Широкополосная микрополосковая антенна с трапецеидальным поперечным сечением

Авторы патента:

Нечаев Юрий Борисович (RU)

Борисов Дмитрий Николаевич (RU)

Макаров Евгений Сергеевич (RU)

H01Q1/38 - образованных электропроводящим слоем на диэлектрической подложке (проводники вообще H01B 5/14)

Владельцы патента RU 2479080:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВПО ВГУ) (RU)

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенно-фидерным устройствам, и может быть использовано преимущественно в системах радиосвязи и радионавигации. Технический результат изобретения заключается в увеличении коэффициента усиления антенны (более 9 дБ в рабочем диапазоне частот) и полосы рабочих частот более 50% по уровню 10% отраженной мощности. Излучающий элемент микрополосковой антенны, содержащей прямоугольный излучатель, размещенный над экранирующей поверхностью с Н-образной щелью и возбуждаемый микрополосковой линией со шлейфом, изогнут в направлении излучения микрополосковой антенны таким образом, что в поперечном сечении имеет трапецеидальную форму, симметрично относительно плоскости симметрии микрополосковой антенны, проходящей через оси симметрии прямоугольного металлического экрана с Н-образной щелью, прямоугольный излучающий элемент и возбуждающую микрополосковую линию. 4 ил.

Известна конструкция микрополосковой антенны (патент РФ 2020664, МПК H01Q 1/38), содержащей разделенный диэлектрической подложкой прямоугольный излучатель, имеющий треугольную форму в поперечном сечении, и экран, возбуждаемый коаксиальным кабелем, в которой в результате изменения изгиба излучающего элемента изменяется толщина полуоткрытого резонатора, образованного экраном и излучающим элементом. Следовательно, в резонаторе возбуждается не только основной тип волн ТЕ₁₁₀, что соответствует типовому для микрополосковой антенны режиму с излучением волн горизонтальной поляризации, но и волны типа ТЕ₀₁₁, что приводит к излучению также волн с вертикальной поляризацией.

Существенными недостатками микрополосковой антенны (патент РФ №2020664, МПК H01Q 1/38) является то, что при небольшой толщине резонатора (при углах изгиба излучающего элемента α>50°) режим работы с вертикальной поляризацией волн является эффективным только в области высоких частот, кроме того, способ возбуждения микрополосковой антенны на основе коаксиального кабеля приводит к узкой полосе рабочих частот.

Известна конструкция монопольной антенны (патент US 006788295 В2, МПК H01Q 9/00), содержащая эллиптический излучатель, имеющий треугольную форму в поперечном сечении, параллельную малой оси эллипса, с одним или двумя прямоугольными вырезами, параллельными большой оси эллипса, коаксиальный кабель или согласующее устройство из полосковой линии, осуществляющие возбуждение антенны. При этом излучающий элемент изогнут либо в направлении излучения, либо против направления излучения монопольной антенны с образованием двугранного угла симметрично относительно малой оси эллипса, чем достигается простота изготовления и легкость подстройки входных сопротивлений за счет изменения изгиба антенного элемента совместно с площадью вырезов, легкость интегрирования в радиотехнические системы.

Существенными недостатками данной антенны являются малая полоса пропускания (не более 10% от несущей частоты) и низкое значение коэффициента усиления в рабочей полосе частот.

Наиболее близким техническим решением является выбранная в качестве прототипа микрополосковая антенная решетка (Chia-Luan Tang, Jyh-Ying Chiou, Kin-Lu Wong. BROADBAND DUAL-FREQUENCY V-SHAPE PATCH ANTENNA // MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS. - 2000. - Vol.25. - №2, April. - P.121-123), содержащая прямоугольный излучатель, экранную плоскость, имеющую в центре Н-образную щель и возбуждаемая микрополосоковой линией со шлейфом, расположенная над экраном антенны, при этом излучатель изогнут в направлении излучения с образованием двугранного угла симметрично относительно плоскости симметрии, проходящей через ось симметрии возбуждающей микрополосковой линии.

Существенным недостатком микрополосковой антенны данной конструкции, ограничивающим возможности ее использования в качестве широкодиапазонной антенны портативного радиотехнического комплекса, является низкий уровень усиления, обусловленный тем, что в резонаторе, образованном излучателем и экранной плоскостью, появляется несколько типов волн, наличие которых формирует в электромагнитное поле две поляризации - горизонтальную и вертикальную, поскольку излучатель изогнут в сторону излучения антенны.

Технический результат изобретения заключается в увеличении коэффициента усиления антенны (более 9 дБ в рабочем диапазоне частот) и полосы рабочих частот по уровню 10% отраженной мощности (более 50% от несущей).

