Микрополосковая антенна

Полезная модель относится к антенной и микрополосковой технике и может быть использована в радиометрии и аппаратуре связи. Сущность изобретения заключается в том, что что микрополосковая антенна содержит диэлектрическую подложку с расположенным на ней импедансным проводником, который выполнен в виде вписанной в равнобедренный треугольник периодической микрополосковой линии, обладающей коэффициентом замедления. Начало и середины проводников этой линии соединены прямолинейным микрополосковым проводником. При этом длина импедансного проводника не превышает _макс/n, где n - коэффициент замедления периодической линии, _макс - максимальная длина волны рабочего диапазона. Отличительной особенностью антенны является возможность использования в ее конструкции микрополосковых периодических линий типа зигзаг или меандр. Предложенные варианты микрополосковых антенн являются широкополосными и обладают продольными габаритными размерами значительно меньшими максимальной рабочей длины волны.

Полезная модель относится к антенной и микрополосковой технике и может быть использована в радиометрии и аппаратуре связи.

Известны микрополосковые и полосковые антенны, различающиеся по конфигурации излучающего элемента - прямоугольные, дисковые, кольцевые, эллиптические, треугольные и др., выполненные на диэлектрических изолированных, экранированных, подвешенных и многослойных подложках [1. Панченко Б.А, Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь, 1986; 2. Электродинамический расчет характеристик полосковых антенн / Б.А.Панченко, С.Т.Князев и др. М.: Радио и связь, 2002].

К недостаткам таких антенн и излучателей относится их узкополосность, определяемая резонансным режимом работы, а также примерное равенство габаритных размеров антенны и рабочей длины волны.

Наиболее близкими к предлагаемой полезной модели являются логопериодические антенны, образованные собирательными линиями в виде двух трубок, расположенных одна над другой, к которым крепятся плечи вибраторов поочередно через один [Драбкин А.Л., Коренберг Е.Б. Антенны. М.: Радио и связь, 1992].

Выполнение таких антенн с минимальными продольными размерами менее 0,6 от максимальной длины волны считается нецелесообразным, поскольку при этом ухудшается направленность излучения и согласование с питающим фидером.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание малогабаритной широкополосной антенны, выполненной в микрополосковом исполнении с габаритными продольными размерами, значительно меньшими максимальной рабочей длины волны.

Поставленная техническая задача решается тем, что в микрополосковой антенне, содержащей диэлектрическую подложку с расположенным на ней

импедансным проводником, выполненным в виде вписанной в равнобедренный треугольник периодической микрополосковой линии, начало и середины проводников которой соединены прямолинейным микрополосковым проводником, обладающей коэффициентом замедления n и длиной не превышающей _макс/n, где _макс - максимальная длина волны рабочего диапазона, согласно предложенной полезной модели, импедансный проводник выполнен в виде зигзаг-линии (по первому варианту выполнения) или импедансный проводник выполнен в виде меандр-линии (по второму варианту выполнения).

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где:

на фиг.1 показана топология микрополосковых антенн на основе периодических линий - зигзаг (фиг.1а) и меандр (фиг.1б), выполненных на диэлектрических подложках с относительной диэлектрической проницаемостью равной 5, 6. Габаритные размеры структур 100×60.

на фиг.2 показаны суммарные диаграммы направленности, полученные для резонансной частоты антенны 608 МГц и ее граничных частот 483 и 733 МГц. Рабочий диапазон частот представленной антенны немного уже 495-718 МГц.

на фиг.3 представлены зависимости коэффициента стоячей волны (SWR), подтверждающие хорошее согласование антенны.

на фиг.4 показаны характеристики коэффициента усиления GA (кривая 1) и отношения излучений антенны вперед/назад (F/B) (кривая 2), из которых видно, что частоты графиков GA и F/B на краях диапазона немного не совпадают.

Работа микрополосковой антенны основана на использовании в ее конструкции отрезка периодической замедляющей структуры в виде зигзаг-линии или меандр-линии.

Экспериментально полученные дисперсионные характеристики для зигзаг-линии показали достаточно равномерное изменение коэффициента замедления в рабочем диапазоне частот антенны от 4 до 6, а для меандр-линии - от 6 до 8. Это позволяет прямо пропорционально величине коэффициента замедления уменьшать геометрические размеры таких структур при сохранении их прежней электрической длины [Елизаров А.А., Пчельников Ю.Н. Радиоволновые элементы

технологических приборов и устройств с использованием электродинамических замедляющих систем. М., Радио и связь, 2002].

При этом максимальные длины волн антенн будут определяться их максимальной электрической длиной, а минимальные - точностью изготовления структур вблизи точек питания. Представленные диаграммы направленности и характеристики антенны (фиг.2-4) получены с использованием известной программы для ЭВМ MMANA-GAL.

Как известно, при возбуждении периодической структуры возможно два режима работы: в первом - электромагнитная волна сосредотачивается вблизи структуры без излучения, а во втором - наблюдается излучение электромагнитных волн в окружающее пространство [Елизаров А.А., Пчельников Ю.Н. Радиоволновые элементы технологических приборов и устройств с использованием электродинамических замедляющих систем. М., Радио и связь, 2002]. Режим работы периодической структуры определяется соотношением между коэффициентом фазы питающей волны, распространяющейся вдоль структуры, и периодом структуры. При малом периоде по сравнению с длиной волны излучение отсутствует, а при их совпадении происходит интенсивное резонансное излучение. В этом случае энергия питающей волны на конечном участке структуры практически полностью преобразуется в энергию излученных электромагнитных волн, а возбуждение структуры за областью излучения резко уменьшается, что не нарушает режим работы антенны. Период структуры у предложенных вариантов антенн является переменным, постепенно увеличиваясь в направлении от точки питания. Это позволяет объяснить отсечку тока в периодической системе наличием для любой волны конечной области, для которой реализуется режим резонансного излучения. Таким образом, предлагаемые антенны являются частотно-независимыми, поскольку, имея конечные размеры, сохраняют все свойства бесконечных периодических структур.

1. Микрополосковая антенна, содержащая диэлектрическую подложку с расположенным на ней импедансным проводником, выполненным в виде вписанной в равнобедренный треугольник периодической микрополосковой линии, начало и середины проводников которой соединены прямолинейным микрополосковым проводником, обладающей коэффициентом замедления n и длиной, не превышающей _макс/n, где _макс - максимальная длина волны рабочего диапазона, отличающаяся тем, что импедансный проводник выполнен в виде зигзаг-линии.

2. Микрополосковая антенна, содержащая диэлектрическую подложку с расположенным на ней импедансным проводником, выполненным в виде вписанной в равнобедренный треугольник периодической микрополосковой линии, начало и середины проводников которой соединены прямолинейным микрополосковым проводником, обладающей коэффициентом замедления n и длиной, не превышающей _макс/n, где _макс - максимальная длина волны рабочего диапазона, отличающаяся тем, что импедансный проводник выполнен в виде меандр-линии.