Мікросмужкова антенна решітка складена, тридіапазонна

Реферат: UA 96824 U UA 96824 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області антенної техніки і може бути використане в радіотехнічних системах зв'язку. Відомі, так звані мікросмужкові (МС) антенні решітки [1], засновані на технології виробництва друкованих плат. Робота їх заснована на застосуванні МС антенних елементів, що являють собою металізацію екранної поверхні і другу металізацію певної форми, випромінювача, розташованого над цим екраном, розділених діелектриком понад високої частоти (ПВЧ), а також елементів розведення ПВЧ сигналів, що з'єднують всі ці МС антенні елементи. В більшості своїй сигнали ПВЧ мають малі діапазони частот, вони вузькосмугові, але і МС антенні решітки мають вузьку смугу робочих частот, тому така обставина дуже гармонійно і застосування широкосмугових антен для роботи з такими ПВЧ сигналами і не потрібно. Для роботи з подібними ПВЧ радіосигналами потрібні антени смугові, або які працюють на декількох, визначених смугах частот, відповідних смугах частот ПВЧ радіосигналів. Відома МП антенна решітка, виготовлена з двочастотних антенних елементів за авторським свідоцтвом СРСР № 843674 від 2.03.1981 г., див. [2]. Ця антена дозволяє забезпечити рознос робочих частот - до 40 %, що в ряді випадків не достатньо, крім цього, вона не дозволяє працювати в режимі тридіапазонного сигналу і з великим розносом частот. Цей недолік відсутній у пропонованій мікросмужковій антенній решітці складеній, тридіапазонній, яка дозволяє забезпечувати прийом та/або передачу на одну антену три і більше ПВЧ радіосигналів, що мають різні несучі частоти і досить рознесених, причому в цій антенній решітці для роботи з кожним з цих трьох сигналів фактично є своя антена, але ці антени конструктивно суміщені в одному розкриві, в одній антені. Всі ці три антени, є діапазонні антени і знаходяться одна в іншій, в місцях, що не заважають роботі інших. Сама сумарна загальна площа запропонованої тридіапазонної антени фактично не збільшується. Очевидно, така антена, кожна з її складових, що є вузькосмуговими антенами і виконують додаткову функцію - вони є і смуговими фільтрами ПВЧ, що в ряді випадків спрощує схему ПВЧ тракту приймача-передавача. Рішення поставленої задачі досягається тим, що в тридіапазонній МС антенній решітці, далі відзначаються у вигляді "МС АР Σf1,2,3", розміщені один поверх іншого наступні три діапазонні антени - перша МС антенна решітка першого, нижнього діапазону, МС APf1, що працює на самому низькому діапазоні частот Δf1, друга МС антенна решітка, МС APf1, що працює в середньому діапазоні Δf2, і третя МП антенна решітка третього, високого діапазону Δf3 частот, МС 2 APf3. Кожна з МС антенних решіток МС APf1, MC APf2, MC APf3 мають відповідну кількість своїх мікросмужкових антенних елементів і свої лінії ПВЧ розводки, суматори на вході, за яким ПВЧ сигнали подаються на свої МС антенні елементи або назад, знімаються з них і спрямовуються на вхідні пристрої ПВЧ пристрої, приймача-передавача. Всі три складові МС АР Σf1,2,3 розміщені в неробочих місцях, у вигляді окремих антенних модулів, з'єднаних, наприклад, кабелями з їх ПВЧ суматорами. МС APf2 розміщена між антенними елементами МС APf1, поверх її ліній розводки, (лінія розведення МС APf1 являє собою симетричні смугові лінії, мікросмужкові (МС) лінії розведення, на відміну від інших антен, МС АРf2, МС АРf3, в яких лінії розведення представляють у вигляді несиметричних смужкових ліній.). Поверх випромінювачів антенних елементів МС APf1 розміщені модулі МС АРf3. Так як в МС АРf2 місця розміщення її розведення досить обмежена, то, при необхідності, можливе використання топології щільного компонування мікросмужкових антенних решіток, викладеної у винаході інтегральної мікросхеми "МИКРОПОЛОСКОВАЯ ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННА