Печатно-полосковый шунтовой вибратор

Авторы патента:

H01Q9/00 - "Короткие" (в электрическом смысле) антенны с размерами, не превышающими удвоенную рабочую длину волны и составленные из электропроводящих активных излучающих элементов (петлевые антенны H01Q 7/00; волноводные рупоры или раструбы H01Q 13/00; щелевые антенны H01Q 13/00; комбинированные конструкции из активных элементов со вторичными устройствами, выполняемые с целью формирования требуемой диаграммы направленности антенны H01Q 19/00; комбинированные конструкции из двух и более активных элементов H01Q 21/00)

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

Владельцы патента RU 2604348:

Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" (RU)

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в антенных решетках. Технический результат - обеспечение согласования устройства в широком диапазоне частот, уменьшение коэффициента отражения и габаритов устройства. Печатно-полосковый шунтовой вибратор содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположена плоская проводящая пластина Т-образной формы, образующая разделенные щелью плечи первого вибратора и экран питающей полосковой линии. На другой стороне подложки расположен второй вибратор, параллельный первому вибратору и соединенный своими концами с концами плеч первого вибратора, а также питающую полосковую линию, пересекающую щель в Т-образной пластине, при этом проекция второго вибратора на плоскость проводящей Т-образной пластины не выходит за ее рамки. Расстояние между соединениями вибраторов может быть меньше, чем длина самих вибраторов, и они также могут быть выполнены в виде металлизированных отверстий в подложке. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое устройство относится к технике СВЧ и может быть использовано в антенных решетках, в том числе фазированных антенных решетках (ФАР), и как самостоятельная антенна в радиотехнике, радиосвязи, радиолокации.

Известны печатно-полосковые петлевые вибраторы, используемые как самостоятельные антенны или элементы антенных решеток [1], [2]. Они обеспечивают возможность согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением полосковой фидерной линии за счет выбора соотношения ширины активного вибратора, подключенного к фидерной линии, и пассивного вибратора, их длины, а также расстояния между ними [3].

Однако в известной конструкции печатно-полосковых петлевых вибраторов возможность получения низкого волнового сопротивления шлейфа, образованного полосками вибраторов, ограничена возможностями технологии производства печатных плат в части изготовления очень узких зазоров. Следствием этого является увеличение коэффициента отражения и снижение КПД антенны в диапазоне частот.

Наиболее близким по технической сущности, выполняемой функции и конструктивному построению к предлагаемому шунтовому вибратору является петлевой вибратор с щелевым питанием [2] (Фиг. 4). Он содержит диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположены: плоская проводящая пластина Т-образной формы, образующая разделенные щелью плечи первого вибратора и экран питающей полосковой линии, второй ленточный вибратор, параллельный первому и соединенный своими концами с концами плеч первого вибратора. На другой стороне подложки расположена питающая полосковая линия, пересекающая щель в Т-образной пластине.

Однако в таком петлевом вибраторе технологически трудно обеспечить низкое волновое сопротивление шлейфа, образованного проводниками вибраторов, поскольку для этого требуется реализовать очень узкий зазор между первым и вторым вибраторами. В результате высокого волнового сопротивления шлейфа увеличивается коэффициент отражения и снижается КПД антенны в диапазоне частот. Кроме того, такой петлевой вибратор имеет большую общую ширину первого и второго вибраторов, параллельно расположенных в общей плоскости. Это увеличивает его габариты и занимает место, необходимое для размещения дополнительных пассивных вибраторов (директоров), при использовании такого вибратора в составе директорной антенны (антенны Уда-Яги или "волновой канал").

Предлагаемое устройство отличается тем, что второй вибратор расположен на другой стороне подложки, чем первый, а проекции первого и второго вибраторов на одну из сторон подложки перекрываются между собой.

Этим достигается увеличение погонной емкости линии передачи шлейфа, образованного проводниками первого и второго вибраторов, и уменьшение габаритов устройства. Увеличение погонной емкости обеспечивает уменьшение волнового сопротивления шлейфа, за счет чего увеличивается наклон частотной характеристики реактивной проводимости шлейфа, что приводит к лучшей компенсации частотной характеристики реактивного сопротивления вибратора, вследствие чего увеличивается диапазон частот согласования и КПД антенны.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежом фиг. 1, а также чертежом фиг. 2, на котором представлен печатный директорный излучатель ФАР на основе предлагаемого печатного шунтового вибратора, и графиками фиг. 3, на которых представлены результаты его моделирования.

