Двухслойная прямоугольная микрополосковая антенна

 

Использование: невыступающие антенны для средств радиолокации, радиосвязи, телевидения. Сущность изобретения: в микрополосковой антенне используется пассивный прямоугольный излучатель, расположенный над активным и возбуждаемый посредством электромагнитной связи. Центр пассивного излучателя смещен на расстояние, примерно равное четверти резонансной длины волны активного излучателя относительно центра активного излучателя. Это обеспечивает снижение КСВ, улучшение согласования на низких частотах рабочего диапазона и расширение рабочей полосы частот. 4 ил.

Изобретение относится к несимметричным полосковым и микрополосковым антеннам с пониженной резонансной частотой и широкой полосой пропускания и может быть использовано в радиосвязи, радиолокации, телевидении.

Наиболее близкой по технической сущности является двуслойная прямоугольная микрополосковая антенна, содержащая прямоугольный активный излучатель, расположенный над экраном на диэлектрической подложке, над которым также на диэлектрической подложке расположен пассивный излучатель, активный излучатель возбуждается микрополосковой линией [1] .

Однако двуслойная антенна при расстоянии между активным и пассивным излучателями, равным нулю, и при отношении толщины подложки к длине волны t/λ= = 0,0085 имеет ширину относительной полосы пропускания около 9% и коэффициент усиления около 5,7 дБ. При уменьшении толщины подложки активного и пассивного излучателей полоса пропускания уменьшается.

Целью изобретения является расширение полосы частот при одновременном снижении резонансной частоты.

Это достигается тем, что используется пассивный прямоугольный излучатель, расположенный над активным и возбуждаемый посредством электромагнитной связи, центр которого смещен в продольном направлении относительно центра активного резонатора, что приводит к снижению КСВ, улучшению согласования на более низких частотах и увеличению относительной полосы пропускания. Смещение верхнего пассивного излучателя должно производиться на расстояние, не превышающее половину длины нижнего излучателя, т. е. на расстояние приблизительно λ_p/4, где λ_p - резонансная длина волны активного излучателя. Смещение на большую величину нецелесообразно вследствие увеличения габаритов и ухудшения характеристик.

На фиг. 1 представлена предлагаемая антенна, общий вид; на фиг. 2 - то же, в проекциях; на фиг. 3 и 4 - соответственно КСВ и диаграмма направленности в плоскостях Е и Н.

Над экраном 1 на диэлектрической подложке 2 расположен активный прямоугольный излучатель 3, над ним также на диэлектрической подложке расположен пассивный излучатель 4. Активный излучатель возбуждается микрополосковой линией 5. В качестве линии питания можно использовать коаксиальный фидер, который пропускается через экран 1 и подложку 2, причем его центральный проводник соединен с активным излучателем, оплетка припаивается к экрану. Центр пассивного излучателя 4 смещен относительно центра активного излучателя на расстояние, не превышающее половину его длины.

На фиг. 1 и 2 представлена конструкция антенны с излучателем размером 182 х 225 мм², подложкой толщиной 2,5 мм и ε = 2,7 (ФАФ-4Д). Смещение пассивного излучателя относительно активного менялось от 0 до 90 мм.

Антенные излучающие элементы могут быть выполнены в виде прямоугольника или квадрата с боковыми и торцевыми размерами L и l. Пассивный излучающий элемент может быть выполнен фольгированным как с одной верхней стороны, так и с двух сторон. Однако имеется существенная разница в результатах. При двустороннем металлическом покрытии снижение частоты более значительное. Например, если смещение равно 40 мм, то при одностороннем покрытии резонансная частота равна 480 МГц при КСВ = 1,8, а при двустороннем покрытии пассивного излучателя резонансная частота равна 440 МГц при КСВ = 1,7. Если смещение равно 90 мм, то в первом случае резонансная частота равна 390 МГц, а во втором - 320 МГц при КСВ-1,6. Наблюдается большое снижение резонансной частоты в том случае, если та часть пассивного излучателя, которая выступает за край активного излучателя, располагается на диэлектрической подложке 6.

Нельзя объяснить снижение частоты при смещении верхнего излучателя просто тем, что в этом случае увеличивается общая продольная длина антенны, включающая наряду с активным излучателем часть длины пассивного излучателя. Без смещения у двухэтажной антенны резонансная частота равна 540 МГц, а при смещении на 90 мм, т. е. при увеличении длины антенны в 1,5 раза, резонансная частота равна 320 МГц, следовательно, резонансная частота уменьшается в 1,7 раза, а не в 1,5 раза.

На фиг. 3 представлена кривая КСВ в окрестности резонансной частоты при смещении верхнего излучателя относительно нижнего на величину 48 мм. Резонансная частота равна 420 МГц, ширина полосы по уровню КСВ = 2 равна 25 МГц (от 408 до 433 МГц), что составляет приблизительно 6% от средней частоты.

Диаграммы направленности по мощности в плоскостях Е и Н на частоте 420 МГц для указанного выше макета антенны изображены на фиг. 4. Ширина главного лепестка на уровне половинной мощности в плоскости Е и Н составляет 98 и 95^о соответственно. Уровень боковых лепестков в плоскости Е приблизительно равен - 12,5 дБ.

Уменьшение резонансной частоты при достаточно большой широкополосности можно объяснить, если учесть, что помимо электромагнитной связи между двумя излучателями и увеличения физической длины, у двухэтажного резонатора происходит компенсация реактивностей за счет свободных непрерывающихся частей излучателей.

Использование предлагаемой двухэтажной антенны позволяет уменьшить резонансную частоту при достаточно большой относительной полосе частот по сравнению с известными печатными антеннами.

Формула изобретения

ДВУСЛОЙНАЯ ПРЯМОУГОЛЬНАЯ МИКРОПОЛОСКОВАЯ АНТЕННА поперечного излучения, содержащая расположенные один над другим металлический экран, первую диэлектрическую пластину, первую прямоугольную металлическую пластину, к которой подключен питающий фидер, вторую диэлектрическую пластину, вторую прямоугольную металлическую пластину, отличающаяся тем, что, с целью расширения рабочей полосы частот и снижения резонансной частоты, центр второй прямоугольной металлической пластины смещен в продольном направлении относительно центра первой прямоугольной металлической пластины на расстояние, не превышающее половину ее длины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4