РЕШЕТКА" № 2000050001 від 26.05.2000 г. - Україна, див. [3]. При необхідності така топологія, так само може використовуватись і в інших двох складових МС АР пропонованої МС АР Σf1,2,3, МС APf1 і в МС АРf3. Розташовані модулі МС APf1 і МС АРf2 в діелектричних шарах один поверх іншого, так над розведенням МС APf1 знаходиться МС АРf2. Поставлена задача вирішується тим, що тридіапазонна мікросмужкова антенна решітка, МС АР Σf1,2,3 складається з трьох діапазонних (Δf1, Δf2, Δf3) мікросмужкових антенних решіток (МС APf1, МС АРf2, МС АРf3), розташовані вони, як відзначено вище, одна над іншою, при цьому кожна з трьох антен не затінюють своєю металізацією інші, тому не заважаючи один одному. (При цьому слід врахувати, див. [1], що кожен з МС антенних елементів являють собою дві щілинні антени, утворені відповідним екраном і металізацією випромінювача даного МС антенного елемента). У МС АР Σf1,2,3 складова антена МС APf1 його модулі розташовані на нижньому шарі, антени МС АРf2 розташовані в середньому шарі, в просторі між антенними елементами нижньої частоти, МС APf1, а модулі антени МС АРf3 розташовані у верхньому шарі, над антенними елементами нижньої частоти, МС APf1, безпосередньо над металізацією його випромінювачів. 1 UA 96824 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована тридіапазонна антенна решітка дозволяє вирішувати наступні технічні завдання: 1). Забезпечує прийом/передачу більше трьох незалежних ПВЧ сигналів, в трьох діапазонах частот, на їх піддіапазонних смугах; 2). В одній антені додатково розміщені ще дві антени що не заважають роботам інших, причому без збільшення площі всієї цієї антенної системи, МС АР Σf1,2,3 і при цьому її площа, загальна площа антени МС АР Σf1,2,3 відповідає площі антени, що працює на нижній частоті, МС APf1. Тим самим поєднання трьох антен не призводить до збільшення ні розмірів і, (в першому наближенні) ні сумарної ваги всієї антенної системи МС АР Σf1,2,3 і буде відповідати розмірам і вазі антени МС APf1; 3). Застосування багатошарової технології виготовлення друкованих плат, яка застосована при виробництві тридіапазонною МС АР, МС АР Σf1,2,3 дозволяє розміщувати в шарах цієї антени і підсилювачі, конвертори, генератори та інші пристрої ПВЧ і не тільки їх, причому можливо і в єдиному технологічному циклі виробництва ПВЧ блока приймача-передавача. Запропонована у відповідності з корисною моделлю тридіапазонна мікросмужкова антенна решітка дозволила вирішити за рахунок застосування відмінних ознак поставлені технічні завдання наступним чином: Згадана технічна задача (1) вирішена тим, що в тридіапазонній мікросмужковій антенній решітці МС АР Σf1,2,3 є три незалежні, непов'язані МС АР і які мають відповідні три незв'язані входи (виходи) - три мікросмужкові антенні решітки, а кожна з трьох складових дозволяє працювати на двох піддіапазонах частот. Згадана технічна задача (2) вирішена тим, що в ній кожна з трьох мікросмужкових антенних решіток розміщені в "порожніх" місцях інших мікросмужкових антенних решіток, причому кожна мікросмужкова антенна решітка, що працює на більш високій частоті, розміщена у вільному просторі антени, працює на меншій частоті. Тим самим досягається зменшення масогабаритних характеристик всієї антенної системи. Згадана технічна задача (3) вирішена тим, що в ній використовується сучасна технологія виробництва радіоелектроніки - технологія фотолітографії, виготовлення друкованих плат, причому багатошарових друкованих плат. Внаслідок з цим в єдиному технологічному циклі можливе досягнення розміщення в трьох шарах цієї антени не тільки антен, але і інших пристроїв ПВЧ-пристроїв та пристроїв більш низьких частот, причому як активних, так і пасивних, підсилювачів, генераторів, фазообертачів, комутаторів, процесорів і інших. Таким чином, тридіапазонна антенна решітка вже, фактично являє з себе антенну