Технический результат достигается тем, что в микрополосковой антенне, включающей прямоугольный излучатель, экранную плоскость, имеющую в центре Н-образную щель, и возбуждаемой микрополосоковой линией со шлейфом, расположенной над экраном антенны, излучающий элемент изогнут в направлении излучения микрополосковой антенны таким образом, что в поперечном сечении имеет трапецеидальную форму, симметрично относительно плоскости симметрии микрополосковой антенны, проходящей через оси симметрии экранной плоскости с Н-образной щелью, прямоугольного излучающего элемента и возбуждающей микрополосковой линии.

На фиг.1 изображена конструкция трапецеидальной антенны; на фиг.2 приведена зависимость коэффициента отражения от частоты в рабочем диапазоне 1,5-2,5 ГГц; на фиг.3 приведена диаграмма Вольперта-Смита входного сопротивления антенны; на фиг.4 приведена зависимость коэффициента усиления от частоты в рабочем диапазоне частот.

Микрополосковая антенна содержит прямоугольный излучатель 1, состоящий из основания 2 и боковых частей 3, расположенных под углом к основанию 2, экранную плоскость с Н-вырезом 4, микрополосковую линию 5 со шлейфом 6, диэлектрическую подложку 7 и экран антенны 8.

СВЧ-энергия, поступающая по микрополосковой линии 5 и шлейфу 6 и образующая совместно с подложкой 7 и экраном 8 плоский волновод, излучается в пространство над экраном 8. Изменение длины шлейфа позволяет изменить входное сопротивление антенны, а значит подстроить уровень согласования с линией питания. Наличие Н-образной щели в экранной плоскости 4 является наилучшим решением для создания эффективной связи, а также для уменьшения обратного излучения антенны между возбуждающей микрополосковой линией 5 и излучателем 1. При такой системе возбуждения и связи достигается широкая полоса частот более 50% по уровню 10% отраженной мощности. Кроме того, в результате изгиба прямоугольного излучающего элемента в резонаторе, образованном излучателем 1 и экранной плоскостью 4, возбуждается преимущественно основной тип волны ТЕ₁₁₀, имеющей горизонтальную поляризацию. А боковые части излучателя вносят, с одной стороны, волны типа ТЕ₀₁₁, имеющие вертикальную поляризацию и ухудшающие характеристику усиления, с другой стороны, увеличивают апертуру антенны, что в свою очередь позволяет увеличить коэффициент усиления.

Микрополосковая антенна, содержащая прямоугольный излучатель, размещенный над экранной плоскостью с Н-образной щелью и возбуждаемый микрополосковой линией со шлейфом, диэлектрическую подложку и экран антенны, отличающаяся тем, что излучающий элемент изогнут в направлении излучения микрополосковой антенны таким образом, что в поперечном сечении имеет трапецеидальную форму, симметрично относительно плоскости симметрии микрополосковой антенны, проходящей через оси симметрии экранной плоскости с Н-образной щелью, прямоугольного излучающего элемента и возбуждающей микрополосковой линии.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике, и может быть использовано в радиолокации, связи и других антенных системах, использующих фазированные антенные решетки.

Двухдиапазонная печатная дипольная антенна // 2432646

Изобретение относится к двухдиапазонным печатным дипольным антеннам (ДПДА). .

Антенна // 2404491

Изобретение относится к области радиотехники. .

Антенна // 2397581

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к широкополосным малогабаритным электрическим антеннам, и может найти применение для приема радиовещательных и телевизионных сигналов, в задачах радиомониторинга и оценки ЭМС, для контроля электромагнитной обстановки.

Компактная микрополосковая антенна без использования диэлектрика (варианты) // 2390890

Изобретение относится к антеннами и, в частности, к микрополосковым антеннам (МПА). .

Модифицированная перевернутая f-антенна для беспроводной связи // 2386197

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к компактным печатным антеннам для абонентских устройств беспроводных широкополосных систем связи и сотовых телефонов.

Антенное устройство для радиотелефонов // 2381599

Изобретение относится к антенному устройству для радиотелефонов, которое содержит дополнительный антенный конструкционный элемент, который выводится из корпуса радиотелефона.

Радиопоглощающее покрытие // 2369947

Изобретение относится к материалам для поглощения электромагнитных волн (ЭМВ) и может быть использовано для уменьшения изрезанности или улучшения формы диаграмм направленности (ДН) антенн в антенных устройствах, состоящих из одной или нескольких антенн, размещенных в непосредственной близости с металлической или диэлектрической поверхностью сложной геометрической формы, а также для снижения радиолокационной видимости антенной системы, например, самолетного применения.

Унифицированный антенный модуль // 2356136

Изобретение относится к области антенной техники, в частности к конструкции малогабаритного унифицированного антенного модуля для построения антенных комплексов малой, средней и высокой эффективности телеметрических антенных комплексов.

