Широкополосная щелевая полосковая антенна гнсс

Авторы патента:

H01Q13/00 - Волноводные рупоры или раструбы; щелевые антенны; волноводно-щелевые антенны; эквивалентные конструкции, вызывающие излучение вдоль пути распространения направленной волны (многомодовые антенны H01Q 25/04)

Владельцы патента RU 2619846:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ СО РАН, КНЦ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к антенной технике. Особенностью заявленной широкополосной щелевой полосковой антенны ГНСС является то, что микрополосковая линия включает в себя две дуги, выполненные с разными радиусами относительно геометрического центра подложки, каждая дуга проходит под всеми щелевыми излучателями, соединяется с одной стороны с верхней металлизированной стороной подложки через активное сопротивление, а с другой стороны соединяется с проводником, являющимся общим для двух дуг. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот антенны. 3 ил.

Изобретение относится к антенной технике, а именно, к щелевым полосковым антеннам вытекающей волны с круговой поляризацией, и может быть применено для приема сигналов Глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), включая ГЛОНАСС, GPS, COMPASS, GALILEO и др.

Технические требования к приемным антеннам ГНСС различаются в зависимости от назначения приемников. Для точных метрологических приложений ГНСС необходима слабонаправленная приемная антенна, обладающая стабильным фазовым центром, характеристиками идеальной правой круговой поляризации и подавлением многолучевости.

Одна из антенн, наиболее полно удовлетворяющих перечисленным выше требованиям - щелевая полосковая антенна вытекающей волны. В данной антенне сигнал принимается резонансными щелевыми излучателями, далее за счет электромагнитной связи передается в микрополосковую линию (МПЛ), поэтому такая антенна называется антенной вытекающей волны.

С увеличением числа рабочих диапазонов частот ГНСС и запуском в работу новых систем ГНСС необходимо расширять и рабочий диапазон частот приемной антенны. Для расширения рабочего диапазона частот щелевой полосковой антенны вытекающей волны необходимо настроить резонансные частоты щелевых излучателей в требуемом более широком диапазоне частот и обеспечить согласование МПЛ с резонансными щелевыми излучателями и с фидером в более широком диапазоне частот. Поэтому разработка топологии МПЛ для расширения диапазона рабочих частот щелевых полосковых антенн вытекающей волны является одной из важнейших задач.

Известна щелевая полосковая антенна с круговой поляризацией [Patent US 2002/0067315 A1, Filed: 16 Aug., 1999, Pub. Date: 6 Jun., 2002]. Антенна выполнена на диэлектрической подложке с двусторонней металлизацией. На верхней металлизированной стороне подложки выполнены резонансные щелевые излучатели, которые могут включать изогнутые и (или) прямые сегменты, могут быть одинаковыми или разной длинны и могут быть ориентированы по или против часовой стрелки для приема сигнала с правой круговой или левой круговой поляризацией. На нижней металлизированной стороне подложки выполнена МПЛ, часть которой формирует дугу с радиусом R относительно геометрического центра антенны. К одному концу МПЛ может быть подключен фидер, а другой конец МПЛ может заканчиваться импедансной нагрузкой для формирования в МПЛ режима бегущей волны.

Недостатком такой антенны является то, что индуктивная связь МПЛ с резонансными щелевыми излучателями относительно слабая, что не позволяет расширять диапазон рабочих частот такой антенны.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является щелевая полосковая антенна вытекающей волны [Patent WO 2007/009216 A1 Filed: 19 July 2005, Pub. Date: 25 January 2007]. Антенна выполнена на диэлектрической подложке с двусторонней металлизацией. На верхней металлизированной стороне диэлектрической подложки выполнены щелевые излучатели. Для формирования правой либо левой круговой поляризации щелевые излучатели закручены вокруг геометрического центра антенны соответственно по правовинтовой либо левовинтовой спирали. На нижней металлизированной стороне выполнена МПЛ. Она выполнена в виде спирали, проходящей под каждой щелью дважды, что позволяет увеличить индуктивную связь щелевых излучателей с МПЛ.

