Широкополосный симметричный вибратор в печатном исполнении

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)

Владельцы патента RU 2768530:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (RU)

Изобретение относится к антенной технике, в частности к широкополосным симметричным вибраторам в печатном исполнении. Технический результат - улучшение согласования линии передачи с нагрузкой в более широкой полосе частот. Технический результат достигается тем, что широкополосный симметричный вибратор в печатном исполнении, выполненный на подложке, содержащей экран, двухпроводную симметричную линию, образующую короткозамкнутый шлейф, который с одной стороны подключен к плечам вибратора, с другой - к экрану, питающую линию, плечи вибратора и питающие проводники короткозамкнутого шлейфа расположены на разных сторонах подложки, при этом питающая линия выполнена в виде симметричной полосковой линии, внутренний проводник которой присоединен к одному из плеч вибратора посредством перемычки, а экран установлен перпендикулярно подложке, отличающийся тем, что введен согласующий печатный элемент, расположенный на внутренней части подложки, над плечами вибратора, образующий трехконтурную систему. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к антеннам, и может быть использовано, в широкополосных приемо-передающих устройствах, технике связи, радиолокационных устройствах, а также в составе фазированных антенных решёток (ФАР).

Актуальность разработки таких антенн обусловлена миниатюризацией радиотехнической аппаратуры, повышением требований к широкополосности систем, а также требований к массо-габаритным показателям. Такими свойствами обладают печатные вибраторные антенны.

Известен симметричный вибратор в печатном исполнении, содержащий симметричные плечи и двухпроводную питающую линию (US7324059B2, Stub printed dipole antenna (SPDA) having wide-band and multi-band characteristics and method of designing the same, H01Q9, 19.08.2005). Устройство имеет малые габариты и небольшой вес.

Однако в указанном устройстве используется конструкция двухпроводной линии с торцевой связью, т.е. проводники находятся в одной плоскости, поэтому данная линия имеет большие потери по излучению и меньшую помехозащищенность, а также меньший диапазон рабочих частот в сравнении с линией, проводники которой находятся в разных плоскостях, на противоположных сторонах диэлектрика (линия с лицевой связью). Образованный на двухпроводной линии короткозамкнутый шлейф имеет выраженную реактивную составляющую в полосе частот, которая затрудняет согласование. Шлейф на линии с лицевой связью обладает меньшей реактивной составляющей.

Известен симметричный вибратор в печатном исполнении для беспроводной многодиапазонной системы связи (US7095382B2, modified printed dipole antennas for wireless multi-band communications systems, H01Q9, 24.11.2003), содержащий питающий шлейф с обратной стороны антенны, который соединен с плечом вибратора с помощью перемычки. Плечи вибратора находятся в одной плоскости на высоте ¼ длины волны от экрана.

Однако, в указанном устройстве используется питающий короткозамкнутый четвертьволновый шлейф, выполненный на основе двухпроводной линии с торцевой связью, которая ухудшает согласование.

Известен симметричный вибратор в печатном исполнении (A printed dipole antenna for RFID tag, KR200430494Y1, H01Q9, 16.06.2006), содержащий печатный микрополосковый симметрирующий трансформатор с длиной линии равной ¼ длины волны. Микрополосковая линия вибратора находится на одной стороне диэлектрической подложки. Связь линии с вибратором обеспечивается перемычкой.

Однако в указанном устройстве используется конструкция двухпроводной линии с торцевой связью, которая имеет большие потери по излучению, а, следовательно, худшее согласование и малый диапазон рабочих частот (ширина полосы -15% при КСВН не более 1,5) в сравнении с линией с лицевой связью.

Кроме того, известен симметричный вибратор в печатном исполнении (симметричный вибратор в печатном исполнении, RU2717573C1, H01Q9, 19.06.2019), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, выполненный на подложке, содержащей экран, двухпроводную симметричную линию, образующую короткозамкнутый шлейф, с одной стороны который подключен к плечам вибратора, с другой - к экрану, питающую линию, отличающийся тем, что плечи вибратора и питающие проводники короткозамкнутого шлейфа расположены на разных сторонах подложки, при этом питающая линия выполнена в виде симметричной полосковой линии, внутренний проводник которой присоединен к одному из плеч вибратора посредством перемычки, а экран установлен перпендикулярно подложке

Однако в устройстве-прототипе использование короткозамкнутого шлейфа на основе двухпроводной симметричной линии с лицевой связью, образующей двухконтурную систему, обеспечивает недостаточно широкую полосу частот, которая составляет 28% по КСВ уровня 2.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является улучшение согласования линии передачи с нагрузкой в более широкой полосе частот.