мікросхему або антенний модуль (назва - мікросхема або модуль визначається їх розмірами). З цих антенних мікросхем, (антенних модулів) компонуються, створюються ПВЧ-функціональні пристрої та системи, подібно компонуванню звичайних мікросхем, модулів на комутаційній платі блоків і вузлів в комп'ютері. Потім цей скомпонований антенний функціональний пристрій, система стикується з іншими блоками радіосистеми і вся, таким чином скомпонована радіосистема розміщується у відповідному єдиному корпусі. Це робиться подібно до того, як компонуються базові мікросхеми на платі і з яких збираються комп'ютери та ін. сучасні радіоелектронні системи. Короткий опис креслень Суть винаходу пояснюється кресленнями, наведеними на фігурах 1, 2, 3 і 4 тільки з метою ілюстрації, але ніяк не обмежують суть і обсяг винаходу. на Фіг. 1 - мікросмужкова антенна решітка складова, тридіапазонна (МС АР Σf1,2,3); на Фіг. 2 - показана вся МС АР Σf1,2,3 в розрізі кожної з трьох складових мікросмужкової антенної решітки; на Фіг. 3 - зображені модулі МС APf3, що працюють на найвищих частотах, f3 або в цих піддіапазонах частот; на Фіг. 4 - зображені модулі МС APf1, що працюють на середніх частотах, f1 або в цих піддіапазонах частот; на Фіг. 5 - зображені випромінювачі МС APf1, що працюють на найнижчих частотах, f3 (її розводка не показана), або в цих піддіапазонах частот; на Фіг. 6 - показана розведення у вигляді симетричної лінії; на Фіг. 7 - показана розведення у вигляді мікросмужкової (МС) лінії на додатковій платі зі щілинним збудженням МС антенних елементів; на Фіг. 8 - показано порушення МС антенних елементів МС APf1, її МС лінією за допомогою щілин; на Фіг. 9 - показано порушення МС антенних елементів МС APf1, її МС лінією допомогою зондів; 2 UA 96824 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 на Фіг. 10 - показана суматорна плата всіх трьох МС, АР розміщені на одній платі у вигляді МС ліній; на Фіг. 11 - показана суматорна плата у вигляді двох ліній МС і однієї у вигляді симетричної лінії; на Фіг. 12 - показаний варіант реалізації двочастотної МС APf3, робота її на двох піддіапазонах. Докладний опис корисної моделі. Мікросмужкова антенна решітка складова, тридіапазонна (МС АР Σf1,2,3), Фіг. 1 складається з декількох тонких діелектричних шарів 1, металізованих і розташованих одна поверх іншої, з плоскими поверхнями яких знаходяться всі компоненти кожної із складових мікросмужкових антенних решіток, їх антенні елементи, випромінювачі, лінії розведення, суцільні екрануючі металізації, а під усім цим мається плата суматорів 2 всіх трьох антенних решіток, МС APf1, МС APf2, МС APf3. Кожна зі складових МС АР Σf1,2,3, показані на Фіг. 2. На Фіг. 2 показано в розрізі, МС APf1 позиція 3, МС APf2 позиція 4 і МС APf3 позиція 5. Компоненти цих МС АР показані на Фіг. 2, 3, 4, 5. Випромінювачі, лінії розведення, діелектричні шари і екрануючі поверхні, (екрани) у МС APf1 зображені на Фіг. 2, 3, відповідно 6, 7, 8, 9, у МС APf2 на Фіг. 2, 4-10, 11,12 і в МС APf3 на Фіг. 2, 3-12І так, нижній, перший діелектричний шар 8, з розташованою над суцільною металізацією 9, випромінювачі 6, а також смужкова лінія розведення 7, (на даному кресленні, Фіг. 2 показана симетрична смужкова лінія, утворена металізацією 9 спільно з металізацією 13, екраном МС АРf2), всі ці компоненти утворюють МС APf1, антенну решітку, що має перший частотний діапазон f1. Поверх цієї МС APf1 знаходиться другий діелектричний суцільний шар 18, поверх якого знаходиться МС АРf2 4, антенна решітка з середнім діапазоном частот f2, її антенні елементи 10, див. Фіг. 4, МС лінії розведення ПВЧ сигналу 11, діелектрик 12 металізований (екран 13) з випромінювачами антенних елементів 10 і МП лінією розведення 11 на ньому. Розташовані вони між випромінювачами антенних елементів нижнього діапазону частот 6, f1 (тут не потрібно плутати - не під