Перестроювана дискова мікросмужкова антена з додатковими закорочувальними елементами

Реферат: Перестроювана дискова мікросмужкова антена з додатковими закорочувальними елементами містить діелектричну підкладку, з одного боку якої розташовано заземлену основу, а з іншого провідний диск, в якому виконані отвори на різних відстанях від центру диска і розташовані симетрично щодо його центру. Крізь отвори з використанням p-i-n діодів здійснюється гальванічний контакт провідного диска і заземленої основи, при цьому кількість закорочувальних елементів і місце їх розташування визначається зовнішніми електричними ланцюгами. UA 107847 U (12) UA 107847 U UA 107847 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до антенної техніки та може бути використана у приймальних, передавальних і приймально-передавальних антенних пристроях радіотехнічних систем різного призначення, зокрема для створення фазованих антенних решіток. Відома, дискова мікросмужкова антена з короткозамкненою з обох сторін щілиною, яку розташовано в центрі провідного диска, збуджуваного коаксіальним відрізком, розташованим перпендикулярно відносно до провідного диска [1]. Недоліком є залежність параметрів мікросмужкової антени від довжини радіальної щілини за відсутності елементів підстроювання. Зміна довжини радіальної щілини у реальній конструкції мікросмужкової антени пов'язана з істотними технологічними й конструктивними труднощами. Відома низькопрофільна антена зі щілинами [2], яка збуджується коаксіалом та має додатковий заземлюючий провідник на заземлену площину. Щілинна неоднородність має складну конфігурацію у вигляді С-подібних розімкнених рамок прямокутної форми. Істотним недоліком такої конструкції є принципова залежність енергетичних показників антени від місцезнаходження додаткового закорочуючого провідника. Відома також мікросмужкова дискова антена з фіксованими заземлюючими елементами на основі [3]. Збуджуваний мікросмужковий диск мав менший діаметр у порівнянні з провідником заземлюючої основи. Недоліками конструкції є те, що така антена може працювати тільки на аксіальносиметричних типах коливань (ТМ0n0), що обмежує частотний діапазон роботи, а також відсутність елементів підстроювання. Найближчим аналогом вибрана електронно-скануюча мікросмужкова антенна решітка [4]. Антенна решітка виконана на основі елементарних мікросмужкових дискових випромінювачів, що мають спільну заземлювальну основу, розділених за допомогою діелектричної підкладки. Кожен з дисків у центрі закорочений аксіально-симетрично на заземлену основу. Краї кожного диска можуть заземлюватися на основу з використанням напівпровідникових діодів. Збудження кожного диска здійснюється з використанням коаксіальної лінії. Центр збудження зміщений відносно центру диска. Недоліками аналога є те, що неаксіальний спосіб збудження мікросмужкових дисків не дозволяє формувати діаграми спрямованості заданого типу, не дозволяє ефективно змінювати величину вхідного опору мікросмужкового випромінювача, закорочування країв диска не дозволяє змінювати величину випромінюваної потужності. В основу корисної моделі поставлена задача створити керовану дискову мікросмужкову антену з можливістю регулювання характеристик при наявності простоти конструкції та зручності експлуатації. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в провідному диску виконані отвори на різних відстанях від центру диска і розташовані симетрично щодо його центра, і крізь ці отвори з використанням p-i-n діодів здійснюється гальванічний контакт провідного диска і заземленої основи, при цьому кількість закорочувальних елементів і місце їх розташування визначається зовнішніми електричними ланцюгами. Крім того, першу групу отворів розташовано на відстані (0,85÷0,9)R під кутом 90° відносно один одного, а другу групу отворів розташовано на відстані (0,65÷0,7)R та зміщено на кут 45° відносно до першої групи (R - радіус провідного диска). Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. Фіг. 1. Загальний вигляд моделі (вигляд зверху). Фіг. 2. Вигляд моделі (переріз А-А). Фіг. 3. Діаграма спрямованості дискової антени без закороток. Фіг. 4. Діаграма спрямованості дискової антени з однією закороткою R1=0,9R. Фіг. 5. Діаграма спрямованості дискової антени з двома закоротками R1=0,9R та R2=0,7R, зміщеними один щодо одного на кут 45°. Фіг. 6. Діаграма спрямованості дискової антени з чотирма закоротками R1=0,9R, зміщеними один щодо одного на кут 90°. На Фіг. 1-2 зазначені: 1 - діелектрична підкладка; 2 - провідний диск; 3 - заземлена основа; 4 - допоміжні отвори; 5 - відрізок коаксіальної лінії, центральний провідник якої має гальванічний