Технический результат достигается тем, что в известном симметричном вибраторе в печатном исполнении, выполненном на подложке, содержащей экран, двухпроводную симметричную линию, образующую короткозамкнутый шлейф, с одной стороны который подключен к плечам вибратора, с другой - к экрану, питающую линию, плечи вибратора и питающие проводники короткозамкнутого шлейфа расположены на разных сторонах подложки, при этом питающая линия выполнена в виде симметричной полосковой линии, внутренний проводник которой присоединен к одному из плеч вибратора посредством перемычки, а экран установлен перпендикулярно подложке, при этом введен согласующий печатный элемент, расположенный на внутренней части подложки, над плечами вибратора, образующий трехконтурную систему и позволяющий расширить полосу частот до 42% при заданном уровне КСВ менее 2.

На фиг.1 приведен предлагаемый симметричный вибратор в печатном исполнении, на фиг.2 – частотная зависимость КСВН, на фиг.3 – фиг.4 – диаграммы направленности антенны в плоскостях векторов напряженности электрических и магнитных полей, на нижней и верхней частотах соответственно.

Предлагаемое устройство (фиг.1) размещенное на диэлектрике 1, содержит симметричную полосковую линию, внешние проводники 2 которой с одного конца присоединены к плечам вибратора 3, с другого конца – к экрану 4, при этом внутренний проводник симметричной полосковой линии 5 присоединен к одному из плеч вибратора 3 посредством перемычки 6, и согласующий печатный элемент 7.

Широкополосный симметричный вибратор в печатном исполнении работает следующим образом. СВЧ сигнал подается на внутренний проводник питающей линии 5 и через перемычку 6 поступает на первое плечо вибратора, а также, через четвертьволновый короткозамкнутый шлейф, образованный симметричной двухпроводной линий передачи с лицевой связью, на второе плечо вибратора. В результате чего по плечам вибратора 3 протекает синфазный ток, являющийся источником электромагнитного поля. Плечи и четвертьволновый короткозамкнутый шлейф образуют эквивалентную двухконтурную систему. Эффект улучшения согласования достигается за счет применения согласующего печатного элемента 7, по которому протекают токи и наводится электромагнитное поле воздействующее на плечи вибратора и образуется эффект третьего контура. Трехконтурная система при оптимальной настройке обеспечивает большую полосу рабочих частот.

Сравнение заявляемого устройства с известными показывает, что заявляемое устройство имеет следующие отличительные особенности:

- согласующий печатный элемент расположен на внутренней стороне диэлектрика (позволяет подключать плечи вибратора различной геометрической формы)

- минимальное реактивное сопротивление в широкой полосе частот

Пример реализации устройства для работы в дециметровом диапазоне волн: плечи вибратора выполнены в виде диполя (толщина материала равна 0,1 мм), длина плеча 36,2мм, ширина полосковой линии 6мм. Размеры экрана 100х100мм.

Макет широкополосного вибратора имеет рабочую полосу частот по уровню КСВН=1,5 порядка 38% от средней частоты (по уровню КСВН=2 порядка 43% от средней частоты) (Фиг.2). Коэффициент усиления КУ=7.6 дБ (Фиг.3, Фиг.4).

Широкополосный симметричный вибратор в печатном исполнении, выполненный на подложке, содержащей экран, двухпроводную симметричную линию, образующую короткозамкнутый шлейф, который с одной стороны подключен к плечам вибратора, с другой - к экрану, питающую линию, плечи вибратора и питающие проводники короткозамкнутого шлейфа расположены на разных сторонах подложки, при этом питающая линия выполнена в виде симметричной полосковой линии, внутренний проводник которой присоединен к одному из плеч вибратора посредством перемычки, а экран установлен перпендикулярно подложке, отличающийся тем, что введен согласующий печатный элемент, расположенный на внутренней части подложки, над плечами вибратора, образующий трехконтурную систему.

Использование: изобретение относится к антенной технике и предназначено для приема и определения направления прихода радиосигналов линейной поляризации в составе цифровой антенной решетки. Сущность: полотно сверхширокополосной волноводной приемной антенной решетки линейной поляризации с проводящим основанием и сверхширокополосных волноводных излучателей линейной поляризации, в количестве 4-х штук.

Сверхширокополосный волноводный излучатель линейной поляризации // 2765899

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для приема и передачи радиосигналов линейной поляризации. Техническим результатом является увеличение рабочей полосы частот излучателя антенны линейной поляризации до октавы при сохранении габаритов, как у соответствующего КВП.

Управление большим количеством rfid-меток в криогенном контейнере // 2761541

Изобретение относится к области использования меток радиочастотной идентификации в контейнерах. Техническим результатом является обеспечение идентификации меток радиочастотной идентификации в контейнере.

