МИКРОВОЛНОВАЯ АНТЕННА НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРАХ
DIELECTRIC RESONATORS MICROWAVE ANTENNA

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к СВЧ-технике, и предназначено для создания микроволновых антенн и антенных решеток на основе миниатюрных диэлектрических резонаторов (ДР).
Известны микрополосковые конструкции микроволновых антенн на диэлектрических резонаторах (ДРа), выполненные на диэлектрических резонаторах, использующихся для создания антенных решеток.
Известна конструкция ДРа (см. US Patent 10784583, МПК H01Q 9/0485, опубл. 03.11.2016, Dielectric resonator antenna arrays), в которой непосредственно на полосковом проводнике в виде микрополосковой линии (МПЛ) установлен прямоугольный ДР.
Недостатком этого технического решения является то, что в нем дополнительно выполнено внутреннее сквозное отверстие, перпендикулярное полосковому проводнику, что приводит к существенному увеличению тепловых потерь ДР и снижению эффективности излучения ДРа, а расширение рабочей полосы частот достигнуто за счет выполнения сквозного отверстия и уменьшения добротности ДР.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является техническое решение (см. US Patent 5952972, МПК H01Q 9/0485, опубл. 14.09.1999 г., Broadband nonhomogeneous dielectric resonator antenna systems), в котором возбуждение одного ДР производится полосковым проводником МПЛ. Конструкция ДРа содержит МПЛ, состоящую из диэлектрической подложки с металлизированным основанием и центральным полосковым проводником, размещенным на свободной от металлизации поверхности диэлектрической подложки, непосредственно на полосковом проводнике симметрично установлен диэлектрический резонатор прямоугольной формы, возбуждение которого производится на  магнитном типе колебания. Недостатком данного технического решения является то, что МПЛ работая в режиме холостого хода (XX), при этом ДР прямоугольной формы установлен симметрично непосредственно на полосковом проводнике, что приводит к существенному увеличению тепловых потерь ДР и снижению эффективности излучения ДРа, а расширение рабочей полосы частот достигнуто за счет уменьшения добротности ДР.
Технической задачей изобретения является уменьшение тепловых потерь, повышение уровня излучения, улучшение избирательности частотных характеристик ДРа.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональности устройства.
Это достигается тем, что микроволновая антенна на диэлектрических резонаторах, содержащая микрополосковую линию передачи, состоящую из диэлектрической подложки с металлизированным основанием и центральным полосковым проводником, размещенным на свободной от металлизации поверхности диэлектрической подложки, диэлектрического резонатора в виде прямоугольной призмы, согласно изобретению снабжена вторым диэлектрическим резонатором в виде прямоугольной призмы, при этом диэлектрические резонаторы расположены на свободной от металлизации поверхности диэлектрической подложки симметрично относительно полоскового проводника, выполнены с возможностью перемещения относительно полоскового проводника и последующего их крепления на диэлектрической подложке, так что широкие грани диэлектрических резонаторов ориентированы вдоль полоскового проводника и перпендикулярно поверхности диэлектрической подложки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вид ДРа, на фиг.2 - картина векторного электрического поля Е в плоскости широкой грани одного из ДР, на фиг.3 - картина векторного магнитного поля Н в плоскости, параллельной плоскости диэлектрической подложки МПЛ на половинной высоте двух ДР, на фиг.4 представлена диаграмма направленности (ДН) ДРа для режимов бегущей волны в МПЛ (режим согласованной нагрузки), на фиг.5 - ДН ДРа для режима стоячей волны (режим XX МПЛ).
Микроволновая антенна на диэлектрических резонаторах содержит МПЛ 1, состоящую из диэлектрической подложки 2, металлизированного основания 3, полоскового проводника 4, и два ДР 5 и 6, выполненных в виде прямоугольных призм, установленных на диэлектрической подложке 2 симметрично относительно полоскового проводника 4 с возможностью перемещения диэлектрических резонаторов 5 и 6 относительно полоскового проводника 4 для настройки фильтра и последующего их крепления, например, клеем на диэлектрической подложке 2, так, что широкие грани диэлектрических резонаторов 5 и 6 ориентированы вдоль полоскового проводника 4 и перпендикулярно поверхности диэлектрической подложки 2.
Микроволновая антенна на диэлектрических резонаторах работает следующим образом. На входной порт МПЛ 1 поступает сигнал электромагнитного поля распространяющейся ТЕМ-0волны МПЛ 1, вызывающий возбуждение двух ДР 5 и 6 на рабочем низшем типе колебаний  что приводит к накоплению энергии электромагнитного поля в них и излучению этой энергии из ДР 5 и 6 в окружающее свободное пространство. Возбуждение ДР 5 и 6 может быть осуществлено как в согласованном режиме МПЛ 1, так и в режиме XX, при этом ДР 5 и 6 установлены в пучности магнитного поля МПЛ 1.
На Фиг. 2 и Фиг. 3 представлены картины векторного электрического поля Е в плоскости широкой грани одного из ДР и векторного магнитного поля Н в плоскости, параллельной плоскости диэлектрической подложки МПЛ на половинной высоте двух ДР, подтверждающие возбуждение ДР на низшем магнитном типе колебаний
Из картин распределения электромагнитного поля следует, что за счет использования двух ДР 5 и 6 со взаимной связью «согласного типа» включения резонаторов достигается более широкое пространственное распределение результирующего магнитного момента (формируемого магнитным полем ДР) в сравнении с одиночным ДР, что приводит к усилению излучения электромагнитной энергии и расширению лепестка ДН в предложенном техническом решении конструкции ДРа. Благодаря размещению ДР 5 и 6 на диэлектрической подложке 2 вне полоскового проводника 4 МПЛ 1 достигается уменьшение тепловых потерь ДРа и следовательно повышение отношения потерь на излучение к тепловым потерям. Система двух ДР образует звено двухконтурного фильтра, за счет чего достигается улучшение избирательности частотных характеристик ДРа.
Таким образом, предложенное техническое решение ДРа с указанным размещением двух прямоугольных ДР обеспечивает синфазное возбуждение ДР на  типе колебаний, необходимое для эффективного излучения энергии электромагнитного поля через апертуру раскрыва экрана МПЛ, при этом ДРа выполняет одновременно функции фильтрации двухзвенного фильтра и излучения антенного элемента.
На Фиг. 4 и Фиг. 5 представлены диаграммы направленности (ДН) ДРа для режимов бегущей волны в МПЛ (режим согласованной нагрузки) и для режима стоячей волны (режим XX МПЛ), соответственно, подтверждающие близость их форм и параметров излучения.
Использование изобретения позволяет снизить тепловые потери, повысить уровень излучения, улучшить избирательность частотных характеристик микроволновой антенны на диэлектрических резонаторах, расширить функциональность устройства.