Печатно-полосковый шунтовой вибратор (фиг. 1) содержит диэлектрическую подложку 1 толщиной t, на одной стороне которой расположена плоская проводящая пластина T-образной формы 2, содержащая первый вибратор длиной L₁ и шириной b, разделенный на два плеча щелевым зазором шириной s. На другой стороне подложки расположены второй вибратор 3 длиной L₂ и шириной w и питающая полосковая линия 4. Перемычки 5 соединяют концы первого и второго вибраторов между собой.

Печатно-полосковый шунтовой вибратор работает следующим образом: электромагнитная волна, поступающая по полосковой линии 4, возбуждает щелевую линию, распространяется по ней и возбуждает плечи первого вибратора и два короткозамкнутых шлейфа на плоской двухпроводной линии, образованной первым и вторым вибраторами. Вследствие электромагнитной связи первого и второго вибраторов возбуждается второй вибратор. Путем выбора отношения ширин первого b и второго w вибраторов обеспечивается равенство волнового сопротивления питающей полосковой линии и активного входного сопротивления шунтового вибратора. За счет выбора длины L₁ первого и L₂ второго вибраторов, а также расстояния L_o между соединяющими их перемычками 5 обеспечивается равенство нулю реактивного сопротивления шунтового вибратора. Значение волнового сопротивления короткозамкнутых шлейфов, требуемое для компенсации частотной характеристики реактанса вибратора и сохранения малой величины реактивного входного сопротивления шунтового вибратора в диапазоне частот, определяется выбором ширины вибраторов b и w (при их фиксированном отношении). В результате сопротивление шунтового вибратора оказывается близким к волновому сопротивлению полосковой линии в широком диапазоне частот, что обеспечивает согласование устройства, уменьшение его коэффициента отражения и повышение КПД. Поскольку проекция второго вибратора 3 на плоскость проводящей Т-образной пластины 2 не выходит за ее пределы, уменьшаются габариты устройства.

Отличие диэлектрической проницаемости подложки от единицы приводит к различной степени увеличения электрической длины шлейфа и вибраторов. Для сопряжения электрических длин шлейфа и вибраторов соединения концов первого и второго вибраторов могут быть расположены друг от друга на расстоянии меньшем, чем длина вибраторов: L_o<L₂≤L₁, и выполнены, например, с помощью нескольких металлизированных отверстий в подложке.

На фиг. 3 приведены результаты моделирования печатного директорного излучателя ФАР (см. Фиг. 2) на основе заявляемого шунтового вибратора, а именно частотные зависимости коэффициента отражения на входе излучателей в составе ФАР при излучении по нормали к поверхности ФАР и под углом 30°. Результаты получены с помощью программы для электродинамического моделирования антенн и устройств СВЧ CST Microwave Studio [4]. Шаг элементов ФАР в плоскости вибраторов D_x=57,5 мм, в поперечной плоскости D_y=51,4 мм. Диэлектрическая проницаемость подложки излучателя , ее высота A=52,5 мм, ширина B=48 мм и толщина t=1 мм. Размеры проводящих элементов: L₀=32 мм, L₁=44 мм, L₂=35 мм, L₃=33,6 мм, L₄=25,2 мм; h₁=19 мм, h₃=34,5 мм, h₄=48,5 мм; b₀=7,8 мм, b₁=10, b=3 мм, w_st=18 мм, w=6 мм, L₀=31 мм, l_s=21,7 мм, s=0,5 мм, z=12,7 мм, d=5 мм; h_s=14 мм, р=2 мм, Х=18,5 мм.

В диапазоне частот 2,51…3,08 ГГц коэффициент отражения на входе устройства не превышает 0,4, что соответствует КПД ФАР (при отсутствии потерь в материалах) не менее 0,84.

Шунтовой вибратор использован в перспективной разработке активной ФАР для изделия 5П-27М-ПО.

Источники информации

1. Herper, J.С., A. Hessel, and В. Tomasic, "Element Pattern of an Axial Dipole in a Cylindrical Phased Array, Part 2: Element Design and Experiments," IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol. AP-33, March 1985, pp. 273-278.