контакт з провідниковим мікросмужковим диском; 6-p-i-n діод з електродом, що має гальванічний контакт з провідним мікросмужковим диском. Під час подачі енергії електромагнітного поля за допомогою відрізка коаксіальної лінії - 5 в резонатор, утворений заземленою основою - 3 і провідним мікросмужковим диском - 2, в останньому збуджується певний спектр власних коливань. Кількість збуджених типів визначається співвідношенням робочої довжини хвилі (частоти генератора) і резонансними 1 UA 107847 U 5 10 15 20 25 30 35 40 довжинами хвиль (резонансними частотами) власних типів коливань резонатора. За умови, що товщина діелектричної підкладки - 1 менша λðåç даного типу коливань, можливе збудження нижчих типів коливань: Е110, Е210, Е010, Е310 [5]. Кожен із цих типів коливань має своє місце розташування так званих "фазових центрів" - областей, де спостерігаються максимуми полів (електричних або магнітних). Допоміжні отвори - 4 розташовані в областях, співпадаючих з положенням "фазових центрів" збуджених типів коливань. Зміна умов для протікання струму в областях допоміжних отворів шляхом подачі на діод (або декілька діодів водночас) негативного або позитивного зсуву дозволяє змінювати структуру збуджуваних полів, а, отже, і випромінюваних полів. Перемикання діодів з відкритого в закритий стан призводить до зміни форми діаграм спрямованості смужкової антени. Було виготовлено та випробувано макет, який відповідає всім істотним ознакам запропонованої корисної моделі. Макет запропонованої перестроюваної дискової мікросмужкової антени з додатковими закорочуючими елементами виконаний на основі фольгованого діелектрика ФЛАН-3,8 з діелектричною проникністю 3,8 і товщиною 0,5 мм, дисковий провідник мав діаметр 35 мм і був виконаний методом фотолітографії, відрізок коаксіальної лінії мав переріз 7,5×3,8 мм та хвилевий опір 50 Ом. Допоміжні отвори виконані аксіально таким чином, що перша група отворів розміщена на відстані (0,85÷0,9)R під кутом 90° один відносно іншого, а інша група отворів розташована на відстані (0,65÷0,7)R та зміщена на кут 45° відносно до першої групи. Використовувались p-i-n діоди типу 2А503. Свіпування частоти змінювалося в діапазоні частот від 2 до 8 ГГц. На Фіг. 3-8 наведено діаграми спрямованості в кутомісній площині для різних комбінацій включення p-i-n діодів. Виходячи з наведених характеристик, вмикання та вимикання діодів, що закорочують, призводить до змін у значеннях центральних частот випромінювання, форми діаграм спрямованості та рівнів випромінюваної потужності. Таким чином, запропонована корисна модель дозволяє створити керовану дискову мікросмужкову антену з можливістю регулювання характеристик, просту в конструкції та зручну в експлуатації. Джерела інформації: 1. Jui-Han Lu, Kai-Ping Yang. A simple design for single-feed circularly-polarized microstrip antennas. Proc. Natl. Sci, Counc. ROC(A). - 2000. - Vol. 24, No. 2. - P. 130-133. 2. S. Sufyar, C. Delaveaud. A miniaturization technique of a compact omnidirectional antenna. Radioengineering, 2003. - Vol. 18, No 4. - P. 373. 3. Juhua Liu, Quan Xue, HangWong, Hau Wah Lai, Yunliang Long. Design and analysis of a lowprofile and broadband microstrip monopolar patch antenna. IEEE Transactions on Antennas and Propag., 2013. - Vol. 61, No 1. - P. 11-18. 4. Carmen S. Malagisi. Patent MPK H01Q 3/26, USA No 4053895, Electronically scanned microstrip antenna array, publ. Nov. 24, 1976. 5. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств /под ред. В. И. Вольмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 328 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Перестроювана дискова мікросмужкова антена з додатковими закорочувальними елементами, яка містить діелектричну підкладку, з одного боку якої розташовано заземлену основу, а з іншого - провідний диск, в якому виконані отвори на різних відстанях від центру диска і розташовані симетрично щодо його центру, яка відрізняється тим, що крізь ці отвори з використанням p-i-n діодів здійснюється гальванічний контакт провідного диска і заземленої основи, при цьому кількість закорочувальних елементів і місце їх розташування визначається зовнішніми електричними ланцюгами. 2. Перестроювана дискова мікросмужкова антена з додатковими закорочувальними елементами за п. 1, яка відрізняється тим, що першу групу отворів розташовано на відстані (0,85÷0,9)R під кутом 90° відносно один одного, а другу групу отворів розташовано на відстані (0,65÷0,7)R та зміщено на кут 45° відносно до першої групи, де R - радіус провідного диска. 2 UA 107847 U 3 UA 107847 U 4 UA 107847 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5