Перестраиваемая малогабаритная высокотемпературная сверхпроводящая антенна // 2356135

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться при конструировании настраиваемых и перестраиваемых в широкой полосе частот электрически малых антенн KB и УКВ диапазонов, выполненных из высокотемпературного сверхпроводящего материала.

Печатная плата с подвешенной подложкой // 2484559

Изобретение относится к микрополосковой технике и может быть использовано для создания высокоэффективных СВЧ устройств и антенн

Сверхширокополосная антенна // 2488925

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к рупорно-полосковым антеннам с линейной поляризацией

Многопротокольная антенна и способ синтеза диаграммы направленности такой антенны // 2494503

Изобретение относится к многопротокольным антеннам и к их конструкциям. Техническим результатом является возможность поддержания работы многопротокольных систем. Способ синтеза диаграммы направленности многопротокольной антенны, включающий: обеспечение по существу одинаковых поверхностных токов на обоих выступах антенны для формирования почти горизонтальной диаграммы направленности в дальней зоне в диапазоне более низких частот; обеспечение большей величины поверхностных токов на правом выступе для формирования диаграммы направленности в дальней зоне с большой величиной горизонтальной компоненты в диапазоне более высоких частот и обеспечение большей величины поверхностных токов на левом выступе для формирования асимметричной диаграммы направленности в дальней зоне в диапазоне средних частот, причем эллиптическое сужение правого выступа имеет меньшую величину по сравнению с левым выступом, и точка подсоединения антенного фидера расположена ближе к правому выступу, чем к левому выступу. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.

Двухдиапазонная микрополосковая антенна круговой поляризации // 2495518

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к бортовым антеннам спутниковой навигации. Техническим результатом является создание малогабаритной микрополосковой двухдиапазонной антенны с круговой поляризацией, пригодной для работы с одиовходовым приемником. Двухдиапазонная микрополосковая антенна круговой поляризации содержит металлический экран, два излучающих элемента в виде прямоугольных металлических пластин, расположенных одна над другой параллельно металлическому экрану и разделенных диэлектрическими подложками, и коаксиальную линию передачи с одной точкой возбуждения, линейные размеры сторон пластин определяются соотношениями Xн=(0,94÷0,97)×Yн; Xв=(0,94÷0,97)×Yв, где Хн, Yн, и Хв, Yв - размеры сторон нижней и верхней пластины, а место расположения точки возбуждения определяется из следующих соотношений: Nн=(0,35÷0,40)×Xн; Mн=(0,25÷0,30)×Yн; Nв=(0,32÷0,36)×Xв; Mв=(0,23÷0,28)×Yв, где Nн, Mн, и Nв, Mв - координаты расположения точки возбуждения относительно ребер нижней и верхней пластины соответственно. 5 ил.

Гибридная щелевая антенна // 2507648

Изобретение относится к области антенной техники, а именно для использования в радиотехнических системах различного назначения в качестве самостоятельной сверхширокополосной антенны либо в качестве базового элемента антенной решетки. Техническим результатом является расширение рабочего диапазона частот антенны. Гибридная щелевая антенна содержит диэлектрическую подложку, металлический экран, в котором выполнена щелевая линия, делящая его на две идентичные части и линию питания, щелевая линия представляет собой прямолинейный участок длиной 1, который далее расширяется по экспоненциальному закону y=±0,1е8,42x, в одной из частей металлического экрана, параллельно оси щелевой линии выполнен прямоугольный паз, образующий совместно с прямолинейным участком щелевой линии и металлическим экраном трехпроводную полосковую линию, ферритовое кольцо, установленное на конце прямоугольного паза, касаясь внешней окружностью образующей щелевой линии и конца прямоугольного паза, при этом длина 1 прямолинейного участка щелевой линии выбирается не менее внешнего диаметра D ферритового кольца, т.е. 1>D, а к концам расширяющейся щелевой линии подключены симметричные электрические вибраторы конической формы с углом при вершине α=20°, размещенные на диэлектрической подложке с ε=10 с размахом плеч , где λ - максимальная длина волны рабочего диапазона. 2 ил.

Способ изготовления электропроводящей поверхности на полимерном рулонном материале // 2516008

Изобретение относится к области напыления тонких пленок металлов в вакууме с помощью рулонных машин, а конкретно к способу производства антенн (RFID-антенн) для меток радиочастотной идентификации (RFID-меток). Технический результат - улучшение однородности токопроводящего слоя, что способствует увеличению токопроводности и уменьшению общего сопротивления токопроводящего слоя на подложке. Достигается тем, что способ изготовления электропроводящей поверхности на полимерном материале содержит этап селективной металлизации поверхности материала медью с дальнейшим наращиванием слоя меди гальваническим методом. Селективную металлизацию полимерного материала проводят в вакуумной среде с предварительным нанесением на поверхность полимерного материала масочного покрытия, в качестве которого используется перфторполиэфир, с последующим термическим распылением меди на полимерную подложку. 4 ил.