випромінювачами, а між ними, в їх площині). Виконана МС АРf2 в діелектричному шарі 12, див. Фіг. 2, 4, при цьому її випромінювачі 10, див. Фіг. 4 і лінії розведення 11 розташовані поверх цього діелектричного шару 12, див. Фіг. 2 і, як зазначено, між випромінювачами 6 антенних елементів нижнього діапазону частот, f1. Під випромінювачами антенних елементів f2 10 і його розведення лініями 11, під третім діелектричним шаром 12 і між випромінювачами 6 знаходиться суцільна металізація 13, Фіг. 2. Ця суцільна металізація знаходиться поза проекцією випромінювачів антенних елементів МС APf1 6, на Фіг. 4 вона показана пунктирною лінією. Поверх МС APf1 і МС АРf2 знаходиться МС АРf3 5, Фіг. 2, 3, антена верхнього діапазону частот, О. Вона виконана у вигляді верхнього, четвертого діелектричного шару 16, див. Фіг. 2, з її антенними елементами, випромінювачами 14, лінією розведення 15, Фіг. 3, що знаходяться над проекціями випромінювачів 6 МС AP f1 3. Розташування компонентів МС АР f3, її металізація екрана 17, випромінювачів 14, і лінії розведення 15 розташовані так, щоб вони не виступали за межі проекцій відповідних випромінювачів 6 МС APf1 3. З'єднання модулів МС APf1, МС АРf2, МС АРf3 виконані відповідними коаксіальними лініями з їх суматорами, розташованими на окремій платі 2, Фіг. 1. Робота кожної з антенних решіток, МС APf1, МС APf2, МС APf3 аналогічні між собою та відповідають роботі відомих мікросмужковіх антенних решіток і їх антенними елементами. Необхідною умовою роботи кожного антенного елемента в будь-якій МС АР є відсутність над ними, безпосередньо над краями металізації їх випромінювачів яких або екрануючих металізації, в даному випадку екранів антенних елементів, ліній розведення інших вищерозташованих МС АР. Всі антенні елементи працюють подібно щілинним елементарним антенним структурам, відкритим резонаторам, утвореним випромінювачами і екраном під ними, виникаючи електричним зондом або магнітним, щілинним збудником. Фізика їх роботи добре вивчена і викладена у відповідній літературі, наприклад [1], тому немає сенсу зупинятися на цьому. Слід лише додати, що МС APf1 3, МС APf2 4, див. Фіг. 2, випромінювачі 6, 10 їх антенних елементів працюють не безпосередньо вище знаходиться в повітряному середовищі, а в діелектричних середовищах 12 і 16, відповідно, а сама верхня МС АРf3 5 працює в повітряному середовищі, (якщо, звичайно не передбачено безпосереднє захисне діелектричне покриття поверх їх випромінювачів). Лінії розведення МС APf1 виконані, як показано на Фіг. 2, 6 у вигляді симетричних смужкових ліній 19, сформованих самою осьовою смужковою лінією 7 і екранами, металізаціями 9 і 13. Лінію розведення можна виконати і у вигляді МС ліній, але вже на окремій платі, див. Фіг. 7, з 3 UA 96824 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 екранною металізацією 9 (спільною з металізацією МС APf1 3), діелектричною пластиною 20 і самою МС лінією 21. Зв'язок, з'єднання МП ліній з відповідними їхніми МС антенними елементами (випромінювачами), порушення відкритих резонаторів можна забезпечити звичайними засобами, засобами магнітного зв'язку за допомогою щілин 22, у місцях пучності магнітного поля ТИМ хвилі на відстані ¼λε від краю МС лінії 23, див. Фіг. 8, або електричними зондами 24, показаних на Фіг. 9. Лінії розведення МС APf2 4 і МС APf3 5, Фіг. 2 виконані у вигляді ліній МС 11, Фіг. 4 і МС ліній 15, Фіг. 3, відповідно, між випромінювачами. З-за можливого щільного компонування елементів МС АРf2 (ступінь щільності залежить від значень заданих частот, особливо від значень f2 та f1), її лінія розведення може бути виконана згідно з топологією щільною компонування мікросмужкових антенних решіток, викладеною в [3], при необхідності така топологія може бути застосована і в МС APf1, а також в МС АРf3. Застосування щільного компонування топології може виникнути при необхідності