RU192818U1

RU192818U1 - Printed Microwave Antenna

Info

Publication number: RU192818U1
Application number: RU2019119066U
Authority: RU
Inventors: Александр Алексеевич Головков; Александр Геннадиевич Журавлев; Виктор Николаевич Малышев; Олег Юрьевич Пивоваров; Полина Викторовна Терентьева
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2019-10-02

Abstract

Использование: для приема широкополосных радиосигналов либо множества узкополосных радиосигналов, распределенных в широкой полосе частот. Сущность полезной модели заключается в том, что печатная СВЧ антенна содержит диэлектрическую подложку, состоящую из двух слоев, два металлизированных симметричных относительно оси излучателя электрода, которые расположены на верхней стороне слоя диэлектрической подложки и формируют соосные двунаправленные щелевые излучатели, состоящие из отрезка однородной щелевой линии и экспоненциально расширяющейся щелевой линии, центральный проводник возбуждающей полосковой линии, соединенный с электродом под прямым углом, возбуждающий порт, два металлизированных электрода, расположенных на нижней стороне первого слоя подложки и совпадающих по форме с электродами, два металлизированных электрода, расположенных на верхней стороне второго слоя диэлектрической подложки, совпадающие по форме с парами электродов; и металлизированные отверстия связи, соединяющие края электродов, а также проходящие через оба слоя диэлектрической подложки, металлизированные отверстия связи, образующие боковые стенки возбуждающей полосковой линии и соединяющие внутренние края электродов, расположенных на верхней стороне первого слоя диэлектрической подложки, также проходящие через оба слоя диэлектрической подложки. Технический результат: обеспечение возможности увеличения коэффициента усиления. 2 ил.Usage: for receiving broadband radio signals or many narrow-band radio signals distributed in a wide frequency band. The essence of the utility model is that a printed microwave antenna contains a dielectric substrate consisting of two layers, two metallized electrodes symmetrical with respect to the axis of the emitter electrode, which are located on the upper side of the dielectric substrate layer and form coaxial bidirectional slot emitters consisting of a segment of a uniform slot line and an exponentially expanding slot line, the center conductor of the exciting strip line connected to the electrode at right angles, the exciting port, two metallized electrodes located on the lower side of the first layer of the substrate and matching in shape with the electrodes; two metallized electrodes located on the upper side of the second layer of the dielectric substrate, matching in shape with the pairs of electrodes; and metallized communication holes connecting the edges of the electrodes, as well as passing through both layers of the dielectric substrate, metallized communication holes forming the side walls of the exciting strip line and connecting the inner edges of the electrodes located on the upper side of the first layer of the dielectric substrate, also passing through both layers of the dielectric substrate . Effect: providing the possibility of increasing the gain. 2 ill.

Description

Заявляемая полезная модель относится к области радиотехники, в частности к СВЧ антеннам, и может быть использована в радиоприемных и радиопередающих устройствах систем радиолокации и связи, например Wi-Fi, для приема широкополосных радиосигналов либо множества узкополосных радиосигналов, распределенных в широкой полосе частот, например, в системах радиомониторинга, пассивной локации.The inventive utility model relates to the field of radio engineering, in particular to microwave antennas, and can be used in radio receivers and radio transmitting devices of radar and communication systems, for example Wi-Fi, for receiving broadband radio signals or many narrow-band radio signals distributed in a wide frequency band, for example, in radio monitoring systems, passive location.

