ДИСКОВАЯ ПЕЧАТНАЯ АНТЕННА С Е-ОБРАЗНОЙ ЩЕЛЬЮ
PRINTED DISC ANTENNA HAVING E-SHAPED SLIT

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании малогабаритных печатных антенн, в частности встроенных в приемопередающие модули или составляющие антенные решетки.
Известны печатные антенны, применяемые в радиоэлектронной аппаратуре различного назначения [1]. Классическими формами излучателей таких антенн являются прямоугольный или дисковый резонаторы, а так же другие: треугольные, пятиугольные и т.д. Эти антенны обладают достаточной широкополостностью, при которой КСВ<1,5 составляют в зависимости от диапазона 10-20% от центральной частоты.
Основными недостатками таких антенн при применении их в АФАР на общей диэлектрической подложке является существование поверхностных волн, что приводит к увеличению связей между излучателями, уменьшает усиление, усложняет их фазировку, особенно при электронном сканировании луча. Кроме этого, увеличивается искажение диаграммы направленности (ДН) излучателей из-за несимметричного их возбуждения в E плоскости, достигающего провала в -5…-6 дБ, и смещается ДН антенны до 20…30°.
Известна печатная прямоугольная антенна с E-образной щелью в излучателе [2] (см. [2] Fig.2), возбуждаемая коаксиальным зондом, эта антенна в диапазоне ~5 ГГц имеет КСВ<2 в двадцатипроцентной полосе частот и провал усиления ДН на центральной частоте до 5 дБ и смещением на -20° (см. [2] Fig.8a).
Согласно моделированию этой антенны на частотах порядка 10 ГГц провалы усиления в зависимости от угла >5 дБ (см. фиг.2) со смещением ДН в диапазоне частот на 40-50°. Все это приводит к ухудшению характеристик АФАР. Кроме того, в такой антенне возникает поверхностная волна, увеличивающая связь между соседними антеннами, что затрудняет их точное фазирование без применения дополнительных сложных расчетов.
Таким образом задачей изобретения является уменьшение провала, симметрирование ДН и гашение паразитной поверхностной волны.
На фиг.1 изображена дисковая печатная антенна с E-образной щелью, где:
1 - диэлектрическая подложка; 2 - коаксиальный зонд; 3 - дисковый излучатель с E-образной щелью; 4 - заземленное основание; 5 - апертура; 6 - отверстие в апертуре (непроводящее); 7 - проводящие штыри, электрически соединяющие основание с апертурой (количество зависит от частотного диапазона). Введение апертуры, соединенной по периметру кругового отверстия проводящими штырями с основанием, позволило создать внутренний экранированный объем со свойствами резонатора, в котором энергия поверхностных волн за счет отражения от штырей возвращается в излучатель, что приводит к увеличению усиления антенны. Применение дисковой антенны по сравнению с прямоугольной симметрировало излучатель по площадям от точки возбуждения и привело к улучшению ДН в E плоскости.
Было проведено моделирование, а так же изготовлены и измерены макетные образцы печатной антенны с дисковой E-образной щелью.
На фиг.3 показана зависимость КСВ от частоты для модели излучателя. При центральной частоте 9,5 ГГц КСВ<2 в ~12% полосе частот.
На фиг.4 показаны ДН модели антенны в E и H плоскостях. Из графиков видно, что провал ДН не превышает 2 дБ, а смещение по уровню ~2 дБ от максимального значения не превышает 10°. На этих же фигурах показаны экспериментальные значения КСВ и ДН.
По технологии LTCC керамики был изготовлен макет антенного модуля с двумя дисковыми антеннами (см. фиг.5), экспериментальные результаты, полученные в результате его обмера, незначительно отличаются от расчетных. Коэффициент связи между излучателями не менее 14,5 дБ.
Таким образом удалось повысить в четыре раза симметричность ДН антенны, обеспечить развязку расположенных рядом излучателей и более чем в два раза уменьшить провал ДН.
Литература
1. Чон К.-Х., Петров А.С. Широкополосные микрополосковые антенны. - М.: Антенны. Вып.3(49), 2001 г., стр.18-33.
2. B.-L. Ooi, S. Qin, М.-S. Leong Novel Design of Broad - Band Stacked Patch Antenna. - IEEE transactions on Antennas and Propagation, vol.50, October 2002, p. 1391-1395.