Недостатком такой антенны является то, что хотя в ней связь щелевых излучателей с МПЛ и увеличена, она все еще остается недостаточной для дальнейшего расширения диапазона рабочих частот.

Техническим результатом изобретения является значительное расширение диапазона рабочих частот антенны.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемой антенне, содержащей диэлектрическую подложку, на верхней металлизированной стороне которой выполнены щелевые излучатели, а на нижней металлизированной стороне выполнена МПЛ, которая включает в себя две дуги, выполненные с разными радиусами относительно геометрического центра диэлектрической подложки, каждая дуга проходит под всеми щелевыми излучателями, соединяется с одной стороны с верхней металлизированной стороной подложки через активное сопротивление, а с другой стороны соединяется с проводником, являющимся общим для двух дуг.

Отличие заявляемой антенны от наиболее близкого аналога заключается в том, что МПЛ включает в себя две дуги, выполненные с разными радиусами относительно геометрического центра диэлектрической подложки, каждая дуга проходит под всеми щелевыми излучателями, соединяется с одной стороны с верхней металлизированной стороной подложки через активное сопротивление, а с другой стороны соединяется с проводником, являющимся общим для двух дуг.

Благодаря тому что МПЛ включает в себя две дуги, каждая из которых соединяется с одной стороны с верхней металлизированной стороной подложки через активное сопротивление, а с другой стороны соединяется с проводником, являющимся общим для двух дуг, она образует многомодовый резонатор бегущей волны. При этом наличие в МПЛ проводника, общего для двух дуг, является принципиально важным для образования многомодового резонатора. Для обеспечения оптимального коэффициента связи между модами МПЛ необходимо кроме длин дуг настроить длину и ширину проводника, являющегося общим для двух дуг. Кроме того, данный проводник может так же выполнять функцию трансформатора волнового сопротивления для согласования волновых сопротивлений МПЛ и фидера. Поэтому в заявляемой антенне МПЛ принципиально отличается от МПЛ, выполненной в виде одной дуги или двойной спирали тем, что она не только включает в себя две дуги с общим проводником, а образует многомодовый резонатор. Благодаря взаимодействию мод между собой, такой резонатор позволяет значительно расширить частотный диапазон согласования МПЛ со щелевыми излучателями и с фидером, и, в конечном итоге, расширить диапазон рабочих частот антенны. Благодаря тому, что каждая дуга МПЛ проходит под всеми щелевыми излучателями, в такой антенне удается увеличить коэффициент индуктивной связи щелевых излучателей с МПЛ.

Изобретение поясняется фиг. 1-3. Данные иллюстрации являются частичным пояснением заявляемой антенны и не отражают все аспекты заявки полностью. В частности, иллюстрации фиг. 1 и фиг. 3 приведены только для антенн с правой круговой поляризацией.

Подписи к фигурам

Фиг. 1. Широкополосная щелевая полосковая антенна ГНСС.

Фиг. 2. Типичные частотные зависимости коэффициента S₁₁ для разных типов МПЛ.

Фиг. 3. Схематическое изображение активной антенны ГНСС.

На фиг. 1 показана заявляемая широкополосная щелевая полосковая антенна ГНСС со стороны МПЛ. Диэлектрическая подложка (1) имеет двустороннюю металлизацию. На верхней металлизированной стороне подложки выполнены резонансные щелевые излучатели (2-13), закрученные вокруг геометрического центра антенны. Они показаны на рисунке штриховой линией. Количество щелевых излучателей может выполняться произвольным. В частности, на фиг. 1 показан вариант выполнения антенны с двенадцатью щелевыми излучателями.