Известно большое количество конструкций широкополосных антенн СВЧ диапазона. Из всех возможных конструкций простотой исполнения и широкими рабочими диапазонами частот отличаются печатные щелевые антенны. Такие антенны описаны во множестве источников, например, в журналах Antennas and Propagation 1994, v.42,N5, p.633; авторских свидетельствах СССР SU 1029280 А1 от 15.07.83, SU 1818647 A1 от 30.05.1993; патентах US 4879562 А 07.11.1989, WO 03030300А 10.04.2003; CN 207038705 23.02.2018; KR101826808 10.11.2016; российском патенте на устройство RU 2269187 от 27.01.2006 и патенте на полезную модель 184249 от 19.10.20018. Эти антенны имеют диэлектрическую подложку с металлизацией, в которой выполнен щелевой излучатель (излучатель Вивальди) в виде щелевой линии вначале с однородным участком с постоянным зазором, который далее расширяется по экспоненциальному закону Y=±0.125e^px, где Y-половинная ширина зазора щелевой линии, х-координата, совпадающая с продольной осью щелевой линии и имеющая точку отсчета от конца однородного участка щелевой линии, р - коэффициент определяющий широкополосность антенны. Как показано в работах Antennas and Propagation 1994, v. 42, N5, p. 633, Э.И. Радиотехника сверхвысоких частот, г. Москва. №37.1980, стр. 37 наибольшая широкополосность достигается при значении р≈8.4. Такое выполнение щелевой антенны делает ее потенциально сверхширокополосной. Дальнейшее увеличение широкополосности антенны Вивальди в низкочастотной части рабочего диапазона возможно за счет подключения к концам расширяющегося участка щелевой линии печатных симметричных вибраторов, как предлагается в патенте RU 2507648.A large number of designs of microwave broadband antennas are known. Of all the possible designs, printed slot antennas are distinguished by simplicity of execution and wide operating frequency ranges. Such antennas are described in many sources, for example, in the magazines Antennas and Propagation 1994, v.42, N5, p.633; USSR copyright certificates SU 1029280 A1 dated 07.15.83, SU 1818647 A1 dated 05.30.1993; U.S. Patents 4,897,562 A on November 7, 1989, WO 03030300A on April 10, 2003; CN 207038705 02/23/2018; KR101826808 11/10/2016; Russian patent for the device RU 2269187 from 01/27/2006 and a patent for utility model 184249 from 10/19/20018. These antennas have a dielectric substrate with metallization, in which a slot emitter (Vivaldi emitter) is made in the form of a slit line at the beginning with a homogeneous portion with a constant gap, which then exponentially expands Y = ± 0.125e ^px , where Y is the gap gap gap half width , x-coordinate, coinciding with the longitudinal axis of the slit line and having a reference point from the end of the homogeneous section of the slit line, p - coefficient determining the broadband antenna. As shown in Antennas and Propagation 1994, v. 42, N5, p. 633, E.I. Radio engineering of superhigh frequencies, Moscow. No. 37.1980, p. 37, the highest broadband is achieved with a value of p≈8.4. This embodiment of the slot antenna makes it potentially ultra-wideband. A further increase in the broadband of the Vivaldi antenna in the low-frequency part of the working range is possible by connecting printed symmetrical vibrators to the ends of the expanding section of the slotted line, as proposed in patent RU 2507648.

Все приведенные выше антенны в основном отличаются конструкцией излучателей и устройством возбуждения электромагнитной волны в щелевой линии. Это устройство должно выполнять функции согласования и симметрирования возбуждающего СВЧ радиосигнала в широкой полосе частот. Именно это устройство и определяет широкополосность антенны и потери в ней. Как правило, для возбуждения и симметрирования щелевой линии используют двусторонний переход щелевая линия - микрополосковая линия. Такое решение ограничивает рабочую полосу частот, т.к. по своей сути этот переход является резонансным. Более широкополосным является устройство согласования и симметрирования в виде одностороннего перехода щелевая линия - копланарная линия, однако, в этом случае в устройстве имеются потери сигнала в 3 дБ как в патенте RU 2269187.All of the above antennas are mainly distinguished by the design of the emitters and the device for exciting an electromagnetic wave in a slit line. This device should fulfill the functions of matching and balancing the exciting microwave radio signal in a wide frequency band. It is this device that determines the broadband of the antenna and the loss in it. As a rule, for the excitation and symmetrization of the slit line, a two-way junction line - microstrip line transition is used. This solution limits the working frequency band, because at its core, this transition is resonant. More broadband is the device matching and balancing in the form of a one-way junction gap line - coplanar line, however, in this case, the device has a signal loss of 3 dB as in patent RU 2269187.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является антенное устройство, описанное в патенте России на полезную модель 184249.The closest set of essential features to the claimed utility model is the antenna device described in the Russian patent for utility model 184249.

Известная печатная СВЧ антенна, содержит диэлектрическую подложку с нанесенной на верхней стороне металлизацией, в которой выполнен щелевой излучатель, состоящий из первого и второго симметричных электродов, образующих два соосных и противоположно направленных щелевых излучателя Вивальди, содержащих однородный участок щелевой линии с постоянным зазором и неоднородный участок, который далее расширяется по экспоненциальному закону, возбуждающую данный излучатель линию с Т-волной, центральный проводник которой проходит через осевой зазор упомянутого второго электрода щелевого излучателя и подключен под прямым углом к первому излучателю.The known printed microwave antenna contains a dielectric substrate with metallization deposited on the upper side, in which a slot emitter is made up of first and second symmetric electrodes forming two coaxial and oppositely directed slotted Vivaldi emitters containing a uniform portion of the slot line with a constant gap and a non-uniform portion which expands further according to the exponential law, exciting the given radiator line with the T-wave, the central conductor of which passes through the axial the aforementioned said second electrode of the slot emitter and is connected at right angles to the first emitter.

