Микрополосковая печатная антенна миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к антенным устройствам беспроводных систем связи, и может быть использована в радиосистемах миллиметрового диапазона.
Известна миниатюрная микрополосковая антенна (патент RU 188495, МПК H01Q 1/38, 16.04.2019), содержащая линию питания, экран, излучающую пластину на диэлектрической подложке, которая с помощью монтажных элементов подвешена над экраном. При этом излучающая пластина снабжена Г-образными вырезами, а излучающая пластина и диэлектрическая подложка загнуты внутрь пространства между экраном и диэлектрической подложкой. Технический результат заключается в удлинении пути протекания тока, что позволяет понизить резонансную частоту антенны
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство работает в узкой полосе частот 0,92 ГГц и не захватывает полосу миллиметровых волн (30-300 ГГц).
Известна компактная сверхширокополосная антенна (патент RU 2524563, МПК H01Q 9/16, 27.07.2014), состоящая из двух симметричных излучающих элементов, расположенных с одной стороны диэлектрического слоя, и дифференциальной полосковой линии питания, размещенной на обеих сторонах упомянутого диэлектрического слоя, к верхней и нижней сторонам которого плотно прилегают соответственно дополнительные верхний и нижний диэлектрические слои, и две соединительные пластины с межслойными соединениями, выполненные с возможностью создания электрического контакта между концами упомянутых излучающих элементов, размещены на внешних поверхностях упомянутых верхнего и нижнего диэлектрических слоев; причем симметричные излучающие элементы имеют вырезы на концах, а также вырезы внутри таким образом, что излучающие элементы имеют U-образную форму, и по внутреннему и внешнему периметру излучающих элементов выполнены дополнительные вырезы.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство работает в полосе частот 6-10 ГГц и не захватывает полосу миллиметровых волн (30-300 ГГц).
Известна широкополосная микрополосковая дипольная антенна (патент RU 191904, МПК H01Q 9/00, 28.08.2019), содержащая симметричный диполь с двумя излучающими плечами, щель, линию питания, размещенные на диэлектрической подложке. При этом плечи диполя снабжены дополнительными проводящими сегментами прямоугольной формы, расположенные над излучающими плечами диполя на расстоянии, равном не менее чем одна толщина подложки. Технический результат заключается в расширении полосы рабочих частот.
Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство работает в узкой полосе частот 2,6 ГГц и не захватывает полосу миллиметровых волн (30-300 ГГц).
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является однослойная микрополосковая антенна (патент RU 2327263, МПК H01Q 1/38, 20.06.2008), включающая в себя основание и сформированные на нем излучатель в форме кольца или многоугольника, питающую полоску, отделенную от излучателя промежутком заданной постоянной величины, и плоскость земли, представляющую собой металлическое покрытие противоположной стороны диэлектрического основания. Однослойная микрополосковая антенна может иметь толщину основания от 1 мм до 1,9 мм, выполненного из диэлектрического материала, может иметь бескорпусной резистор, подключенный к одному из концов питающей полоски для согласования импеданса. Излучатель и питающая полоска выполнены из металлического материала. Длина периметра излучателя по существу равна длине волны радиочастоты. Длина питающей полоски приблизительно равна четверти длины волны радиочастоты. Питающая полоска возбуждает ток в излучателе через промежуток за счет электромагнитной связи, причем форма питающей полоски аналогична или подобна форме излучателя. Изменение длины промежутка приводит к изменению поляризации и полосы пропускания антенны. Один конец питающей полоски соединен с коаксиальной линией, другой конец питающей полоски свободен. Промежуток между питающей полоской и излучателем сохраняется неизменным. Радиочастота входит в пределы частотного диапазона SDMB (2,63-2,68 ГГц).
Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство работает в узкой полосе частот 2,63-2,68 ГГц и не захватывает полосу миллиметровых волн (30-300 ГГц).
Задачей полезной модели является обеспечение функционирования в диапазоне миллиметровых волн и обеспечение электромагнитной совместимости с существующими устройствами беспроводной связи.
Техническим результатом являются формирование и прием радиосигналов в диапазоне миллиметровых волн (76-80 ГГц).
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в микрополосковой печатной антенне, состоящей из основания, излучателя, питающей полоски и плоскости земли, согласно полезной модели, излучатель выполнен восьмиугольным с крестообразной выемкой в центре, причем стороны вертикального и горизонтального прямоугольников, образующих при пересечении крест выемки, равны одной восьмой и одной второй длины волны миллиметрового диапазона.
Существо полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена микрополосковая печатная антенна миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой (вид спереди). На фиг. 2 изображена плоскость земли микрополосковой печатной антенны миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой (вид сзади). На фиг. 3 изображен график зависимости обратных потерь S11 от частоты.
Микрополосковая печатная антенна миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой (фиг. 1) включает излучатель 1 восьмиугольной формы, крестообразную выемку 2 в плоскости излучателя 1, образованную пересечением вертикального и горизонтального прямоугольников со сторонами, равными одной восьмой и одной второй длины волны миллиметрового диапазона, питающую полоску 3, связанную с излучателем 1 и соединенную с входным SMA-разъемом 5, расположенные на основании 4, выполненном из диэлектрического ламината Rogers RO3003. С обратной стороны основания 4 расположена плоскость земли 6 (фиг. 2), соединенная с входным SMA-разъемом 5. Излучатель 1, питающая полоска 3 и плоскость земли 6 выполнены из металлического материала.
Излучатель 1 восьмиугольной формы с крестообразной выемкой 2 и питающая полоска 3 нанесены на основание 4. К внутреннему проводнику входного SMA-разъема 5 подсоединена питающая полоска 3, а выводы внешнего проводника входного SMA-разъема 5 присоединены к плоскости земли 6.
Вся конструкция микрополосковой печатной антенны миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой выполнена по технологии изготовления печатных плат и рассчитана на функционирование в полосе частот 76-80 ГГц. Входной SMA-разъем 5 рассчитан на сопротивление 50 Ом.
Микрополосковая печатная антенна миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой работает следующим образом: электрический сигнал подается на входной SMA-разъем 5, распространяется по питающей полоске 3 и достигает излучателя 1 восьмиугольной формы, где электрический ток преобразуется в энергию электромагнитного поля, создаваемого между плоскостью земли 6 и излучателем 1 восьмиугольной формы. Основание 4 экранирует излучатель 1 восьмиугольной формы и плоскость земли 6 друг от друга и обеспечивает устойчивость конструкции.
Поскольку конструкция излучателя 1 рассчитана таким образом, что стороны восьмиугольника равны половине длины волны миллиметрового диапазона, а в центре выполнена крестообразная выемка 2, образованная пересечением вертикального и горизонтального прямоугольников со сторонами, равными одной восьмой и одной второй длины волны миллиметрового диапазона, а также длина и ширина питающей полоски 3 рассчитаны для обеспечения согласования с входным сопротивлением 50 Ом, то в совокупности указанная конструкция обеспечивает излучение и прием радиосигналов в диапазоне миллиметровых волн 76-80 ГГц (фиг. 3), обеспечивая достаточное усиление 6,25 дБ при малых размерах микрополосковой печатной антенны 5,14 мм × 2,50 мм.
Итак, заявляемая полезная модель позволяет формировать и принимать радиосигналы в диапазоне миллиметровых волн (76-80 ГГц) и обеспечивает электромагнитную совместимость с существующими устройствами беспроводной связи.