На нижней металлизированной стороне выполнена МПЛ. Она включает в себя две дуги (14, 15), выполненные с разными радиусами относительно геометрического центра антенны. Каждая дуга проходит под всеми щелевыми излучателями и через активное сопротивление (16, 17 соответственно) соединяется с одной стороны с верхней металлизированной стороной подложки (18, 19 соответственно), а с другой стороны (20, 21 соответственно) соединяется с проводником (22), являющимся общим для двух дуг, и, далее, через трансформатор волнового сопротивления (23) с фидером (24).

На фиг. 2 показаны: (а) - типичные частотные зависимости коэффициента S₁₁ для антенн с разными МПЛ, (б) - антенна с МПЛ, часть которой формирует одну дугу с радиусом относительно центра антенны, (в) - антенна с МПЛ, выполненной в виде спирали, проходящей под каждой щелью дважды, (г) - заявляемая антенна с МПЛ, включающей в себя две дуги, выполненные с разными радиусами относительно геометрического центра диэлектрической подложки, каждая дуга проходит под всеми щелевыми излучателями, соединяется с одной стороны с верхней металлизированной стороной подложки через активное сопротивление, а с другой стороны соединяется с проводником, являющимся общим для двух дуг.

Из фиг. 2 видно, что с помощью предложенного нового технического решения удается значительно расширить диапазон рабочих частот антенны (кривая г). Так по уровню коэффициента S₁₁ минус 14 дБ, что соответствует значению коэффициента стоячей волны 1.5, в предлагаемом новом техническом решении диапазон рабочих частот антенны расширен более чем от 0.8 до 2 ГГц, в то время как известные решения (кривые б и в) обеспечивают гораздо меньший рабочий диапазон частот по тому же уровню коэффициента S₁₁.

На фиг. 3 схематично изображена активная широкополосная щелевая полосковая антенна ГНСС (вид сбоку).

Антенна работает следующим образом. СВЧ сигнал с круговой поляризацией принимается резонансными щелевыми излучателями. Электрические длины щелевых излучателей настроены на необходимый рабочий диапазон частот антенны. Далее СВЧ сигнал со щелевых излучателей передается в МПЛ. Благодаря тому что МПЛ выполнена в виде многомодового резонатора, диапазон рабочих частот антенны удается существенно расширить. Далее из МПЛ СВЧ сигнал через фидер поступает на малошумящий усилитель приемника ГНСС.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки, ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», Соглашение №14.604.21.0038.

Широкополосная щелевая полосковая антенна ГНСС, содержащая диэлектрическую подложку, на верхней металлизированной стороне которой выполнены щелевые излучатели, а на нижней металлизированной стороне выполнена микрополосковая линия (МПЛ), отличающаяся тем, что МПЛ включает в себя две дуги, выполненные с разными радиусами относительно геометрического центра подложки, каждая дуга проходит под всеми щелевыми излучателями, соединяется с одной стороны с верхней металлизированной стороной подложки через активное сопротивление, а с другой стороны соединяется с проводником, являющимся общим для двух дуг.

Изобретение относится к способу и устройству передачи электромагнитных сигналов, в том числе к однопроводным линиям передачи информации, а именно к способу и устройству для возбуждения и приема поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) сверхвысокой частоты (СВЧ), распространяющейся по проводящим линиям.

Многочастотная микрополосковая антенна // 2601215

Изобретение относится к радиотехнике. Особенностью заявленной многочастотной микрополосковой антенны является то, что планарный антенный элемент выполнен с двумя выступами прямоугольной формы, не пересекающимися с кольцевым антенным элементом, кольцевой антенный элемент имеет два разрыва, расположенных ортогонально выступам, средство питания выполнено в виде коаксиального зонда, который имеет электрический контакт с топологией планарного антенного элемента на удалении 0,38-0,42 (W/2), где W - размер топологии планарного антенного элемента, от его геометрического центра на оси, повернутой относительно одного из выступов на угол, равный 45° по или против часовой стрелки, а ширина разрывов выполнена в пределах от 0,3w до 1,5w, где w - ширина кольцевого антенного элемента.

