передачи сигнала на каждый коаксиальный кабель, подключенный к излучателю, подается радиосигнал одинаковой амплитуды, но со сдвигом фазы 180 градусов в одном кабеле относительно другого. При таком возбуждении антенны возникают два широкополосных резонанса, один из которых обусловлен излучением электромагнитной волны из зазора между металлическим экраном и прямыми ребрами излучателя, а второй резонанс обусловлен излучением электромагнитной волны из зазора между металлическим экраном и искривленными по окружности ребрами излучателя. Резонансная длина волны для первого резонанса определяется расстоянием между центральными жилами коаксиальных кабелей, а для второго резонанса она определяется радиусом углового выреза. При этом широкополосность каждого резонанса составляет более 20% по уровню КСВН менее 2 на входе каждого коаксиального кабеля. В результате, подбором расстояния между центральными жилами коаксиальных кабелей и радиуса угловых вырезов обеспечиваются либо работа антенны в двух диапазонах с рабочей полосой частот более 20% по уровню КСВН менее 2 в каждом из диапазонов, либо при близком расположении резонансов - работа антенны в одном рабочем диапазоне с рабочей полосой частот более 40% по уровню КСВН менее 2.
Область промышленного применения.
Широкополосная двухдиапазонная микрополосковая антенна может быть использована в радиосистемах сверхвысоких частот в случаях, когда требуется одновременно обеспечить широкую полосу рабочих частот, в том числе в двух диапазонах, и слабонаправленную диаграмму направленности излучателя. Например, антенна может быть использована в системах радионавигации, таких как ГЛОНАСС и GPS, работающих в диапазоне 1,1-1,7 ГГц. В системах радиосвязи антенна может использоваться в базовых станциях, работающих в двух диапазонах частот стандарта GSM 880-960 МГц и 1710-1880 МГц. Данная антенна пригодна к использованию в качестве облучателя зеркальных антенн для систем спутникового телевидения, работающих в диапазоне 10,7-12,75 ГГц. Также, антенну можно использовать как элемент активных фазированных антенных решеток бортовых радиолокационных станций летательных аппаратов с широким углом сканирования луча.