збільшення кількості антенних елементів, або якщо значення задаються діапазонів частот f1, f2, f3 не дозволяють скористатися звичайною, нещільним компонуванням топології ліній розводки. Плата суматора 2, Фіг. 1 може бути виконана у вигляді одного з відомих варіантів, або у вигляді трьох мікросмужкових суматорів, див. Фіг. 10, кожний з яких підключений до своєї МС АР за допомогою кабелів або з багатошаровою платою суматора, чотиришаровою як показано на Фіг. 11, або як то інакше. У показаній платі верхня і нижня плати являють собою суматори, виконані у вигляді ліній МС 25, 26, а між ними є суматор у вигляді симетричних ліній 27. З'єднання суматорів з відповідними МС АР або кабелями, або електричними зондами, або магнітними щілинами, показані на прикладі сполуки МС ліній з МП антенними елементами, див. Фіг. 8, 9. Кожна з МС АР, а саме МС APf1, МС АРf2, МС АРf3, їх діапазони робочих частот можуть представляти в однодіапазоні види, по одній смузі частот ΔPf1, ΔPf2, ΔPf3 в кожному з них, але можуть реалізовані їх діапазони частот у двочастотному, дводіапазонних режимах їх роботи МС антенних елементів, так званий режим роботи МС антенних елементів, їх відкритих резонаторів вже як вироджені коливання на двох піддіапазонах частотах Δf11, Δf12, Δf21, Δf22, Δf31, Δf32, див. [4]. Реалізація такого двочастотного, двосмугового режиму роботи показана на прикладі МС APf3, Фіг. 12. Для експериментальної перевірки тридіапазонної мікросмужкової антенної решітки, МС АР Σ був розроблений і виготовлений дослідний зразок. Досвідчений зразок був розрахований на частоти: МС АР на 4 GHz; MC АР на 12 GHz; MC АР на 20 GHz. Кількість антенних елементів в цих МС АР було відповідно: 16; 126; 256. Розміри всієї МП АР І склали 210×210 мм, товщина 5 мм, вага 100 г. Коефіцієнт посилення в МС АР - 16 dB, МС АР - 25 dB і в МС АР - 30 dB. Розв'язка між антенами не гірше 20 dB. Результати експериментальних перевірок відповідають очікуваним. Джерела інформації: 1. Мікросмужкові антени. - М.: Панченко Б.А., Нефедов O.I. 1986 р. 2. Двочастотна мікросмужкова антена за Авторським свідоцтвом СРСР № 843674 від 2.03.1981 г. 3. Топографія, топологія за патентом України "Микрополосковая фазированная антенна решетка" № 2000050001 від 26.05.2000 г. 4. Дисертація "Дослідження і розробка гібридних мікросмужкових антенних пристроїв і мікросмужковій антенної решітки наземної станції космічного зв'язку", Виноградов Г.М., 1988 р. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Мікросмужкова антенна решітка складена, тридіапазонна, яка відрізняється тим, що складається з трьох мікросмужкових антенних решіток, що знаходяться одна в одній, перша, що працює на першому, нижньому діапазоні частот, поверх неї знаходяться модулі другої і модулі третьої мікросмужкових антенних решіток, що працюють, відповідно, на другому, середньому діапазоні частот і третьому, верхньому діапазоні частот, а під ними знаходиться плата суматорів цих трьох антенних решіток, трьох діапазонів частот, комутуючих, відповідно кожну з цих трьох мікросмужкових антенних решіток і їх розведення відповідним чином. 2. Мікросмужкова антенна решітка складена, тридіапазонна за п. 1, яка відрізняється тим, що має антенні елементи з випромінювачами у вигляді металізації, відповідних форм і розмірів, а під кожною з них, фольговані знизу діелектричні пластини, кожен з антенних модулів третин мікросмужкової антенної решітки знаходиться над своїм випромінювачем першої антенної решітки, але так, щоб її краї не затінювали ці випромінювачі, також і кожен з антенних модулів 4 UA 96824 U другої мікросмужкової антенної решітки знаходиться між антенними елементами першої мікросмужкової антенної решітки, щоб вони не затіняли антенні елементи першої мікросмужкової антенної решітки. 5 UA 96824 U 6 UA 96824 U 7 UA 96824 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8