При подведении от источника СВЧ сигнала энергии к центральному проводнику копланарной линии, в ней возбуждается квази-Т волна, распространяющаяся вдоль щелей между центральным проводником копланарной линии и металлизацией верхнего слоя. Электрическое поле квази-Т волны направлено от (или «к» в зависимости от фазы сигнала) центрального проводника через зазоры в металлизации верхнего слоя. Половина энергии квази-Т волны, сосредоточенная, в основном, в электрическом поле первого зазора, возбуждает однородный участок щелевой линии первого излучателя и соединенную с ним далее первую щелевую линию с расширяющейся щелью и излучается в пространство, а вторая половина, сосредоточенная во втором зазоре, поступает во второй щелевой излучатель, возбуждает его и также излучается в пространство. Обе половины энергии излучаются в пространство в противоположных направлениях, где они складываются без потерь из-за идентичности излучателей и возбуждения щелевых линий в фазе. При этом в пространстве образуется близкая к круговой диаграмма направленности в азимутальной плоскости. Поскольку однородные отрезки щелевых линий обеих излучателей подключены к возбуждающей копланарной линии параллельно, а волновые сопротивления однородных участков щелевых линий излучателей, которые являются продолжением зазоров возбуждающей копланарной линии, выбраны в два раза большими, чем волновое сопротивление возбуждающей копланарной линии, то во входной цепи антенны отсутствуют отражения возбуждающего сигнала, и он без потерь излучается в пространство. Необходимое соотношение между волновыми сопротивлениями щелевых и копланарной линий достигается подбором ширины центрального проводника возбуждающей копланарной линии и толщины подложки.When the energy signal is supplied from the source of the microwave signal to the central conductor of the coplanar line, a quasi-T wave is excited in it, propagating along the slots between the central conductor of the coplanar line and the metallization of the upper layer. The electric field of the quasi-T wave is directed from (or “k” depending on the phase of the signal) of the central conductor through the gaps in the metallization of the upper layer. Half of the energy of the quasi-T wave, concentrated mainly in the electric field of the first gap, excites a homogeneous section of the slit line of the first radiator and the first slit line connected to it with an expanding slit and radiates into space, and the second half, concentrated in the second gap, enters the second slot emitter, excites it and is also radiated into space. Both halves of the energy are emitted into space in opposite directions, where they add up without loss due to the identity of the emitters and the excitation of the slit lines in the phase. At the same time, a close to circular radiation pattern in the azimuthal plane is formed in space. Since the homogeneous segments of the slit lines of both emitters are connected in parallel to the exciting coplanar line, and the wave resistances of the homogeneous sections of the slit lines of the emitters, which are a continuation of the gaps of the exciting coplanar line, are twice as large as the wave resistance of the exciting coplanar line, there are no antennas in the input circuit reflection of the exciting signal, and it is radiated into space without loss. The necessary ratio between the wave resistances of the slit and coplanar lines is achieved by selecting the width of the central conductor of the exciting coplanar line and the thickness of the substrate.

