RU116695U1 - ULTRA-BAND ANTENNA - Google Patents

Abstract

Сверхширокополосная антенна, состоящая из двух полосковых рупоров, образованных искривленными расширяющимися кромками металлической фольги, нанесенной на диэлектрическую подложку, и подключенных к возбуждающей узкой полосковой щели, возбуждаемой несимметричной полосковой линией, присоединенной к коаксиальному разъему, отличающаяся тем, что диэлектрическая подложка разделена на три части, на первой и второй частях диэлектрической подложки, расположенных параллельно друг другу, размещены соответствующие полосковые рупоры, образованные расширяющимися кромками металлической фольги, нанесенной на внутренние поверхности первой и второй частей диэлектрической подложки, при этом между первой и второй частями диэлектрической подложки установлены первый и второй дипольные излучатели в виде объемных металлических тел определенной формы, например клиновидной, и размеров, гальванически соединенные с металлической фольгой, образующей полосковые рупоры, при этом на внешней стороне третьей части подложки в металлической фольге выполнена узкая полосковая щель, а на внутренней стороне выполнена несимметричная полосковая линия, один край которой подключен проходным контактом к одной кромке узкой полосковой щели, а второй край подключен к центральному проводнику коаксиального разъема, корпус которого соединен с другой кромкой узкой полосковой щели, и при этом каждая кромка узкой полосковой щели с помощью металлических перемычек подключается к соответствующим узким частям полосковых рупоров. An ultra-wideband antenna consisting of two strip horns formed by curved expanding edges of a metal foil deposited on a dielectric substrate and connected to an exciting narrow strip slot driven by an asymmetric strip line connected to a coaxial connector, characterized in that the dielectric substrate is divided into a dielectric substrate on the first and second parts of the dielectric substrate, located parallel to each other, there are corresponding strip horns formed by the expanding edges of the metal foil deposited on the inner surfaces of the first and second parts of the dielectric substrate, with the first and second dipole radiators installed between the first and second parts of the dielectric substrate in the form of volumetric metal bodies of a certain shape, for example, wedge-shaped, and dimensions, galvanically connected to a metal foil forming strip horns, while on the outer side of the third part is mean There is a narrow strip slot in the metal foil, and an asymmetrical strip line is made on the inner side, one edge of which is connected by a through contact to one edge of a narrow strip slot, and the other edge is connected to the central conductor of the coaxial connector, the body of which is connected to the other edge of the narrow strip slot , and in this case, each edge of the narrow strip slot is connected with the help of metal jumpers to the corresponding narrow parts of the strip horns.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники, а именно к антенно-фидерным устройствам, и конкретно к рупорно-полосковым антеннам с линейной поляризацией, изготавливаемым по групповым технологиям печатных плат.The utility model relates to the field of radio engineering, namely to antenna-feeder devices, and specifically to horn-strip antennas with linear polarization, manufactured by group technologies of printed circuit boards.

Известна «Щелевая антенна» (см. Пат. RU №2269187 МПК H01Q 1/38, H01Q 9/28, опубл. 27.01.2006 г.). Щелевая антенна содержит диэлектрическую подложку и металлический экран. В металлическом экране выполнена щелевая линия, делящая металлический экран на две идентичные части, при этом щелевая линия первоначально представляет собой прямолинейный участок, который далее расширяется по экспоненциальному закону. В одной из частей металлического экрана, параллельно оси щелевой линии, выполнен прямоугольный паз, образующий совместно с прямолинейным участком щелевой линии и металлическим экраном трехпроводную полосковую линию. На конце прямоугольного паза установлено ферритовое кольцо, которое касается внешней окружностью образующей щелевой линии, при этом длина прямолинейного участка щелевой линии выбрана не менее внешнего диаметра ферритового кольца. Она имеет существенный недостаток, связанный с большими габаритными размерами (длина рупора значительно превышает размеры на раскрыве).The well-known "Slot antenna" (see Pat. RU No. 2269187 IPC H01Q 1/38, H01Q 9/28, publ. January 27, 2006). The slot antenna contains a dielectric substrate and a metal shield. A slit line is made in the metal screen, dividing the metal screen into two identical parts, while the slit line initially represents a rectilinear section, which then expands exponentially. In one of the parts of the metal screen, parallel to the axis of the slit line, a rectangular groove is made, forming, together with the rectilinear section of the slit line and the metal screen, a three-wire strip line. A ferrite ring is installed at the end of the rectangular groove, which touches the outer circumference of the generatrix of the slit line, while the length of the rectilinear section of the slit line is chosen at least the outer diameter of the ferrite ring. It has a significant drawback associated with large overall dimensions (the length of the horn significantly exceeds the dimensions at the aperture).

Известна «Рупорная антенна» (см. Пат. RU №2250542, МПК7 H01Q 13/02, опубл. 20.04.2005 г.). Она содержит прямоугольный рупор, торец которого закрыт металлической заглушкой, три металлических гребня специальной формы, подключенных между собой. Антенна обеспечивает прием и передачу сигналов в широкой полосе частот с высоким уровнем согласования и линейной фазочастотной характеристикой. Она имеет существенный недостаток, связанный с большими габаритными размерами (длина рупора значительно превышает размеры на раскрыве).Known "Horn antenna" (see Pat. RU No. 2250542, IPC7 H01Q 13/02, publ. 04/20/2005). It contains a rectangular horn, the end of which is closed with a metal plug, three metal ridges of a special shape connected to each other. The antenna provides reception and transmission of signals in a wide frequency band with a high level of coordination and a linear phase-frequency characteristic. It has a significant drawback associated with large overall dimensions (the length of the horn significantly exceeds the dimensions at the aperture).