2. Edward, В., and D. Rees, "A Broadband Printed Dipole with Integrated Balun," Microwave Journal, Vol. 30, May 1987, pp. 339-344.

3. Phased Array Antenna Handbook, edited by R.J. Mailloux, second ed., Artech House, 2005.

4. CST Microwave Studio, www.cst.com.

1. Печатно-полосковый шунтовой вибратор, содержащий диэлектрическую подложку, на одной стороне которой расположены плоская проводящая пластина Т-образной формы, образующая разделенные щелью плечи первого вибратора и экран питающей полосковой линии; второй вибратор, параллельный первому вибратору и соединенный своими концами с концами плеч первого вибратора, и питающую полосковую линию, расположенную на другой стороне подложки и пересекающую щель в Т-образной пластине, отличающийся тем, что второй вибратор расположен на другой стороне подложки, чем первый, и проекция второго вибратора на плоскость проводящей Т-образной пластины не выходит за ее пределы.

2. Печатно-полосковый шунтовой вибратор по п. 1, отличающийся тем, что соединения на концах первого и второго вибраторов расположены друг от друга на расстоянии меньшем, чем длина вибраторов, и выполнены в виде металлизированных отверстий в подложке.

Изобретение относится к антенной технике. Особенностью заявленного промежуточного возбудителя невыступающей коротковолновой передающей антенны подвижного объекта является то, что горизонтальные части П-образных элементов объединены и электрически соединены друг с другом и установлены вдоль продольной оси симметрии экранированного подкрышевого пространства подвижного объекта, а их периферийные трети выполнены в виде плавных переходов, подключенных к вершинам соответствующих пар вертикальных частей П-образных элементов, размещенных вне экранированного подкрышевого пространства подвижного объекта.

Малогабаритная перестраиваемая антенна // 2592052

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании малогабаритных широко перестраиваемых антенных устройств для аппаратуры связи и передачи данных в СВ, KB диапазонах частот.

Самолетная ультракоротковолновая антенна // 2589858

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике и, в частности, предназначена для работы с УКВ радиостанциями, размещенными на подвижных объектах: летательных аппаратах (ЛА), автомобилях и т.п.

Промежуточный возбудитель коротковолновой антенны подвижного объекта // 2585918

Изобретение относится к антенной технике. Заявленный промежуточный возбудитель коротковолновой антенны подвижного объекта содержит индуктивный проводник, размещенный в экранированном подкрышевом пространстве подвижного объекта и подключенный одним концом к блоку дискретных реактивных нагрузок, а другим - через блок настройки и согласования к выходу бортовой коротковолновой радиостанции, причем периферийные трети индуктивного проводника, размещенного в подкрышевом пространстве, выполнены в виде сосредоточенных индуктивных нагрузок.

Планарная линейная фазированная антенная решетка с расширенным сканированием луча // 2583869

Изобретение относится к антенной технике. Планарная фазированная антенная решетка с формированием и сканированием луча содержит: планарный волновод, образованный верхним и нижним проводящими экранами с диэлектрическим слоем между ними; фазированную решетку, содержащую излучатели для формирования фронта электромагнитной волны внутри планарного волновода; по меньшей мере одну заднюю отражающую структуру, расположенную позади фазированной решетки; по меньшей мере одну отклоняющую структуру, выполненную в диэлектрическом слое таким образом, чтобы отклонять фронт электромагнитной волны внутри волновода, при этом значение диэлектрической проницаемости упомянутой отклоняющей структуры не равно значению диэлектрической проницаемости упомянутого диэлектрического слоя волновода.

Малогабаритная резонансная рамочная коаксиальная антенна // 2583758

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано в приемопередающей радиоаппаратуре, преимущественно в средневолновых и коротковолновых системах радиосвязи.

Малогабаритная сверхнаправленная антенна вч диапазона с кардиоидной диаграммой направленности // 2577198

Изобретение относится к малогабаритной сверхнаправленной антенне ВЧ диапазона с кардиоидной диаграммой направленности (ДН), предназначенной для использования в конструкциях малогабаритных направленных антенных систем, включая ФАР ВЧ диапазона.