Ключевым недостатком описанного антенного устройства является то, что зазоры возбуждающей копланарной линии также излучают часть возбуждающего сигнала подобно щелевым антеннам, причем поляризация сигнала, излученного зазорами копланарной линии, будет ортогональной поляризации сигнала, излученной основными щелевыми излучателями (кросс-поляризация). Таким образом, антенна будет излучать сигнал не одной основной поляризации щелевых излучателей (условно примем ее вертикальной), но и сигнал кросс-поляризации, излучаемый зазорами щелевой линии (условно примем ее горизонтальной). Кроме того, форма диаграммы направленности антенны в угломестной плоскости известной антенны имеет асимметрию, т.к. структуры металлизации верхнего и нижнего электродов, образующих щелевые излучатели, имеют конструктивные отличия. Антенна на однослойной подложке занимает в пространстве меньший объем и значит будет иметь меньшую широкополосность по сравнению с антенной, имеющей такую же площадь, но занимающей больший объем, например, за счет использования диэлектрической подложки с большим числом слоев. Перечисленные причины приводят к ухудшению энергетики всей радиосистемы в целом, уменьшают соотношение сигнал-шум на входе приемного устройства.A key disadvantage of the described antenna device is that the gaps of the excitation coplanar line also emit part of the excitation signal like slot antennas, and the polarization of the signal emitted by the gaps of the coplanar line will be orthogonal to the polarization of the signal emitted by the main gap emitters (cross-polarization). Thus, the antenna will emit a signal not only of the main polarization of the slot emitters (conditionally we accept it vertically), but also a cross-polarization signal emitted by the gaps of the crevice line (conditionally we accept it horizontally). In addition, the shape of the antenna pattern in the elevation plane of the known antenna has an asymmetry, because The metallization structures of the upper and lower electrodes forming gap emitters have structural differences. An antenna on a single-layer substrate occupies a smaller volume in space and therefore will have less broadband than an antenna having the same area but occupying a larger volume, for example, by using a dielectric substrate with a large number of layers. These reasons lead to a deterioration in the energy of the entire radio system as a whole, reduce the signal-to-noise ratio at the input of the receiving device.

Технической задачей, решаемой в предлагаемой полезной модели, является создание широкополосной печатной СВЧ антенны, с увеличенным коэффициентом усиления, у которой будет отсутствовать кросс-поляризационное излучение, а диаграмма направленности в угломестной плоскости будет максимально близка к симметричной.The technical problem to be solved in the proposed utility model is the creation of a broadband printed microwave antenna with an increased gain, which will lack cross-polarization radiation, and the radiation pattern in the elevation plane will be as close to symmetrical as possible.

Это достигается за счет того, что заявляемая в полезной модели антенна, также как и описанная выше щелевая СВЧ антенна, содержит диэлектрическую подложку с нанесенной на верхней стороне металлизацией, в которой выполнен щелевой излучатель, состоящий из первого и второго симметричных электродов, образующих два соосных и противоположно направленных щелевых излучателя Вивальди, содержащих однородный участок щелевой линии с постоянным зазором и неоднородный участок, который далее расширяется по экспоненциальному закону, возбуждающую данный излучатель линию с Т-волной, центральный проводник которой проходит через осевой зазор упомянутого второго электрода щелевого излучателя и подключен под прямым углом к первому излучателю. Но в отличие от известного устройства, на первой подложке со стороны металлизации вплотную расположена вторая диэлектрическая подложка, на металлизации внешних сторон обеих подложек выполнены электроды, образующие два соосных и противоположно направленных щелевых излучателя Вивальди, идентичные по форме и размеру первому электроду первой подложки, так что края всех трех пар электродов, расположенных на разных сторонах подложек совпадают, внешние края электродов упомянутых трех пар щелевых излучателей соединены металлизированными отверстиями связи, проходящими, через оба слоя диэлектрической подложки, причем края осевого зазора, через который проходит центральный проводник возбуждающей линии, соединены с электродами первого, второго и третьего излучателей с помощью металлизированных отверстий связи, проходящими через оба слоя диэлектрической подложки.This is achieved due to the fact that the antenna claimed in the utility model, like the slotted microwave antenna described above, contains a dielectric substrate with metallization deposited on the upper side, in which a slotted radiator is made up of the first and second symmetric electrodes forming two coaxial and Vivaldi oppositely directed slotted emitters containing a uniform portion of the slotted line with a constant gap and an inhomogeneous portion that expands further according to the exponential law, exciting The first emitter is a line with a T-wave, the central conductor of which passes through the axial clearance of the second electrode of the slot emitter and is connected at right angles to the first emitter. But unlike the known device, the second dielectric substrate is closely adjacent to the first substrate from the metallization side, and the electrodes are formed on the metallization of the outer sides of both substrates, which form two Vivaldi coaxial and oppositely directed slot emitters, identical in shape and size to the first electrode of the first substrate, so the edges of all three pairs of electrodes located on opposite sides of the substrates coincide; the outer edges of the electrodes of the three pairs of slot emitters are connected by metallized Verstov connection extending through both layers of the dielectric substrate, wherein the edge axial opening through which extends the center conductor of the exciting lines connected to electrodes of the first, second and third emitters connection via metallized holes extending through both of the dielectric substrate layer.