Наиболее известной из них является широкополосная рупорно-полосковая антенна Вивальди [Э.И. Радиотехника сверхвысоких частот, г.Москва, №37, стр.7, 1980 г.], которая формируется искривленными кромками металлической фольги, нанесенной на одну сторону единой платы диэлектрической подложки, сходящихся к точке питания узкой полосковой возбуждающей щели, соответствующей точке наибольшей пространственной близости искривленных кромок металлической фольги друг к другу, и постепенно заостряющимися при удалении от этой точки, при этом первая часть рупора образуется путем постепенного расширения по экспоненциальному закону поперечного размера полоски проводника несимметричной линии и отгиба расширенного проводника вверх от центральной линии, вторая часть рупора образуется путем сужения плоского проводника экрана и отгиба его вниз от центральной линии.The most famous of them is the Vivaldi broadband horn-strip antenna [E.I. Ultra-high frequency radio engineering, Moscow, No. 37, p. 7, 1980], which is formed by the curved edges of a metal foil deposited on one side of a single dielectric substrate board, converging to the power point of a narrow strip excitation gap corresponding to the point of greatest spatial proximity the curved edges of the metal foil to each other, and gradually sharpening away from this point, while the first part of the horn is formed by gradual expansion according to the exponential law of the transverse p zmera strip conductor unbalanced line and bending the conductor extended upward from the center line, the second part of the horn is formed by a narrowing of the flat wire screen and bending it down from the center line.

Недостатками широкополосной рупорно-полосковой антенны Вивальди является ее значительный продольный размер - длина, максимальный размер раскрыва которой должна быть больше максимальной длины волны диапазона согласования, достигающий в низкочастотном диапазоне длин волн больших размеров, и при этом недостаточна механическая прочность конструкции рупорно-полосковой антенны, так как толщина диэлектрической подложки составляет 1-10% от длины волны, ориентировочно от 0,15 мм до 3 мм, и отсутствуют прочные элементы конструкции, особенно при увеличении ее длины при работе в низкочастотном диапазоне длин волн.The disadvantages of the Vivaldi broadband horn-strip antenna are its significant longitudinal size - the length, the maximum opening size of which should be greater than the maximum wavelength of the matching range, reaching large sizes in the low-frequency wavelength range, and the mechanical strength of the horn-strip antenna design is insufficient as the thickness of the dielectric substrate is 1-10% of the wavelength, approximately from 0.15 mm to 3 mm, and there are no durable structural elements, especially when elichenii its length when working in a low frequency range of wavelengths.

Известна широкополосная рупорно-полосковая антенна [F.Lalezari and others, Broadband notch antenna, US Patent 4,843,403, Jun. 27, 1989], a именно, ее изогнутый вариант, которая выбрана в качестве прототипа.Known broadband horn-strip antenna [F. Lalezari and others, Broadband notch antenna, US Patent 4,843,403, Jun. 27, 1989], namely, its curved version, which is selected as a prototype.

Широкополосная рупорно-полосковая антенна, выбранная в качестве прототипа, состоит из двух связанных друг с другом полосковых рупоров, каждый из которых образован смежными, расположенными раздельно, искривленными кромками металлической фольги, нанесенной на одну сторону единой платы диэлектрической подложки, сходящихся к точке питания узкой полосковой возбуждающей щели, соответствующей точке наибольшей пространственной близости искривленных кромок металлической фольги друг к другу, и постепенно заостряющимися при удалении от этой точки.The broadband horn-strip antenna selected as a prototype consists of two strip horn connected to each other, each of which is formed by adjacent, spaced apart, curved edges of a metal foil deposited on one side of a single dielectric substrate board, converging to a narrow strip power point exciting gap corresponding to the point of greatest spatial proximity of the curved edges of the metal foil to each other, and gradually sharpening with distance from this points.

Узкая полосковая возбуждающая щель рупоров возбуждается нанесенной на другую сторону диэлектрической подложки ортогонально узкой полосковой возбуждающей щели, узкой полоской несимметричной полосковой линии из металлической фольги, присоединенной к центральному проводу коаксиального разъема, закрепленному внешним коаксиальным корпусом на металлической фольге одного из рупоров.A narrow strip horn excitation gap is excited by an orthogonally narrow strip excitation gap deposited on the other side of the dielectric substrate, a narrow strip of an asymmetric strip line of metal foil attached to the central wire of the coaxial connector, fixed by an external coaxial housing to the metal foil of one of the horns.

Диэлектрическая подложка вместе с нанесенной на ней металлической фольгой изогнута так, что плоскости двух полосковых рупоров располагаются пространственно параллельно друг другу, при этом слой металлической фольги, формирующий излучающие структуры обоих рупоров, располагается с наружной стороны поверхности диэлектрической подложки.The dielectric substrate, together with the metal foil deposited on it, is bent so that the planes of the two strip horns are spatially parallel to each other, while the layer of metal foil forming the radiating structures of both horns is located on the outside of the surface of the dielectric substrate.

Такое конструктивное выполнение антенны, принято исходя из удобства доступа при работе с коаксиальным разъемом.Such a design of the antenna, taken on the basis of ease of access when working with a coaxial connector.

К основным недостаткам прототипа относятся: 1) большая длина основного конструктивного элемента антенны - полоскового рупора от возбуждающей щели до раскрыва при работе в широком диапазоне частот, особенно при необходимости работы в области низких частот, когда требуется большой размер раскрыва рупорно-полосковой антенны; 2) сравнительно высокий коэффициент стоячей волны напряжения КСВН≤3 на входе рупорно-полосковой антенны только в полосе частот, имеющей обычно коэффициент перекрытия не более, чем 9:1, что говорит о сравнительно небольшой полосе частот согласования. Кроме того, недостаточна механическая прочность рупорно-полосковой антенны, так как отсутствуют прочные элементы конструкции.The main disadvantages of the prototype include: 1) the large length of the main structural element of the antenna is a strip horn from the exciting slit to the aperture when working in a wide frequency range, especially if it is necessary to work in the low frequency region when a large aperture of the horn-strip antenna is required; 2) a relatively high coefficient of the standing wave of the voltage VSWR≤3 at the input of the horn-strip antenna only in the frequency band, which usually has an overlap factor of not more than 9: 1, which indicates a relatively small matching frequency band. In addition, the mechanical strength of the horn-strip antenna is insufficient, since there are no durable structural elements.