Вибраторная антенна // 2572072

Использование: для передающей или приемной антенны летательного аппарата в дециметровом диапазоне длин волн. Сущность изобретения заключается в том, что вибраторная антенна содержит излучатель, размещенный над экраном, коаксиальный соединитель, размещенный под экраном и включающий центральный проводник, при этом вдоль продольной оси антенны дополнительно установлен корпус антенны, в котором между излучателем и коаксиальным соединителем установлено согласующее устройство, включающее центральный проводник и изолятор, расположенный между корпусом антенны и центральным проводником, при этом излучатель и центральные проводники согласующего устройства и коаксиального соединителя выполнены за одно целое, излучатель и часть корпуса антенны, расположенная над экраном, опрессованы радиопрозрачным теплозащитным материалом, а корпус антенны выполнен с возможностью фиксирования в экране, часть корпуса антенны, расположенная под экраном, выполнена в виде внешнего контакта коаксиального соединителя.

Совмещенная микрополосковая антенна // 2571914

Изобретение предназначено для использования в составе радиотехнических устройств для телевидения, радиовещания и радиосвязи в УВЧ- и СВЧ-диапазонах. Технический результат - многократное использование площади, занимаемой антенной, что способствует увеличению направленности антенны на некоторых частотах.

Антенна с эллиптической поляризацией // 2566652

Изобретение относится к антенной технике, в частности к антеннам для космических аппаратов (КА), функционирующих на орбите высотой от 400 км до 1000 км. Диаграмма направленности (ДН) таких антенн должна иметь максимум в направлениях ±(60°÷70°) и коэффициент эллиптичности (КЭ) не менее 0.4 в секторе углов от -70° до 70° от оси антенны.

Антенна вивальди с печатной линзой на единой диэлектрической подложке // 2593910

Использование: антенная техника. Сущность: антенна Вивальди содержит диэлектрическую подложку, металлический слой, щель, выполненную в металлическом слое с расширяющимися стенками вдоль продольного направления и образующую раскрыв антенны, линзу, установленную в раскрыве антенны и выполненную из рассеивателей.

Микрополосковый излучатель // 2589848

Изобретение относится к СВЧ-технике. Технический результат - снижение потерь принимаемой энергии при использовании заявленного микрополоскового излучателя в антенных решетках и повышение стабильности коэффициента стоячей волны по напряжению.

Рамочная антенна(варианты) // 2586272

Изобретение относится к антеннам. Антенна содержит диэлектрическую пластинку с первой и второй противолежащими поверхностями и проводящей дорожкой, сформированной на этой пластинке.

Способ создания микрополосковых антенн метрового диапазона и устройство, реализующее этот способ // 2583334

Использование: изобретение относится к радиотехнике, а именно к микрополосковым антеннам метрового диапазона. Может быть использовано при изготовлении приемопередающих антенн различных радиотехнических систем, в частности для космических аппаратов.

Широкополосные микрополосковые антенны и антенные решетки // 2576592

Изобретение относится к микрополосковым антеннам. Технический результат - улучшение направленности широкополосной микрополосковой антенны с сохранением ее относительно небольших размеров.

Антенна кассегрена // 2567127

Изобретение относится к антенной технике. Антенна Кассегрена состоит из большого и малого параболических зеркал, выполняющих функцию рефлекторов и обладающих единой осью вращения, причем малое параболическое зеркало-рефлектор является гиперболической отражательной поверхностью по отношению к большому параболическому зеркалу-рефлектору.

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.

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.

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.

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).

Всенаправленная кольцевая антенна // 2625251

Изобретение относится к антенной технике, в частности к всенаправленным вертикально поляризованным антеннам. Всенаправленная кольцевая антенна содержит основание, изолятор, коаксиальную линию питания, разомкнутый кольцевой проводник, одним концом соединенный с основанием, и переменный конденсатор, включенный между другим концом кольцевого проводника и основанием. Кольцевой проводник выполнен в виде печатного металлического разомкнутого кольца, расположенного по краю одной стороны круглой диэлектрической платы, установленной на изоляторе, параллельном основанию. Конденсатор в виде отдельного радиоэлемента, вмонтированного в антенну, как таковой, отсутствует, а образован концевой частью печатного кольца и печатной металлической полоской, на другой стороне диэлектрической платы. Полоска расположена напротив зазора в печатном кольце и соединена с короткозамыкателем, установленным между началом печатного кольца и основанием антенны. Технический результат заключается в расширении рабочей полосы частот антенны, упрощении конструкции, уменьшении металлоемкости, массы и габаритов, повышении технологичности изготовления. 1 ил.