Возбуждающая полосковая линия с Т-волной образована упомянутым центральным проводником, нижней стороной нижнего электрода третьего излучателя, расположенного на верхней стороне второго слоя подложки, и верхней стороной нижнего электрода второго излучателя, расположенного на нижней стороне первого слоя подложки, а также металлизированными отверстиями связи, образующими боковые стенки полосковой линии. Ширина центрального проводника полосковой линии и ширина зазоров однородных участков щелевых линий излучателя, образованных соединенными с помощью металлизированных отверстий верхними и нижним электродами трех излучателей, выбираются из условия, чтобы волновое сопротивление однородного участка щелевой линии было в два раза выше волнового сопротивления возбуждающей полосковой линии.The T-wave excitation strip line is formed by the said central conductor, the lower side of the lower electrode of the third emitter located on the upper side of the second substrate layer, and the upper side of the lower electrode of the second emitter located on the lower side of the first substrate layer, as well as metallized communication holes forming side walls of the strip line. The width of the central conductor of the strip line and the width of the gaps of homogeneous sections of the slot lines of the emitter formed by the upper and lower electrodes of the three emitters connected by means of metallized holes are selected so that the wave impedance of the homogeneous section of the slot line is twice as high as the wave resistance of the exciting strip line.

Технический результат состоит в создание широкополосной печатной СВЧ антенны, с увеличенным коэффициентом усиления, у которой отсутствует кросс-поляризационное излучение, а диаграмма направленности в угломестной плоскости максимально близка к симметричной. Это достигается за счет того, что центральный проводник возбуждающей полосковой линии подключен к верхней части однородной щелевой линии из трех электродов на слоях подложки, соединенных металлизированными отверстиями, второй проводник полосковой линии через металлизированные отверстия подключен к нижней части упомянутого однородного участка трехэлектродной щелевой линии, расположенного на слоях подложки, то энергия Т волны в возбуждающей полосковой линии возбуждает однородные участки щелевых линий двунаправленных излучателей, образованных верхней и нижней частями электродов синфазно и равноамплитудно, оба противоположно направленных щелевых излучателя излучают энергию из-за идентичности излучателей и возбуждения щелевых линий в фазе в пространство, где она складывается без потерь энергии на излучение сигнала кросс-поляризации из-за отсутствия зазоров в возбуждающей полосковой линии. Тем самым повышается результирующий коэффициент усиления антенны, а ее больший размер в поперечном сечении за счет использования двухслойной диэлектрической подложки увеличивает ее объем, а значит и широкополосность по сравнению с антенной с однослойной подложкой. При этом в пространстве образуется близкая к круговой диаграмма направленности в азимутальной плоскости.The technical result consists in the creation of a broadband printed microwave antenna with an increased gain, in which there is no cross-polarization radiation, and the radiation pattern in the elevation plane is as close to symmetrical as possible. This is achieved due to the fact that the central conductor of the exciting strip line is connected to the upper part of the homogeneous slit line of three electrodes on the substrate layers connected by metallized holes, the second conductor of the strip line through metallized holes is connected to the lower part of the said homogeneous portion of the three-electrode gap line located on layers of the substrate, the energy of the T wave in the exciting strip line excites homogeneous sections of the slit lines of bidirectional emitters, about formed by the upper and lower parts of the electrodes in phase and uniformly amplitude, both oppositely directed slot emitters emit energy due to the identity of the emitters and excitation of the slot lines in the phase into the space, where it is added without energy loss to the radiation of the cross-polarization signal due to the absence of gaps in the exciting strip line. Thereby, the resulting antenna gain is increased, and its larger cross-sectional size, due to the use of a two-layer dielectric substrate, increases its volume, and hence its broadband, as compared to an antenna with a single-layer substrate. At the same time, a close to circular radiation pattern in the azimuthal plane is formed in space.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана топология электродов на первой подложке, а на фиг. 2 - печатная СВЧ антенна в сборе.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the topology of the electrodes on the first substrate, and FIG. 2 - printed microwave antenna assembly.