Все указанные недостатки особенно актуальны при размещении аппаратуры на летательных аппаратах, имеющих значительные ограничения по габаритам и прочности.All these disadvantages are especially relevant when placing equipment on aircraft, which have significant limitations in size and strength.

Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в создании сверхширокополосной антенны, имеющей малую длину полоскового рупора при работе в широком диапазоне частот, расширенную полосу частот согласования и большую механическую прочность конструкции.The problem to which the claimed utility model is directed is to create an ultra-wideband antenna having a short strip horn when operating in a wide frequency range, an expanded matching frequency band, and greater mechanical strength of the structure.

Технический результат - уменьшение длины полоскового рупора при работе в широком диапазоне частот, а также расширение полосы частот согласования, за счет конструктивного объединения для совместного комплексного использования двух типов излучателей - полосковых рупоров и дипольных излучателей, эффективно работающих каждый в своем диапазоне частот, соответственно на высоких и низких частотах.The technical result is a reduction in the length of the strip horn when operating in a wide frequency range, as well as the expansion of the matching frequency band, due to the constructive combination for the joint integrated use of two types of emitters - strip horns and dipole emitters, each operating effectively in its own frequency range, respectively, at high and low frequencies.

Дополнительным техническим результатом является обеспечение большой механической прочности конструкции за счет использовании в конструкции антенны двух жестких дипольных излучателей, выполненных в виде объемных металлических тел определенной формы, например, клиновидной, и размеров, помещенных между плоскостями двух, располагающихся параллельно друг другу, полосковых рупоров на поверхностях первой и второй частей диэлектрической подложки, и стягивающих все элементы в единую жесткую конструкции всего объема антенны.An additional technical result is the provision of high mechanical strength of the structure due to the use of two rigid dipole emitters in the antenna structure made in the form of volumetric metal bodies of a certain shape, for example, wedge-shaped, and sizes placed between the planes of two strip horns on the surfaces the first and second parts of the dielectric substrate, and pulling all the elements together into a single rigid structure of the entire antenna volume.

Сущность полезной модели заключается в следующем.The essence of the utility model is as follows.

Сверхширокополосная антенна, содержащая два полосковых рупора, образованных искривленными расширяющимися кромками металлической фольги, нанесенной на диэлектрическую подложку, и подключенных к возбуждающей узкой полосковой щели, возбуждаемой несимметричной полосковой линией, присоединенной к коаксиальному разъему.An ultra-wideband antenna containing two strip horns formed by curved expanding edges of a metal foil deposited on a dielectric substrate and connected to an exciting narrow strip gap excited by an asymmetric strip line connected to a coaxial connector.

По отношению к прототипу отличающаяся тем, что диэлектрическая подложка разделена на три части, на первой и второй частях диэлектрической подложки, расположенных параллельно друг другу, размещены соответствующие полосковые рупоры, образованные расширяющимися кромками металлической фольги, нанесенной на внутренние поверхности первой и второй частей диэлектрической подложки, при этом между первой и второй частями диэлектрической подложки установлены первый и второй дипольные излучатели в виде объемных металлических тел определенной формы, например, клиновидной, и размеров, гальванически соединенные с металлической фольгой, образующей полосковые рупоры, при этом на внешней стороне третьей части подложки в металлической фольге выполнена узкая полосковая щель, а на внутренней стороне выполнена несимметричная полосковая линия, один край которой подключен проходным контактом к первой кромке узкой полосковой щели, а второй край подключен к центральному проводнику коаксиального разъема, корпус которого соединен с второй кромкой узкой полосковой щели, и при этом каждая кромка узкой полосковой щели с помощью металлических перемычек подключается к соответствующим узким частям полосковых рупоров.In relation to the prototype, characterized in that the dielectric substrate is divided into three parts, on the first and second parts of the dielectric substrate located parallel to each other, there are corresponding strip horns formed by the expanding edges of the metal foil deposited on the inner surfaces of the first and second parts of the dielectric substrate, between the first and second parts of the dielectric substrate, the first and second dipole emitters in the form of volumetric metal bodies of a certain for example, wedge-shaped, and sizes galvanically connected to a metal foil forming strip horns, while on the outside of the third part of the substrate a narrow strip gap is made in the metal foil, and an asymmetrical strip line is made on the inside, one edge of which is connected through a contact to the first edge of the narrow strip gap, and the second edge is connected to the Central conductor of the coaxial connector, the housing of which is connected to the second edge of the narrow strip gap, and each the edge of a narrow strip gap with the help of metal jumpers is connected to the corresponding narrow parts of the strip horns.

При этом дипольные излучатели, устанавливаемые между первой и второй частями диэлектрической подложки, имеют в проекции, например, клиновидную форму.In this case, dipole emitters installed between the first and second parts of the dielectric substrate have, for example, a wedge-shaped projection.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображено сечение А-А вида сбоку на сверхширокополосную антенну, в которой первый и второй дипольные излучатели имеют клиновидную форму, где:Figure 1 shows a section aa of a side view of an ultra-wideband antenna in which the first and second dipole emitters are wedge-shaped, where:

1 - первая часть диэлектрической подложки,1 - the first part of the dielectric substrate,

2 - первая часть металлической фольги, расположенной на первой 1 части диэлектрической подложки,2 - the first part of the metal foil located on the first 1 part of the dielectric substrate,

3 - вторая часть металлической фольги, расположенной на первой 1 части диэлектрической подложки,3 - the second part of the metal foil located on the first 1 part of the dielectric substrate,

4 - первая и вторая искривленные кромки металлической фольги образующие первый полосковой рупор,4 - the first and second curved edges of the metal foil forming the first strip horn,

