ПЛАНАРНАЯ ДИПОЛЬНАЯ ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА С СОГЛАСУЮЩИМ УСТРОЙСТВОМ

Предлагаемое устройство относится к планарным широкополосным антеннам СВЧ диапазона и используется как в качестве одиночного излучателя, так и в антенных решетках, радиолокаторах, радиопеленгаторах, системах приема и передачи информации.
Известно антенное устройство - планарная печатная сверхширокополосная антенна, предназначенная для приема или передачи высокочастотных сигналов (Hans Gregory Schantz. Bottom fed planar elliptical UWB antennas. Ultra Wideband Systems end Technologies, 2003 IEEE Conference on, pp. 219-233, Nov. 2003). В этом устройстве согласование импеданса достигается изменением ширины питающей линии. Недостатком такого способа согласования является сложность применения подобной конструкции в антенных решетках вследствие расположения излучающих элементов и питающей линии в одной плоскости, а так же несимметричность диаграммы направленности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является антенное устройство (Е. , F. Thudor, P. Chambelin. A Low Cost UWB Printed Dipole Antenna with High Performances. Conference Proceedings of the 2005 IEEE Internrtional Conference on Ultra-Wideband, Zurich, Sept. 5-8, 2005), принятое за прототип.
Схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где обозначено:
1 - диэлектрическая подложка;
2.1-2.4 - металлизированные излучающие поверхности;
5.1.1-5.1.N и 5.2.1-5.2.N - соединительные металлизированные отверстия;
6 - питающая полосковая линия.
Устройство-прототип выполнено на двухслойной диэлектрической подложке 1 из материала FR-4, на верхней и нижней сторонах которой находятся изготовленные печатным способом металлизированные элементы 2.1-2.4, имеющие круглую форму и образующие вместе планарный диполь. Металлизированные излучающие поверхности 2.1 и 2.2 верхнего слоя соединены с такими же излучающими поверхностями 2.3 и 2.4 нижнего слоя металлизированными отверстиями 5.1.1-5.1.N и 5.2.1-5.2.N. Питание к антенне подводится полосковой линией 4, расположенной между верхним и нижним слоями.
Устройство-прототип работает следующим образом.
При подаче через питающий фидер высокочастотного сигнала к полосковой линии 4 происходит возбуждение антенны. Благодаря электромагнитной связи между питающей линией и излучателями 2.1-2.4, а также электрическому контакту, осуществляемому через соединительные металлизированные отверстия 5.1.1-5.1.N и 5.2.1-5.2.N, возбуждаются одновременно нижний и верхний слои антенны. В силу широкополосных свойств планарного диполя происходит значительное расширение полосы рабочих частот.
Недостатками устройства-прототипа являются ограничение согласования антенны на низких частотах, технологическая сложность реализации антенны из-за наличия двух слоев и расположения полосковой линии между ними, что накладывает некоторые ограничения на пространственное расположение антенны, делая ее неудобной для применения в антенных решетках.
Задачей предлагаемого устройства является улучшение согласования антенны в полосе частот, а так же упрощение способа подачи питания.
Для решения поставленной задачи в устройство, содержащее двухслойную диэлектрическую подложку, на верхнем слое которой расположены первая и вторая металлизированные излучающие поверхности, согласно полезной модели, введено устройство согласования, состоящее из двух пластин, расположенных перпендикулярно соответственно первой и второй металлизированным излучающим поверхностям, а также первая и вторая точки питания, расположенные между пластинами устройства согласования на краях соответственно первой и второй металлизированных излучающих поверхностей.
На фиг. 2 представлена схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - диэлектрическая подложка;
2.1 и 2.2 - первая и вторая металлизированные излучающие поверхности;
3 - устройство согласования;
4.1 и 4.2 - первая и вторая точки подключения питания.
Предлагаемая антенна содержит двухслойную диэлектрическую подложку 1, на верхнем слое которой расположены первая и вторая металлизированные излучающие поверхности 2.1 и 2.2 круглой формы, изготовленные печатным способом; устройство согласования 3, состоящее из двух пластин, выполненных из латуни в форме усеченного эллипса и расположенных перпендикулярно соответственно первой и второй излучающим поверхностям 2.1 и 2.2. Питание антенны осуществляется через первую и вторую точки подключения питания 4.1 и 4.2, расположенные между пластинами устройства согласования 3 на краях соответственно первой и второй излучающих поверхностей 2.1 и 2.2.
Излучающие поверхности 2.1 и 2.2 выполнены таким образом, что диаметр каждой поверхности равен 0,2λ (λ - длина волны на минимальной частоте), а расстояние между ними ΔL=1,5 мм.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При подаче высокочастотного сигнала к точкам питания 4.1 и 4.2 любым удобным способом, например микрополосковой линией или коаксиальным шлейфом, происходит возбуждение антенны. Благодаря электромагнитной связи между питающей линией и излучателями 2.1 и 2.2 возбуждаются одновременно обе излучающие поверхности 2.1 и 2.2 антенны. В силу широкополосных свойств планарного диполя происходит значительное расширение полосы рабочих частот. Предлагаемая планарная антенна является симметричным вибратором, при этом устройство согласования 3, создает на ее входе дополнительное реактивное сопротивление, обеспечивающее широкополосную трансформацию и согласование более высоких входных сопротивлений антенны с более низким импедансом питающей линии.
Таким образом, по сравнению с прототипом, предлагаемое устройство проще в изготовлении, обладает лучшим согласованием в полосе частот. Так же к предлагаемому устройству гораздо проще подводится питание, что обеспечивает возможность использования подобной конфигурации в антенных решетках.