На фиг. 1 схематически показана топология электродов СВЧ антенны на верхней и нижней сторонах первого слоя диэлектрической подложки. На фиг. 1 заштрихованными участками показана металлизация электродов на верхней стороне первого слоя диэлектрической подложки, пунктиром - металлизация электродов на нижней стороне первого слоя диэлектрической подложки, сплошными кружочками обозначены металлизированные отверстия связи, проходящие через слои подложки, связывающие края металлических электродов всех трех слоев, не залитыми кружочками обозначены металлизированные отверстия связи, образующие боковые стенки возбуждающей полосковой линии с Т-волной, также проходящие через оба слоя подложки. На фиг. 2 показана антенна в сборе. Заштрихованными участками приведена топология проводников на верхней стороне второго слоя диэлектрической подложки, идентичная топологии электродов на нижней стороне первого слоя, кружочками обозначены металлизированные отверстия связи, проходящие через слои подложки.In FIG. 1 schematically shows the topology of the electrodes of the microwave antenna on the upper and lower sides of the first layer of the dielectric substrate. In FIG. 1, the shaded areas indicate the metallization of the electrodes on the upper side of the first layer of the dielectric substrate, the dotted line shows the metallization of the electrodes on the lower side of the first layer of the dielectric substrate, solid circles indicate metallized communication holes passing through the layers of the substrate, connecting the edges of the metal electrodes of all three layers, not filled circles indicate metallized communication holes forming the side walls of the exciting strip line with the T-wave, also passing through both loya substrate. In FIG. 2 shows an antenna assembly. The shaded areas show the topology of the conductors on the upper side of the second layer of the dielectric substrate, identical to the topology of the electrodes on the lower side of the first layer, the circles indicate metallized communication holes passing through the layers of the substrate.

Заявляемая печатная СВЧ антенна содержит диэлектрическую подложку, состоящую из двух слоев 1 и 9, два металлизированных симметричных относительно оси излучателя электрода 2 и 3, 4, которые расположены на верхней стороне слоя 1 диэлектрической подложки и формируют соосный двунаправленный щелевой излучатель Вивальди, состоящий из отрезка однородной щелевой линии и экспоненциально расширяющейся щелевой линии, центральный проводник возбуждающей полосковой линии 5, проходящий через осевой зазор в нижнем электроде 3, 4 по его вертикальной оси и соединенный с электродом 2 под прямым углом, возбуждающий порт 6, два металлизированных электрода 7 и 8, расположенных на нижней стороне первого слоя подложки 1 и совпадающих по форме с электродами 2 и 3, 4, два металлизированных электрода 10 и 11, расположенных на верхней стороне второго слоя диэлектрической подложки 9, совпадающие по форме с парами электродов 2 и 3, 4; и 7, 8, металлизированные отверстия связи 12, соединяющие края электродов 2, 3, 4, а также 7, 8 и 10, 11 и проходящие через оба слоя диэлектрической подложки, металлизированные отверстия связи 13, образующие боковые стенки возбуждающей полосковой линии и соединяющие внутренние края электродов 3 и 4, расположенных на верхней стороне первого слоя диэлектрической подложки 1, также проходящие через оба слоя диэлектрической подложки.The inventive microwave printed antenna contains a dielectric substrate consisting of two layers 1 and 9, two metallized electrodes 2 and 3, 4 symmetrical with respect to the axis of the emitter, which are located on the upper side of the dielectric substrate layer 1 and form a coaxial bidirectional slotted Vivaldi radiator, consisting of a segment of a uniform slotted line and exponentially expanding slotted line, the Central conductor of the exciting strip line 5, passing through the axial clearance in the lower electrode 3, 4 along its vertical axis and connected to the electrode 2 at right angles, the exciting port 6, two metallized electrodes 7 and 8 located on the lower side of the first layer of the substrate 1 and coinciding in shape with electrodes 2 and 3, 4, two metallized electrodes 10 and 11 located on the upper side the second layer of the dielectric substrate 9, matching in shape with the pairs of electrodes 2 and 3, 4; and 7, 8, metallized communication holes 12, connecting the edges of the electrodes 2, 3, 4, as well as 7, 8 and 10, 11 and passing through both layers of the dielectric substrate, metallized communication holes 13, forming the side walls of the exciting strip line and connecting the inner the edges of the electrodes 3 and 4 located on the upper side of the first layer of the dielectric substrate 1, also passing through both layers of the dielectric substrate.