5 и 6 - первый и второй дипольные излучатели соответственно,5 and 6 - the first and second dipole emitters, respectively,

7 - третья часть диэлектрической подложки,7 - the third part of the dielectric substrate,

8 - первая часть металлической фольги, образующая верхнюю кромку возбуждающей щели,8 - the first part of the metal foil forming the upper edge of the exciting gap,

9 - вторая часть металлической фольги, образующая нижнюю кромку возбуждающей щели,9 - the second part of the metal foil, forming the lower edge of the exciting gap,

10 - возбуждающая щель,10 - exciting gap,

11 - несимметричная полосковая линия,11 - asymmetric strip line,

12 - металлические перемычки,12 - metal jumpers,

13 - коаксиальный разъем;13 - coaxial connector;

На фиг.2 изображен вид В с торца сверхширокополосной антенны, где - 14 - вторая часть диэлектрической подложки.Figure 2 shows a view from the end of an ultra-wideband antenna, where - 14 is the second part of the dielectric substrate.

На фиг.3 изображен вид спереди по стрелке С сверхширокополосной антенны, где:Figure 3 shows a front view along arrow C of an ultra-wideband antenna, where:

15 - первая часть металлической фольги, расположенной на второй 14 части диэлектрической подложки,15 - the first part of the metal foil located on the second 14 parts of the dielectric substrate,

16 - вторая часть металлической фольги, расположенной на второй 14 части диэлектрической подложки,16 - the second part of the metal foil located on the second 14 part of the dielectric substrate,

17 - центральный проводник коаксиального разъема 13,17 - the Central conductor of the coaxial connector 13,

18 - проходной контакт соединения несимметричной полосковой линии 11 с первой кромкой возбуждающей щели 10.18 is a contact passage of the connection of the asymmetric strip line 11 with the first edge of the exciting gap 10.

На фиг.4 изображена кривая КСВН на входе сверхширокополосной антенны, показанной на фиг.1, в диапазоне частот от 2 до 30 ГГц.Figure 4 shows the VSWR curve at the input of the ultra-wideband antenna shown in figure 1, in the frequency range from 2 to 30 GHz.

Конструкция предложенной сверхширокополосной антенны выполнена следующим образом.The design of the proposed ultra-wideband antenna is as follows.

Диэлектрическая подложка сверхширокополосной антенны содержит три части. Каждая часть диэлектрической подложки выполнена в виде прямоугольников, размеры сторон которых определяются рабочими частотами, и металлизированы с одной стороны определенным образом.The dielectric substrate of an ultra-wideband antenna contains three parts. Each part of the dielectric substrate is made in the form of rectangles, the sizes of the sides of which are determined by the operating frequencies, and are metallized on one side in a certain way.

Сверхширокополосная антенна может быть выполнена из типовых радиотехнических материалов, применяемых в малогабаритных элементах антенной техники СВЧ.An ultra-wideband antenna can be made of typical radio engineering materials used in small-sized elements of microwave antenna technology.

Материал диэлектрической подложки является традиционным листовым материалом, использующимся в СВЧ диапазоне волн с тангенсом угла диэлектрических потерь не более 0,01 и диэлектрической проницаемостью от 2 до 10. Толщина каждой части диэлектрической подложки составляет 1-10% от длины волны, ориентировочно от 0,15 мм до 3 мм и не обладает необходимой прочностью при больших перегрузках, что особенно актуально при размещении аппаратуры на летательных аппаратах.The material of the dielectric substrate is a traditional sheet material used in the microwave range of the waves with a dielectric loss tangent of not more than 0.01 and a dielectric constant of 2 to 10. The thickness of each part of the dielectric substrate is 1-10% of the wavelength, approximately 0.15 mm to 3 mm and does not have the necessary strength at high overloads, which is especially true when placing equipment on aircraft.

Металлизация металлической фольгой всех необходимых токонесущих частей диэлектрической подложки может быть выполнена из металла высокой проводимости - меди, алюминия, или латуни. На металлизированные стороны частей диэлектрической подложки могут быть нанесены защитные покрытия, например радиопрозрачные маски, или напыления из серебра, или напыления из никеля, которые, в свою очередь, при необходимости защиты от воздействия влаги и агрессивных сред покрыты тонким слоем защитного лака.Metallization with metal foil of all necessary current-carrying parts of the dielectric substrate can be made of high conductivity metal - copper, aluminum, or brass. Protective coatings can be applied to the metallized sides of the parts of the dielectric substrate, for example, radiolucent masks, or silver spraying, or nickel spraying, which, in turn, if necessary, is protected from moisture and aggressive environments by a thin layer of protective varnish.

Ширина и длина первой 1 и второй 14 частей диэлектрической подложки определяется максимальной длиной волны рупорного излучателя и ориентировочно ширина равна максимальной длине волны рабочего диапазона рупорного излучателя, а длина равна 0,85 максимальной длины волны рабочего диапазона рупорного излучателяThe width and length of the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate is determined by the maximum wavelength of the horn emitter and approximately the width is equal to the maximum wavelength of the working range of the horn emitter, and the length is 0.85 of the maximum wavelength of the working range of the horn emitter

Ширина третьей части 7 диэлектрической подложки равна толщине прямоугольных вкладышей, величина которой должна быть меньше половины минимальной длины волны рабочего диапазона антенны. Длина третьей части 7 диэлектрической подложки равна ширине первой 1 и второй 14 частей диэлектрической подложкиThe width of the third part 7 of the dielectric substrate is equal to the thickness of the rectangular liners, the value of which should be less than half the minimum wavelength of the working range of the antenna. The length of the third part 7 of the dielectric substrate is equal to the width of the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate

На поверхности каждой части диэлектрической подложки расположены необходимые элементы конструкции антенны, которые затем при сборке формируют результирующую общую конструкцию антенны.On the surface of each part of the dielectric substrate are the necessary elements of the antenna structure, which then during assembly form the resulting overall antenna structure.

