Малогабаритная полосковая антенна метрового диапазона
Владельцы патента RU 2769428:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (RU)
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области антенн летательных аппаратов, и может быть использовано в антенно-фидерных устройствах метрового длин волн в качестве малогабаритной передающей или приемной антенны. Сущность: антенна выполнена в виде трех продольных проводящих полосок с диэлектрическими подложками, расположенными друг на друге на проводящим экране. Нижний полосок (первый), ближний к экрану, имеет электрический контакт с центральным проводником, питающего вход ВЧ-соединителя коаксиального кабеля. Средний полосок (второй) имеет электрический контакт с проводящим экраном. Верхний (третий) полосок имеет электрический контакт с нижним, минуя средний полосок, через отверстие в нем посредством соединительного болта. Технический результат: обеспечение существенного сокращения длины антенны и упрощения процесса настройки согласования антенны за счет изменения длинны верхней легкодоступной полоски, играющей роль реактивного шлейфа. 4 ил.
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области антенн летательных аппаратов (ЛА). Может быть использовано в антенно-фидерных (АФУ) устройствах метрового диапазона длин волн в качестве малогабаритной передающей или приемной антенны.
Известны антенны, содержащие проводящие полоски с диэлектрическими подложками, расположенными на проводящем экране, продольные щели и питающий коаксиальный кабель. Недостатки - при сокращении поперечных размеров полоски от величин, соизмеримых с длиной волны, например, половина длины волны, до значений много меньших длины волны, продольные излучающие щели сильно шунтируются большим индуктивным сопротивлением, и резонансные длины возрастают до 3/4 λ длины волны. Поэтому применение таких антенн, например, на летательных аппаратах, затруднено, особенно в диапазоне метровых волн, так как размеры антенны будут достигать несколько единиц метров.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является микрополосковая антенна [Патент РФ 2390890, «Компактная микрополосковая антенна без использования диэлектрика», опубл. 27.05.2010], линейной поляризации, содержащая излучающую пластину, которая с помощью конструктивных элементов поддерживается над экраном и соединена с линией питания, а также емкостные элементы, соединенные с излучающей пластиной, емкостные элементы расположены на краях излучающей пластины и экрана и выполнены в виде двух, по меньшей мере, протяженных ребер, загнутых внутрь пространства между экраном и излучающей пластиной для обеспечения уменьшения резонансного размера.
Недостатком такой антенны является то, что антенна имеет большой в длинах волн в свободном пространстве поперечный размер, невысокий коэффициент усиления, а также сложность настройки антенны в нужном диапазоне частот при изготовлении.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание малогабаритной антенны полоскового типа метрового диапазона волн для АФУ ЛА. Достигаемым техническим результатом является обеспечение существенного сокращения длины антенны с 3/4 λ до 1/4 λ (в три раза) и упрощения процесса согласования за счет изменения длинны верхней легкодоступной полоски, играющей роль реактивного шлейфа.
Данный технический результат достигается тем, что в предлагаемой антенне полоскового типа, апертурами продольных излучающих щелей являются грани диэлектрических подложек нижнего и среднего полосок, образующих симметричную полосковую линию, излучающую за счет введения в ее полость через отверстие контактирующего с верхней и нижней полосками соединительным штифтом. В такой линии распространяется волна типа ТЕМ, поэтому поперечные размеры антенны меньше длины волны. Так как у одного края линии режим короткого замыкания (рядом с питанием антенны), а у другого края - режим холостого хода, то геометрическая длина антенны составляет величину четверти волны. Верхний полосок с диэлектрической подложкой выполняет роль настроечного шлейфа.
Техническим результатом предлагаемого способа является уменьшение поперечных размеров антенны: ширины - на много меньше длины волны и - длины, до порядка четверти длины волны. Применение верхнего полоска в качестве настроечного шлейфа улучшает согласование и облегчает процесс настройки за счет изменения длины легкодоступной полоски. Все детали заявляемой малогабаритной антенны полоскового типа имеют простую форму, что существенно упрощает процесс изготовления и сборки антенны, тем самым повышается технологичность изготовления. Все это позволит легко реализовать конструкцию антенны в условиях габаритных ограничений, например, непосредственно на корпусе ЛА без ухудшения ее электрических параметров - диаграммы направленности, сопротивления излучения и коэффициента полезного действия.
Изобретение поясняется фиг. 1, на которой изображена заявленная антенна. Малогабаритная антенна полоскового типа выполнена в виде продольных проводящих полосок с диэлектрическими подложками 1, расположенными друг на друге, над проводящим экраном 2. Нижний полосок 3, ближний к экрану, имеет электрический контакт с центральным проводником, питающего вход ВЧ-соединителя 4, коаксиального кабеля 5. Средний полосок 6 имеет электрический контакт с проводящим экраном. Верхний полосок 7 имеет электрический контакт с нижним 3, минуя средний полосок 6, через отверстие в нем, посредством соединительного штифта 8.
Опытный образец малогабаритной полосковой антенны (см. фиг. 2) имеет КСВн на рабочей частоте 150 МГц равный 1,48 при ширине полосы согласования по уровню КСВн = 2.0 не менее ± 5 МГц от рабочей частоты (см. фиг. 3).
Ширина диаграммы направленности малогабаритной полосковой антенны по уровню минус 3 дБ в плоскости вектора Е составляет не менее ±70°, в плоскости Н не менее ±90°, диаграмма направленности в передней полусфере не имеет провалов (см. фиг. 4). Коэффициент усиления малогабаритной полосковой антенны в максимуме диаграммы направленности составляет не менее 2.52 дБ.
Характеристика согласования, коэффициент усиления и диаграммы направленности получены при установке малогабаритной полосковой антенны на металлический лист с размерами 1000×1000 мм.
Малогабаритная антенна полоскового типа, содержащая три продольные проводящие полоски с диэлектрическими подложками и экран, расположенные друг на друге, и отличающая тем, что первый, ближний к экрану полосок, имеет электрический контакт с центральным проводником питающего коаксиального кабеля, второй полосок имеет электрический контакт с проводящим экраном, а третий полосок имеет электрический контакт с первым полоском, минуя второй полосок, через отверстие в нем посредством соединительного болта, что позволяет существенно сократить длину антенны и упростить процесс настройки согласования за счет изменения длинны третьей легкодоступной полоски.