Ненаправленная антенна горизонтальной поляризации // 2755403

Изобретение относится к антенной технике, в частности к приемопередающим антеннам с круговой диаграммой направленности (ДН) в азимутальной плоскости, предназначенным для излучения и приема волн горизонтальной поляризации. Техническим результатом является уменьшение неравномерности круговой азимутальной ДН, упрощение конструкции и уменьшение габаритов.

Активное передающее широкополосное антенное устройство св-диапазона // 2736812

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для излучения радиоволн средневолнового (СВ) диапазона. Техническим результатом является создание широкополосного антенного устройства СВ-диапазона с активными излучателями без элементов подстройки во всем средневолновом диапазоне, что позволяет использовать помехозащищенный режим работы с псевдослучайной перестройкой частоты в этом диапазоне.

Дипольная антенна // 2726912

Изобретение относится к антенной технике, в частности к дипольным антеннам с отражающим экраном, и может быть использовано в технике связи, особенно на борту космического объекта для передачи телеметрии на Землю через спутники ретрансляторы. Технический результат достигается тем, что в дипольной антенне, содержащей корпус из электропроводящего материала, симметрирующее устройство с диэлектрическим заполнителем, излучающие ортогональные плечи дипольного излучателя, коаксиальные запитывающие линии, микрополосковый неразвязанный делитель с фазосдвигающей линией 90° и РЧ-соединитель с кабелем, при этом крестообразное симметрирующее устройство с диэлектрическим заполнителем прорезано в первом торце корпуса между ортогональными дипольными излучателями, связанный с ортогональными диполями коаксиальными запитывающими линиями, РЧ-соединитель с кабелем подключен ко входу микрополоскового делителя, в отличие от прототипа введены отражающий диск из электропроводящего материала, прикрепленный к ортогональным диполям через диэлектрическую шайбу на цилиндрическом штифте и отражающий экран с выступом на периферии, при этом оси симметрии штифта, диска и экрана совпадают с осью излучения дипольной антенны, за счет чего увеличиваются направленные свойства дипольной антенны.

Базовая станция // 2695102

Изобретение относится к технологии связи, использующей совместное использование сети, и предназначено для устранения помех со стороны интермодуляционного сигнала, генерируемого сигналом нисходящей линии связи, создаваемых сигналу восходящей линии связи как для той же самой полосы частот, так и других полос частот.

Широкополосная коротковолновая антенна, интегрированная в надстройку корабля // 2687845

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве передающей либо приемной корабельной антенны коротковолнового диапазона. Предложена антенна для передачи или приема радиочастотных волн на корабле, использующая излучающий элемент, вмонтированный в конструкцию корабля, выполненную из материала, прозрачного для электромагнитного поля.

Широкополосная z-антенна на фидере // 2683370

Изобретение относится к антенной технике, в частности к вибраторным широкополосным проволочным антеннам. Широкополосная Z-антенна на фидере (Фиг.

Настраиваемый антенный блок // 2673689

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат – возможность поддержки антенными блоками множества системных функций.

Печатная двухдиапазонная дипольная антенна // 2776603

Использование: для построения отдельно стоящих антенн и многодипольных антенн и фазированных антенных решёток радиолокационных и радионавигационных систем с линейной поляризацией радиоизлучения в двух диапазонах, разнесённых между собой по частоте. Сущность изобретения заключается в том, что печатная двухдиапазонная дипольная антенна содержит тонкую прямоугольную диэлектрическую подложку 1 с лицевой 2 и обратной 3 поверхностями, имеющую пару больших 4, 5 и пару малых 6, 7 сторон. На обратной поверхности 3 подложки 1 выполнен отрезок 8 щелевой линии. Здесь же выполнен сплошной прямоугольный печатный проводник 11, малая сторона 14 которого совпадает с короткозамкнутым концом 9 отрезка 8 щелевой линии, а другая его малая сторона 15 совпадает со второй малой стороной 7 подложки 1 в центральной её части. Два различных по длине диполя со ступенчатыми половинами выполнены на лицевой поверхности 2 подложки 1. При этом печатные половины 16, 17 большого по длине диполя имеют широкие вытянутые проводники 20, 21 на удалённых концах, а печатные проводники 18, 19 меньшего по длине диполя имеют широкие вытянутые проводники 22, 23 на смежных концах. Питающая 28 и вспомогательная 31 микрополосковые линии выполнены также на лицевой поверхности 2, при этом конец 30 питающей линии совпадает с малой стороной 7 подложки 1 и служит входом/выходом антенны. Техническим результатом при реализации заявленного решения является увеличенная разделительная полоса частот, позволяющая реализовать разнесение порядка полторы октавы двух соседних поддиапазонов, примыкающих к нижней и верхней частотным границам разделительной полосы. 4 ил.