Первая 1 и вторая 14 части диэлектрической подложки, на которых сформированы кромками металлической фольги полосковые рупоры, имеют одинаковую конструкцию, зеркальную относительно продольной оси симметрии полосковых рупоров.The first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate, on which the strip horns are formed by the edges of the metal foil, have the same structure, mirror-like relative to the longitudinal axis of symmetry of the strip horns.

Первая 1 и вторая 14 части диэлектрической подложки располагаются в пространстве параллельно друг другу так, что поверхности металлической фольги обращены внутрь конструкции антенны и ориентированы металлизированными поверхностями друг к другу. При сборке объединенной конструкции сверхширокополосной антенны первая 1 и вторая 14 части диэлектрической подложки должны быть установлены точно напротив относительно друг друга. Расстояние между первой 1 и второй 14 частями диэлектрической подложки должно быть такой величины, чтобы обеспечить синфазное сложение волн на выходах обоих полосковых рупоров. Использование двух полосковых рупоров позволяет при малой электрической прочности каждого повысить результирующие излучаемую мощность и коэффициент направленного действия сверхширокополосной антенны.The first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate are arranged in space parallel to each other so that the surface of the metal foil faces the inside of the antenna structure and is oriented by the metallized surfaces to each other. When assembling the integrated design of an ultra-wideband antenna, the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate must be installed exactly opposite to each other. The distance between the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate should be such a value as to ensure in-phase wave addition at the outputs of both strip horns. The use of two strip horns allows for a low electric strength of each to increase the resulting radiated power and the coefficient of directional action of an ultra-wideband antenna.

Третья часть 7 диэлектрической подложки, на которой кромки металлической фольги формируют узкую возбуждающая щель 10, возбуждающую два полосковых рупора, имеет продольную и поперечную оси симметрии, пересекающиеся в центре узкой возбуждающей щели 10, и при сборке общей конструкции сверхширокополосной антенны ориентирована так, что поверхность фольги, на которой сформирована возбуждающая щель 10, находится на внешней стороне конструкции сверхширокополосной антенны.The third part 7 of the dielectric substrate, on which the edges of the metal foil form a narrow exciting gap 10, exciting two strip horn, has a longitudinal and transverse axis of symmetry intersecting in the center of the narrow exciting gap 10, and when assembling the overall design of the ultra-wideband antenna, it is oriented so that the foil surface on which the driving gap 10 is formed is located on the outside of the ultra-wideband antenna structure.

Ширина пространственного зазора между кромками металлической фольги, формирующей узкую возбуждающую щель 10, равна расстоянию между краями кромки металлической фольги полосковых рупоров в начале щелевой линии полосковых рупоров первой 1 и второй 14 частей диэлектрической подложки, и определяется требуемой величиной волнового сопротивления сверхширокополосной антенны.The width of the spatial gap between the edges of the metal foil forming a narrow exciting gap 10 is equal to the distance between the edges of the edges of the metal foil of the strip horns at the beginning of the slit line of the strip horns of the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate, and is determined by the required value of the wave impedance of the ultra-wideband antenna.

Для обеспечения хорошего гальванического контакта поверхности металлической фольги, образующей узкую возбуждающую щель 10 на третьей 7 части диэлектрической подложки, с металлической фольгой соответствующих участков поверхностей металлической фольги полосковых рупоров на первой 1 и второй 14 частях диэлектрической подложки, по краям пластин диэлектрических подложек применяются металлические перемычки 12 из металлической (медной) фольги, припаиваемые в двух-трех местах на каждой стороне в соответствующих местах к сопредельным поверхностям металлической фольги на первой 1, второй 14 и третьей 7 частях диэлектрической подложки.To ensure good galvanic contact of the surface of the metal foil forming a narrow exciting gap 10 on the third 7 parts of the dielectric substrate, with the metal foil of the corresponding surface sections of the metal foil of the strip horns on the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate, metal jumpers 12 are used along the edges of the plates of the dielectric substrates made of metal (copper) foil soldered in two or three places on each side in appropriate places to adjacent surfaces metal foil on the first 1, second 14 and third 7 parts of the dielectric substrate.

Ширина сверхширокополосной антенны приблизительно в два раза больше длины первой 1 и второй 14 частей диэлектрической подложки и составляет приблизительно 0,3 максимальной длины волны рабочего диапазона антенны.The width of the ultra-wideband antenna is approximately two times the length of the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate and is approximately 0.3 of the maximum wavelength of the antenna operating range.

На поверхности первой 1 части диэлектрической подложки (фиг.1) сформированы методами фотолитографии верхняя часть металлической фольги 2 и нижняя часть металлической фольги 3, которые своими верхней и нижней кромками 4 образуют первый полосковый рупор за счет постепенного расширения расстояния между кромками 4 от узкой щели на входе рупора до раскрыва рупора, определяющего ширину прямоугольной первой 1 части диэлектрической подложки.On the surface of the first 1 part of the dielectric substrate (Fig. 1), the upper part of the metal foil 2 and the lower part of the metal foil 3 are formed by photolithography methods, which form their first and lower edges 4 with the first strip horn due to the gradual expansion of the distance between the edges 4 from the narrow gap on the mouth of the horn to the opening of the horn, which determines the width of the rectangular first 1 part of the dielectric substrate.

Точно такой же второй полосковый рупор формируется на второй 14 части диэлектрической подложки (см. фиг.2) из кромок первой части металлической фольги 15 и второй части металлической фольги 16 (фиг.3).The exact same second strip horn is formed on the second 14 part of the dielectric substrate (see FIG. 2) from the edges of the first part of the metal foil 15 and the second part of the metal foil 16 (FIG. 3).