Способ изготовления электрических перемычек, пригодный для массового производства по рулонной технологии // 2519062

Изобретение относится к способу изготовления перемычек гибких печатных плат с применением рулонной технологии. Способ, предлагаемый в изобретении, в частности, применим для изготовления плат, содержащих антенны для радиочастотной идентификации РЧИ (RFID). Технический результат - разработка способа изготовления электрических перемычек, пригодного для массового производства по рулонной технологии, предусматривающего использование участков проводящего рисунка из фольги, не связанных с подложкой, в точно заданном положении, что устраняет необходимость в перемещении или позиционировании отдельных мелких деталей. Достигается тем, что в способе изготовления по рулонной технологии электрических перемычек на подложку (1) из электроизоляционного материала наносят проводящий рисунок (2) из электропроводящего материала, например из металлической фольги, при этом, по меньшей мере, один полосковый язычок (3), выполненный из указанного электропроводящего материала, не закрепленный на подложке и одной своей стороной связанный с проводящим рисунком (2), загибают на участок проводящего рисунка (2), подлежащий электрической изоляции от указанного полоскового язычка (3), и указанный полосковый язычок (3) электрически соединяют с заданным другим участком (5) проводящего рисунка (2). 2 н.п. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ изготовления метаматериала (варианты) // 2522694

Группа изобретений относится к области микроэлектроники - технологии изготовления слоистых изделий - и может быть использована при создании электродинамических и/или антенных устройств, содержащих в своей структуре слоистый материал со специфическими электрическими свойствами и обеспечивающих искажение рабочего электромагнитного поля. Технический результат - создание воспроизводимых и стабильных процессов изготовления метаматериалов, в том числе многоуровневых, с качественным и высокоточным исполнением металлических резонансных структур без разрывов и подтравов. Для этого в способе отсутствует операция травления «жертвенного» слоя (жидкостного или плазмохимического травления). Способ изготовления метаматериала заключается в формировании на n пластинах-носителях n защитных слоев, на которых формируют, последовательно чередуя между собой, m+1 уровней резонансных структур и m слоев диэлектрика соответственно, отделяют сформированные последовательно чередующиеся между собой уровни резонансных структур и слои диэлектрика с защитными слоями от соответствующих n пластин-носителей; соединяют последовательно методом монтажа с помощью меток совмещения, расположенных в каждом уровне резонансных структур, отделенные сформированные последовательно чередующиеся между собой уровни резонансных структур и слои диэлектрика с защитным слоем через радиочастотные диэлектрические пластины. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Двухдиапазонная микрополосковая антенна круговой поляризации // 2540827

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, в частности к бортовым антеннам спутниковой навигации. Технический результат изобретения заключается в упрощении настройки при уменьшении габаритов двухдиапазонной микрополосковой антенны круговой поляризации. Антенна содержит металлический экран, расположенные друг над другом параллельно металлическому экрану нижний и верхний излучающие элементы, разделенные диэлектрическими подложками, и коаксиальную линию передачи с одной точкой возбуждения. Излучающие элементы выполнены в виде прямоугольных пластин, по ребрам которых выполнен ряд одинаковых по форме и размерам выступов. При этом расстояния между любыми двумя соседними выступами равны между собой и соответствуют заданному шагу настройки. Излучающие элементы и экран разделены с диэлектрическими подложками слоем высокотемпературного клея, значение диэлектрической проницаемости которого равно значению диэлектрической проницаемости каждой из подложек, выполненных на основе керамики с диэлектрической проницаемостью εr≥10. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Антенна устройства для контроля и диагностики линии энергоснабжения // 2545058

Изобретение относится к антенне устройства для контроля и диагностики линии энергоснабжения. Сущность: антенный блок, смонтированный на устройстве для контроля и диагностики линии энергоснабжения, включает несущую часть, выполненную из изоляционного диэлектрического материала заданной толщины с криволинейной формой внешней и внутренней поверхности, антенный излучатель в форме криволинейной поверхности, расположенной вдоль внешней поверхности несущей части, заземляющий элемент в форме криволинейной поверхности, расположенной вдоль внутренней поверхности несущей части, и возбуждающую часть, проходящую через несущую часть для электрического подключения антенного излучателя и заземляющего элемента. Антенный блок монтируется по меньшей мере на одной стороне устройства для контроля и диагностики линии энергоснабжения в направлении линии энергоснабжения, когда устройство для контроля и диагностики линии энергоснабжения установлено на линии энергоснабжения. Технический результат: снижение помех, высокий коэффициент усиления, КПД, возможность миниатюризации, минимизация воздействия температуры и повышение срока службы. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 16 ил.