Микрополосковая антенна

Микрополосковая антенна относится к области радиотехники, в том числе мобильной связи, а именно, к радиолокации, и может найти применение в современных мобильных беспроводных устройствах, широкополосных и многодиапазонных системах связи. Она содержит коаксиальный питающий фидер 1, соединенный с центральным излучателем 2, по углам которого расположены дополнительные излучатели 3, расположенные на диэлектрической подложке 4 с металлическим экраном 5 на противоположной стороне. Фидер смещен на расстояние 1/3 а от центра излучателя к середине края излучателя, где а - половина длины стороны излучателя. Достигаемым техническим результатом является увеличение коэффициента усиления до 11 дБ и неполяризованность.

Микрополосковая антенна относится к области радиотехники, в том числе мобильной связи, а именно, к радиолокации, и может найти применение в современных мобильных беспроводных устройствах, широкополосных и много диапазонных системах связи.

Наиболее распространенной антенной является антенна, содержащая фидер, и излучатель прямоугольной формы, диэлектрическую подложку и металлический экран. В качестве примера можно привести антенну, см., например [«Analysis And Design of Rectangular Microstrip Patch Antenna On Different Resonant Frequencies For Pervasive Wireless Communication)), Md. Maruf Ahamed, Kishore Bhowmik, Abdulla Al Suman, International Journal Of Scientific & Technology Research, volume 1, issue 5, june 2012]. Недостатком является однорезонансный режим работы и линейная поляризация вследствие того, что в излучатель укладывается половина длины волны и низкий коэффициент усиления - 6 дБ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой микропо-лосковой антенне является антенна, описанная в статье [Compact and Broadband Microstrip Antennas. Kin-Lu Wong, 2002 John Wiley & Sons, Inc., p. 136-137], содержащая фидер, соединенный с прямоугольный излучателем с 4-мя вырезами, выполненным на диэлектрической подложке, противоположная сторона которой снабжена металлическим экраном. За счет введения четырех вырезов в прямоугольный излучатель получен двухрезонансный режим работы на двух ортогональных модах ТМ10 и ТМ01. Однако существенными недостатками являются низкий коэффициент усиления антенны - 6 дБ и линейная поляризация ортогональных мод ТМ01 и ТМ10.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке такой антенны, которая позволяет существенно повысить коэффициент усиления при сохранении двухрезонансного режима работы и обеспечить нежима работы и обеспечить неполяризованность для приема сигнала независимо от положения антенны. Увеличение коэффициента усиления требуется для увеличения расстояния уверенного приема антенны.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемой микрополосковой антенне так же, как и в известном решении, микрополосковая антенна, содержит фидер, соединенный с центральным прямоугольным излучателем, выполненным на диэлектрической подложке, противоположная сторона которой снабжена металлическим экраном. Но, в отличие от известного, дополнительно на диэлектрической подложке с металлическим экраном выполнены четыре прямоугольных излучателя, каждый из которых расположен по углам первого излучателя, а фидер смещен на расстояние 1/3а от центра излучателя к середине края излучателя, где а - половина длины стороны излучателя.

Таким образом, излучатель антенны состоит из пяти частей: 4-х дополнительных излучателей и 1-ого центрального. Дополнительные излучатели совместно с центральным излучателем выполнены на одной подложке в едином металлическим слое, обеспечивающим электрическую связь излучателей. Фидером обеспечивается питание центрального излучателя, который распределяет мощность на добавочные излучатели, обеспечивая, за счет расположения со смещением от центра на 1/3а, запаздывание фаз излучения каждой из составляющих антенну дополнительных излучателей на 90°.

Достигаемым техническим результатом является увеличение коэффициента усиления 11 дБ и неполяризованность. Технический результат достигается синфазным сложением излучения 4-х дополнительных и 1-ого центрального излучателя, работающих на моде ТМ01, при расположении фидера со смещением от центра на 1/3а, обеспечивающее запаздывание фаз излучения 4-х добавочных излучателей на 90°.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид антенны сверху, а на фиг. 2 - вид сбоку.

Предлагаемая микрополосковая антенна содержит коаксиальный питающий фидер 1, соединенный с центральным излучателем 2, по углам которого расположены дополнительные излучатели 3, расположенные на диэлектрической подложке 4 с металлическим экраном 5 на противоположной стороне. Фидер смещен на расстояние 1/3а от центра излучателя к середине края излучателя, где a - половина длины стороны излучателя.

Пример выполнения антенны:

- диэлектрическая подложка, толщиной h₁=1.524 мм, материал Rogers Ultralam, относительная диэлектрическая проницаемость =3,55, геометрические размеры центрального излучателя 15,2×15,2 мм.;

- центральный и дополнительный излучатели, металлический экран - пленка меди, толщиной h₂=5 мкм;

- волновое сопротивление коаксиального питающего фидера Z=50 Ом.

Рассмотрим пример работы антенны. От коаксиального питающего фидера 1 электромагнитная волна передается на центральный излучатель. Фидер смещен на расстояние 1/3а от центра излучателя к середине края излучателя для обеспечения смещения фаз излучения дополнительных излучателей на 90°, где a - половина длины стороны излучателя. Центральный излучатель, кроме основной функции - излучения, выполняет также функции согласующего элемента между подводящим коаксиальным фидером и добавочными излучателями. Далее электромагнитная волна передается от центрального излучателя к добавочным излучателям, которые синфазно излучают электромагнитные волны. Суперпозиция диаграмм направленности от центрального и добавочных излучателей образует диаграмму направленности с высоким коэффициентом усиления, равным 11 дБ. Предложенная антенна работает на модах ТМ01, ТМ02. Направление вектора напряженности электрического поля в каждом излучателе индивидуально за счет расположения добавочных излучателей по углам центрального, что позволяет добиться неполяризованности. Это достоинство может быть использовано для мобильных средств радиосвязи, где режим уверенной приемо-передачи должен осуществляться вне зависимости от положения антенны мобильного приемопередатчика.

Технический результат достигается за счет того, что добавление добавочных излучателей позволяет получить синфазное сложение диаграмм направленности от центрального и дополнительных излучателей, и следовательно, приводит к увеличению коэффициента усиления. Индивидуальное направление вектора напряженности электрического поля в каждом из 4-х дополнительных излучателей, позволяет добиться неполяризованности антенны.

Микрополосковая антенна, содержащая фидер, соединенный с центральным прямоугольным излучателем, выполненным на диэлектрической подложке, противоположная сторона которой снабжена металлическим экраном, отличающаяся тем, что дополнительно на диэлектрической подложке с металлическим экраном в едином металлическом слое с центральным излучателем выполнены четыре прямоугольных добавочных излучателя, каждый из которых расположен по углам центрального излучателя, а фидер смещен на расстояние 1/3а от центра излучателя к середине края излучателя, где а - половина длины стороны излучателя.