Первая 1 и вторая 14 части диэлектрических подложек со сформированными на них соответствующими полосковыми рупорами, образованными соответственно кромками первой 2 и второй 3 частями фольги на первой 1 части диэлектрической подложки, а также соответственно кромками первой 15 и второй 16 частями фольги на второй 14 части диэлектрической подложки, соединяются двумя одинаковыми по форме первым 5 и вторым 6 дипольными излучателями в виде объемных металлических тел определенной формы, например, клиновидной, и размеров (фиг.1 и фиг.3). Для уменьшения массы первый 5 и второй 6 дипольные излучатели можно выполнить полыми.The first 1 and second 14 parts of the dielectric substrates with the corresponding strip horns formed on them, formed respectively by the edges of the first 2 and second 3 parts of the foil on the first 1 part of the dielectric substrate, and also by the edges of the first 15 and second 16 parts of the foil on the second 14 parts of the dielectric substrate are connected by two identical in shape first 5 and second 6 dipole emitters in the form of volumetric metal bodies of a certain shape, for example, wedge-shaped, and sizes (Fig. 1 and Fig. 3). To reduce the mass, the first 5 and second 6 dipole emitters can be hollow.

Боковые поверхности прямоугольных дипольных излучателей 5 и 6 должны быть выполнены с высоким классом точности, механически плотно присоединены, например, пайкой либо винтами или с помощью специального клея, и гальванически соединены с металлической фольгой соответствующих участков поверхностей металлической фольги полосковых рупоров на первой 1 и второй 14 частях диэлектрической подложки.The lateral surfaces of rectangular dipole emitters 5 and 6 must be made with a high accuracy class, mechanically tightly connected, for example, by soldering or with screws or using special glue, and galvanically connected to the metal foil of the corresponding sections of the surface of the metal foil of the strip horns on the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate.

В теле дипольных излучателях 5 и 6, в необходимом случае, могут быть выполнены сквозные отверстия для винтов, фиксирующих их точное взаимное расположение относительно каждой из частей 1, 7 и 14 диэлектрической подложки при сборке.Through the body of the dipole emitters 5 and 6, if necessary, through holes can be made for screws fixing their exact relative position relative to each of the parts 1, 7 and 14 of the dielectric substrate during assembly.

К третьей 7 части диэлектрической подложки нижняя часть дипольных излучателей 5 и 6 присоединяется непосредственно к поверхности диэлектрической подложки без гальванической связи, только механически либо винтами или с помощью специального клея.To the third part 7 of the dielectric substrate, the lower part of the dipole emitters 5 and 6 is attached directly to the surface of the dielectric substrate without galvanic coupling, only mechanically, either with screws or with a special glue.

Третья 7 часть диэлектрической подложки первой частью металлической фольги 8 и второй частью металлической фольги 9 смежными кромками образуют узкую возбуждающую щель 10 (фиг.1 и фиг.2), которая соединяется электрически с полосковыми рупорами первой 1 и второй 14 частей диэлектрической подложки со стороны входных узких щелей соответствующих полосковых рупоров.The third 7 part of the dielectric substrate, the first part of the metal foil 8 and the second part of the metal foil 9 adjacent edges form a narrow exciting gap 10 (figure 1 and figure 2), which is connected electrically with strip horns of the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate from the input side narrow slots of the corresponding strip horns.

При этом первая 8 часть металлической фольги третьей 7 части диэлектрической подложки соединяется пайкой соответствующих перемычек 12 к верхним частям металлической фольги 2 и 15, расположенным соответственно на первой 1 и второй 14 частях диэлектрической подложки, а вторая часть металлической фольги 9 третьей 7 части диэлектрической подложки соединяется пайкой соответствующих металлических перемычек 12 ко вторым частям металлической фольги 3 и 16, расположенным, соответственно, на первой 1 и второй 14 частях диэлектрической подложки.In this case, the first 8 part of the metal foil of the third 7 part of the dielectric substrate is connected by soldering the corresponding jumpers 12 to the upper parts of the metal foil 2 and 15 located respectively on the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate, and the second part of the metal foil 9 of the third 7 part of the dielectric substrate is connected by soldering the corresponding metal jumpers 12 to the second parts of the metal foil 3 and 16, located, respectively, on the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate.

На обратной стороне третьей части 7 диэлектрической подложки, ортогонально узкой возбуждающей щели 10, нанесена узкая полоска несимметричной полосковой линии 11.On the reverse side of the third part 7 of the dielectric substrate, orthogonally to a narrow exciting gap 10, a narrow strip of an asymmetric strip line 11 is applied.

Несимметричная полосковая линия 11 с одного края гальванически соединена с центральным проводником 17 (фиг 3) коаксиального разъема 13, а с другого края гальванически соединена проходным контактом 18 (фиг.2 и фиг 3) (например, металлизированным отверстием, изготовленным с возможностью гальванического соединения с металлизированными сторонами третьей 7 части диэлектрической подложки) с первой 8 частью металлической фольги третей 7 части диэлектрической подложки, образующей первую кромку узкой возбуждающей щели 10, при этом корпус коаксиального разъема 13 соединяется с металлизацией второй 9 части металлической фольги третей 7 части диэлектрической подложки, образующей вторую кромку узкой возбуждающей щели 10. В результате формируется линия питания сверхширокополосной антенны.An asymmetrical strip line 11 is galvanically connected from one end to the central conductor 17 (FIG. 3) of the coaxial connector 13, and galvanically connected from the other end to a feed-through contact 18 (FIG. 2 and FIG. 3) (for example, a metallized hole made with the possibility of galvanic connection with metallized sides of the third 7 part of the dielectric substrate) with the first 8 part of the metal foil of the third 7 part of the dielectric substrate forming the first edge of the narrow exciting gap 10, while the housing is coaxial of the connector 13 is connected to the metallization of the second 9 part of the metal foil of the third 7 part of the dielectric substrate forming the second edge of the narrow exciting gap 10. As a result, the power line of the ultra-wideband antenna is formed.

Сверхширокополосная антенна работает следующим образом.Ultra-wideband antenna operates as follows.

