СОВМЕЩЕННАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ АНТЕННА
INTEGRATED MICROSTRIP ANTENNA

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в УВЧ- и СВЧ-диапазонах.
рез
Известна микрополосковая антенна, представляющая собой ленточный вибратор [1], состоящий из двух плеч в виде прямоугольных полосок металла, расположенных на диэлектрической подложке. Резонансная длина волны такой антенны λ зависит от относительной диэлектрической проницаемости подложки ε и длины плеча вибратора ℓ:
Относительная ширина полосы рабочих частот такой антенны невелика и составляет около 5% от рабочей частоты. Для увеличения полосы рабочих частот полоске металла может быть придана гексагональная форма [1].
Для работы в нескольких частотных диапазонах необходимо использовать несколько ленточных вибраторов с различными длинами плеча (в зависимости от частоты, на которую эти вибраторы настроены). Такие вибраторы располагаются на одной подложке рядом друг с другом и занимают большую площадь.
Известна также кольцевая микрополосковая антенна [1]. Внутренняя (полая) часть такой антенны может быть использована для размещения в ней другой кольцевой антенны меньшего радиуса.
Целью изобретения является многократное использование площади, занимаемой ленточными микрополосковыми вибраторами, и, одновременно с этим, обеспечение работы антенны в нескольких разнесенных частотных диапазонах согласно размеру излучателей, а также увеличение направленности антенны на некоторых частотах.
Для этого предлагается совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна. Она состоит из объединенных в симметричные вибраторы пар плеч, выполненных в виде тонкого слоя металла, который нанесен на непроводящую подложку. При этом пары плеч имеют различные размеры.
Достижение цели изобретения достигается за счет придания большим плечам полой формы (то есть удаления части металла из внутренней области полоски металла) и размещения плеч меньшего размера целиком внутри плеча большего размера.
Второй вариант совмещенной многовибраторной микрополосковой антенны предполагает, что пары плеч меньшего размера размещаются целиком внутри плеча большего размера.
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
- фиг. 1 - совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна;
- фиг. 2 - второй вариант совмещенной многовибраторной микрополосковой антенны.
Совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна (фиг. 1) содержит два симметричных вибратора 1-2-3-4-5-6, 7-8-9-10-11-12 и 13-14-15-16-17, 18-19-20-21-22-23, состоящих из плеч гексагональной формы, расположенных один внутри другого, и диэлектрическую подложку 24. С обратной стороны подложки на некотором расстоянии от нее может располагаться металлический экран 25. Конструкция запитывается в центре подключением СВЧ-генератора к точкам 4, 7 и 15, 23.
Второй вариант совмещенной многовибраторной микрополосковой антенны (фиг. 2) подразумевает размещение симметричного вибратора меньшего размера целиком внутри плеча симметричного вибратора большего размера.
Способы питания элементов совмещенной многовибраторной микрополосковой антенны могут быть различными. При этом активным может являться лишь вибратор наименьшего размера.
Совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна работает следующим образом. При подключении питания в местах 4, 7 или 15, 23 к одному из вибраторов в нем образуется стоячая волна тока. Целесообразно выбирать размеры вибраторов так, чтобы они были полуволновыми для своей рабочей частоты. В этом случае диаграмма направленности (ДН) вибратора будет иметь форму тора.
Каждый из элементов антенны наиболее интенсивно излучает в полосе частот, сосредоточенной в окрестности резонансной (для этого элемента) частоты. В области нижних частот активным излучающим элементом является внешний вибратор 1-2-3-4-5-6, 7-8-9-10-11-12, а внутренний вибратор 13-14-15-16-17, 18-19-20-21-22-23, являясь пассивным и имея малые размеры, не вносит искажений в диаграмму направленности. В области высоких частот активен внутренний вибратор. Однако на этих частотах также присутствует определенное влияние внешнего вибратора на внутренний, приводящее к небольшому искажению формы ДН.
Диаграмма направленности совмещенной многовибраторной микрополосковой антенны симметрична относительно оси вибратора. Для формирования однонаправленного излучения параллельно подложке может быть размещен проводящий экран-рефлектор 25, отдаленный от подложки на некоторое расстояние, подбираемое из условия минимизации коэффициента стоячей волны и уровня обратного излучения.
При размещении в каждом большем плече пар плеч меньшего размера, образующих симметричный вибратор, на резонансной частоте меньшего вибратора будут излучать сразу два разнесенных по пространству элемента. Как известно [3], при совместном излучении нескольких одинаковых элементов достигается увеличение направленности антенны.
Резонансные частоты излучателей, образующих совмещенную многовибраторную микрополосковую антенну, могут быть подобраны из условия получения нескольких разнесенных рабочих поддиапазонов частот либо таким образом, чтобы полосы соседних поддиапозонов примыкали друг к другу, а характеристики излучателей менялись бы незначительно в пределах своей рабочей полосы. Во втором случае совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна будет сохранять свои характеристики в широкой полосе частот.
Таким образом, предложенная совмещенная многовибраторная микрополосковая антенна позволяет более эффективно использовать отводимую под антенну площадь, обеспечить прием/передачу радиоволн в нескольких разнесенных диапазонах частот и повысить направленные свойства антенны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. - М.: Радио и связь, 1986.
2. Carver K.R, Mink J.W. Microstrip antenna technology. / IEEE Trans, 1981, v. AP 29, №1. - p.2-24.
3. Фельд Я.Н., Бененсон Л.С. Основы теории антенн: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Дрофа, 2007. - 491 с., ил.