Волноводно-щелевая антенная решетка (варианты) // 2593914

Изобретение относится к антеннам сверхвысоких частот. Особенностью заявленных волноводно-щелевых антенных решеток является то, что в общей схеме волноводно-щелевой антенной решетки в вертикальной плоскости фазовое распределение вычисляется методом перебора для кроссполяризационного излучения по критерию минимума максимального уровня кроссполяризационных лепестков, которое осуществляется раскладкой противофазных волноводных линеек, разворотом на 180° волноводно-коаксиальных переходов или вводится в фазовое сканирование луча на основной поляризации при наличии фазовращателей в схеме антенны.

Многоканальный радарный уровнемер // 2584917

Устройство относится к измерителям уровня наполнителя в резервуарах, емкостях и т.д., вВ частности, к радарному детектированию параметров процесса, связанных с расстоянием до поверхности содержимого в резервуаре с помощью электромагнитных волн.

Волноводно-щелевая антенная решетка // 2583341

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к волноводно-щелевым антеннам. Волноводно-щелевая антенная решетка состоит из образующих решетку линеек.

Конструкция согласующей гребневой секции волноводно-микрополоскового перехода // 2579549

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике. Конструкция содержит волноводно-микрополосковый переход, в котором согласующий элемент выполнен в виде гребнеобразной конструкции со ступеньками различной высоты.

Волноводно-щелевая антенна // 2566644

Использование: для изготовления волноводно-щелевых антенн. Сущность изобретения заключается в том, что волноводно-щелевая антенна состоит из отрезка прямоугольного волновода, в одной из узких стенок которого выполнены наклонные щели и дополнительные щели, причем каждой из наклонных щелей соответствуют две дополнительные щели, которые расположены к ней под прямым углом и по разные стороны, при этом каждый из концов наклонной щели совпадает с концом дополнительной щели.

Антенное широкополосное устройство на основе излучающего коаксиального кабеля // 2559755

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использовано в приемо-передающих устройствах. Технический результат - расширение диапазона рабочих частот, улучшение диаграммы направленности, упрощение конструкции и уменьшение размеров антенны.

Широкополосная антенна на отрезках длинных линий со стуктурной неоднородностью // 2558619

Изобретение относится к антенной технике, а именно к широкодиапазонным антеннам вертикальной поляризации. Технический результат состоит в том, чтобы получить достаточно широкую полосу рабочих частот и равномерное значение коэффициента стоячей волны (КСВ), которые увеличиваются с ростом рабочей частоты более, чем октава.

Антенна вытекающей волны // 2553059

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысоких частот, а именно к линейным антеннам вытекающей волны на основе круглого волновода с заполнением и решеткам из них, и может быть использовано в радиотехнических системах, в том числе системах управления воздушным движением, связи, радиолокации, радионавигации, базирующихся как на неподвижных, так и на подвижных объектах, включая летательные аппараты. Технический результат - осуществление электронного управления максимумом диаграммы направленности антенны вытекающей волны на основе круглого волновода с продольной щелью.

Широкополосная рупорно-микрополосковая антенна // 2645890

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к широкополосным антеннам СВЧ-диапазона. Антенна содержит рупор и резонатор, представляющий собой микрополосковую антенну специальной формы и запитанную через боковую стенку рупора с использованием Г-образного клиновидного микрополоскового симметрирующего устройства. Рупор выполнен из металла в форме прямого цилиндра с прямоугольным сечением, задняя стенка которого является экраном-рефлектором. Металлическая пластина резонатора параллельна экрану-резонатору и представляет собой симметричный вибратор специальной формы, причем продольная ось симметрии плеч симметричного вибратора резонатора совпадает с осью симметрии раскрыва рупора и перпендикулярна двум противолежащим больших размеров боковым стенкам рупора. Центр симметричного вибратора совпадает с центром раскрыва рупора. Технический результат заключается в уменьшении смещения фазового центра антенны в рабочей полосе частот. 7 ил.