При поступлении на входной коаксиальный разъем 13 (в режиме излучения) электромагнитного колебания, токи сверхвысокой частоты, распространяясь по несимметричной полосковой линии 11, возбуждают электромагнитные колебания в возбуждающей щели 10. Эти колебания с помощью перемычек 12 возбуждают электромагнитные колебания в двух полосковых рупорах, образованных кромками верхних 2 и 15, а также нижними 3 и 16 частями металлической фольги, размещенными на первой 1 и второй 14 частях диэлектрической подложки.Upon receipt of electromagnetic oscillation at the input coaxial connector 13 (in the radiation mode), microwave currents propagating along the asymmetric strip line 11 excite electromagnetic oscillations in the excitation gap 10. These oscillations excite electromagnetic oscillations in the two strip horns formed by the edges with jumpers 12 the upper 2 and 15, as well as the lower 3 and 16 parts of the metal foil placed on the first 1 and second 14 parts of the dielectric substrate.

Кроме этого, вследствие наличия гальванического контакта между первыми частями металлической фольги 2 и 15 и прямоугольным металлическим первым дипольным излучателем 5, а также между вторыми частями металлической фольги 3 и 16 и металлическим вторым дипольным излучателем 6 возбуждаются сверхвысокочастотные токи на поверхностях обоих металлических дипольных излучателях 5 и 6. Металлические дипольные излучатели 5 и 6 являются вибраторными излучателями и в совокупности образуют вибраторную антенну, питаемую через узкую щель 10, образованную металлической фольгой 8 и 9 третьей части диэлектрической подложки 7. Направление излучения вибраторной антенны из металлических дипольных излучателей 5 и 6 перпендикулярно ее оси и совпадает с направлением излучения полосковых рупоров.In addition, due to the presence of galvanic contact between the first parts of the metal foil 2 and 15 and the rectangular metal first dipole emitter 5, as well as between the second parts of the metal foil 3 and 16 and the metal second dipole emitter 6, microwave frequencies are excited on the surfaces of both metal dipole emitters 5 and 6. The metal dipole emitters 5 and 6 are vibrator emitters and together form a vibrator antenna, fed through a narrow slot 10 formed by etallicheskoy foil 8 and 9, the third portion of the dielectric substrate 7. dipole antenna radiation direction of the metal dipole radiators 5 and 6 perpendicular to its axis and coincides with the direction of radiation strip horns.

Электромагнитные колебания, возбужденные в полосковых рупорах и распространяющиеся вдоль щели между проводящими поверхностями металлической фольги, а также сверхвысокочастотные токи на поверхностях первого 5 и второго 6 дипольных излучателей, создают поперечную электромагнитную волну, излучаемую в свободное пространство.Electromagnetic vibrations excited in strip horns and propagating along the gap between the conductive surfaces of the metal foil, as well as microwave currents on the surfaces of the first 5 and second 6 dipole emitters, create a transverse electromagnetic wave emitted into free space.

В результате в сверхширокополосной антенне на высоких рабочих частотах преобладает излучение из полосковых рупоров, а на нижних рабочих частотах преобладает вибраторное излучение дипольных излучателей 5 и 6.As a result, radiation from strip horns predominates in the ultra-wideband antenna at high operating frequencies, and at the lower working frequencies the vibratory radiation of dipole emitters 5 and 6 predominates.

Размеры полосковых рупоров уменьшены на 40% по сравнению с расчетными размерами у прототипа за счет того, что максимальная длина волны рабочего диапазона дипольных излучателей приблизительно в три раза больше длины дипольного излучателя, в то время как максимальная длина волны рабочего диапазона полоскового рупора всего в два раза превышает длину раскрыва полоскового рупора.The sizes of the strip horns are reduced by 40% compared with the design dimensions of the prototype due to the fact that the maximum wavelength of the operating range of dipole emitters is approximately three times the length of the dipole emitter, while the maximum wavelength of the operating range of the strip horn is only two times exceeds the opening length of the strip horn.

Результирующая полоса частот сверхширокополосной антенны расширяется, так как рупорная антенна перекрывает полосу частот 9:1, а сверхширокополосный дипольный излучатель может перекрыть полосу частот приблизительно 7:1. Поскольку полосы частот рупорной антенны и дипольных излучателей частично перекрываются, то удается перекрыть суммарную полосу частот 15:1 с меньшим КСВН в полосе согласования.The resulting frequency band of the ultra-wideband antenna expands as the horn antenna covers the 9: 1 frequency band, and the ultra-wide dipole emitter can cover the approximately 7: 1 frequency band. Since the frequency bands of the horn antenna and dipole emitters partially overlap, it is possible to overlap the total frequency band of 15: 1 with a smaller VSWR in the matching band.

Прочность конструкции сверхширокополосной антенны увеличивают два жестких дипольных излучателя, выполненных в виде объемных металлических тел определенной формы, например, клиновидной, и размеров, помещенных между плоскостями двух, располагающихся параллельно друг другу, полосковых рупоров на поверхностях первой и второй частей диэлектрической подложки, и стягивающих все элементы в единую жесткую конструкции всего объема антенны.The construction strength of an ultra-wideband antenna is increased by two rigid dipole emitters made in the form of volumetric metal bodies of a certain shape, for example, wedge-shaped, and sizes placed between the planes of two strip horns located parallel to each other on the surfaces of the first and second parts of the dielectric substrate, and pulling together elements into a single rigid structure of the entire antenna volume.

На фиг.4 изображена кривая КСВН на входе сверхширокополосной антенны, конструкция которой показана на фиг.1, в диапазоне частот от 2 до 30 ГГц, полученная в результате электродинамического моделирования на ЭВМ сверхширокополосной антенны с размерами: 46,9×19×3,6 мм. Этот график показывает широкую полосу рабочих частот, в которой сохраняется хорошее согласование.Figure 4 shows the VSWR curve at the input of an ultra-wideband antenna, the design of which is shown in figure 1, in the frequency range from 2 to 30 GHz, obtained as a result of electrodynamic modeling on a computer of an ultra-wideband antenna with dimensions: 46.9 × 19 × 3.6 mm This graph shows a wide band of operating frequencies in which good agreement is maintained.

Таким образом, уменьшив длину полосковых рупоров, удается одновременно существенно, почти в 1,7 раза, расширить полосу рабочих частот, в которой сохраняется хорошее согласование. При этом КСВН удается уменьшить до величины не более 2,2.Thus, reducing the length of the strip horns, it is possible at the same time significantly, almost 1.7 times, to expand the band of operating frequencies, in which good agreement is maintained. In this case, the VSWR can be reduced to a value of no more than 2.2.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет обеспечить согласование сверхширокополосной антенны с питающим фидером в полосе рабочих частот в 1,5 раз большей, чем у прототипа, что позволяет применять ее в сверхширокополосных СВЧ трактах.Thus, the proposed technical solution allows for matching the ultra-wideband antenna with the feed feeder in the operating frequency band 1.5 times greater than that of the prototype, which allows it to be used in ultra-wideband microwave paths.

В результате введения в конструкцию сверхширокополосной антенны металлических дипольных излучателей почти в два раза по сравнению с прототипом уменьшена длина полосковых рупоров при одновременном увеличении полосы частот, в которой согласована сверхширокополосная антенна со значительно меньшим КСВН. Одновременно, введение двух жестких дипольных излучателей, выполненных в виде объемных металлических тел определенной формы, например, клиновидной, и размеров, помещенных между плоскостями двух, располагающихся параллельно друг другу, полосковых рупоров на поверхностях первой и второй частей диэлектрической подложки, и стягивающих все элементы в единую жесткую конструкции всего объема антенны, существенно увеличивает прочность конструкции сверхширокополосной антенны, что немаловажно при установке сверхширокополосной антенны на подвижные носители.As a result of introducing metal dipole emitters into the design of the ultra-wideband antenna, the length of the strip horns is almost halved compared with the prototype while increasing the frequency band in which the ultra-wideband antenna is matched with a significantly lower VSWR. At the same time, the introduction of two rigid dipole emitters made in the form of volumetric metal bodies of a certain shape, for example, wedge-shaped, and sizes placed between the planes of two strip parallel horns on the surfaces of the first and second parts of the dielectric substrate, and pulling together all the elements in a single rigid structure of the entire antenna volume significantly increases the structural strength of the ultra-wideband antenna, which is important when installing the ultra-wideband antenna on Vision Media.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2269187, МПК H01Q 1/38, H01Q 9/28, опубл. 27.01.2006 г.1. Patent RU No. 2269187, IPC H01Q 1/38, H01Q 9/28, publ. January 27, 2006

2. Пат. RU №2250542, МПК7 H01Q 13/02, опубл. 20.04.2005 г.2. Pat. RU No. 2250542, IPC7 H01Q 13/02, publ. 04/20/2005

3. Э.И. Радиотехника сверхвысоких частот, г.Москва, №37, стр.7, 1980 г.3. E.I. Ultra-high frequency radio engineering, Moscow, No. 37, p. 7, 1980

4. F.Lalezari and others, Broadband notch antenna, US Patent 4,843,403, Jun.27, 1989 г. - прототип.4. F. Lalezari and others, Broadband notch antenna, US Patent 4,843,403, Jun. 27, 1989 - prototype.

Claims (1)

Сверхширокополосная антенна, состоящая из двух полосковых рупоров, образованных искривленными расширяющимися кромками металлической фольги, нанесенной на диэлектрическую подложку, и подключенных к возбуждающей узкой полосковой щели, возбуждаемой несимметричной полосковой линией, присоединенной к коаксиальному разъему, отличающаяся тем, что диэлектрическая подложка разделена на три части, на первой и второй частях диэлектрической подложки, расположенных параллельно друг другу, размещены соответствующие полосковые рупоры, образованные расширяющимися кромками металлической фольги, нанесенной на внутренние поверхности первой и второй частей диэлектрической подложки, при этом между первой и второй частями диэлектрической подложки установлены первый и второй дипольные излучатели в виде объемных металлических тел определенной формы, например клиновидной, и размеров, гальванически соединенные с металлической фольгой, образующей полосковые рупоры, при этом на внешней стороне третьей части подложки в металлической фольге выполнена узкая полосковая щель, а на внутренней стороне выполнена несимметричная полосковая линия, один край которой подключен проходным контактом к одной кромке узкой полосковой щели, а второй край подключен к центральному проводнику коаксиального разъема, корпус которого соединен с другой кромкой узкой полосковой щели, и при этом каждая кромка узкой полосковой щели с помощью металлических перемычек подключается к соответствующим узким частям полосковых рупоров.

An ultrawideband antenna consisting of two strip horns formed by curved expanding edges of a metal foil deposited on a dielectric substrate and connected to an exciting narrow strip gap excited by an asymmetric strip line connected to a coaxial connector, characterized in that the dielectric substrate on the first and second parts of the dielectric substrate located parallel to each other, the corresponding strip horns are placed, forming They are formed by the expanding edges of a metal foil deposited on the inner surfaces of the first and second parts of the dielectric substrate, while the first and second dipole emitters are installed between the first and second parts of the dielectric substrate in the form of volumetric metal bodies of a certain shape, for example, wedge-shaped, and sizes galvanically connected to the metal a foil forming strip horn, while on the outside of the third part of the substrate in the metal foil a narrow strip gap is made, and on the inside An asymmetrical strip line is made on the back side, one edge of which is connected by a passage contact to one edge of a narrow strip gap, and the second edge is connected to the central conductor of the coaxial connector, the housing of which is connected to the other edge of a narrow strip gap, with each edge of a narrow strip gap using metal jumpers connected to the respective narrow parts of the strip horns.