Возбуждающая полосковая линия, образованная центральным проводником 5, нижней стороной металлизированного электрода 11, расположенного на верхней стороне второго слоя подложки 9 и верхней стороной идентичного ему электрода 8, расположенного на нижней стороне первого слоя подложки 1, а также боковыми металлизированными отверстиями 13 подключена по вертикальной оси антенны к металлизированным электродам 2, 7 и 10, образующим верхнюю часть двунаправленного трехслойного щелевого излучателя, а второй проводник полосковой линии, образованный поверхностями электродов 8 и 11 и металлизированными отверстиями связи 13 подключен к электродам 3, 4 а также 8 и 11, образующим нижнюю часть двунаправленного трехслойного щелевого излучателя. К центральному проводнику полосковой линии 5 подключен порт 6.The exciting strip line formed by the central conductor 5, the lower side of the metallized electrode 11, located on the upper side of the second layer of the substrate 9 and the upper side of the identical electrode 8, located on the lower side of the first layer of the substrate 1, as well as side metallized holes 13 is connected along the vertical axis antennas to metallized electrodes 2, 7 and 10, forming the upper part of a bidirectional three-layer slot emitter, and the second strip-line conductor formed by surface electrodes 8 and 11 and the metallized holes connection 13 is connected to the electrodes 3, 4 as well as 8 and 11 forming the lower part of the bidirectional three-layer slot radiator. Port 6 is connected to the center conductor of strip line 5.

Заявляемая печатная СВЧ антенна работает следующим образом. СВЧ сигнал с порта 6 возбуждает в полосковой линии с центральным проводником 5 Т волну, у которой вектор электрического поля направлен от (или «к» в зависимости от фазы колебания) центрального проводника 5 к металлизации электродов 8 и 11 на слоях подложки 1 и 9. Электроды 7 и 10 на нижнем и верхнем слоях подложки 1 и 9 и электрод 2, расположенный между первым и вторым слоями подложки, соединенные металлизированными отверстиями связи 12 образуют одну половину двухстороннего трехслойного щелевого излучателя с однородным участком и неоднородным участком щелевой линии, к которой подключен центральный проводник полосковой линии 5. Электроды 11, 8 на верхнем и нижнем слоях подложки и электроды 3 и 4, расположенные между первым и вторым слоями подложки соединенные металлизированными отверстиями связи 12 образуют вторую половину двухстороннего щелевого излучателя с однородным участком и неоднородным участком щелевой линии, к которой с помощью металлизированных отверстий 13 подключен внешний проводник возбуждающей полосковой линии. Таким образом, электроды, образующие однородные участки щелевой линии двустороннего трехслойного щелевого излучателя возбуждаются в фазе в одном сечении и по трехслойной щелевой линии распространяется волна СВЧ сигнала, которая далее поступает в экспоненциально расширяющиеся отрезки линий и в фазе излучается в пространство с вертикальной поляризацией вдоль апертуры щелевых линий. Сигнал кросс-поляризации при этом не возникает и не излучается, потому, что возбуждающая излучатели полосковая линия из элементов 5, 11, 8, 13 представляет собой замкнутую структуру, не имеющую горизонтальных щелей.The inventive printed microwave antenna operates as follows. The microwave signal from port 6 excites in a strip line with a central conductor 5 T a wave in which the electric field vector is directed from (or “k” depending on the oscillation phase) of the central conductor 5 to the metallization of electrodes 8 and 11 on the substrate layers 1 and 9. The electrodes 7 and 10 on the lower and upper layers of the substrate 1 and 9 and the electrode 2 located between the first and second layers of the substrate, connected by metallized communication holes 12 form one half of a two-sided three-layer slot emitter with a uniform section and non-uniform one of the slit lines to which the central conductor of the strip line 5 is connected. Electrodes 11, 8 on the upper and lower layers of the substrate and electrodes 3 and 4 located between the first and second layers of the substrate connected by metallized communication holes 12 form the second half of the double-sided slot emitter with a uniform portion and an inhomogeneous portion of the slit line to which an external conductor of the exciting strip line is connected using metallized holes 13. Thus, the electrodes forming homogeneous sections of the slit line of a two-sided three-layer slit radiator are excited in phase in one section and a microwave signal propagates along the three-layer slit line, which then enters exponentially expanding line segments and is radiated into the phase with vertical polarization along the slot aperture lines. The cross-polarization signal does not occur and is not emitted, because the strip line of the elements 5, 11, 8, 13 exciting the emitters is a closed structure that does not have horizontal slots.

Поскольку обе разнонаправленные половины излучателя идентичны друг другу, а возбуждающие их СВЧ сигналы поступают на них в фазе из-за равенства длин отрезков однородных и экспоненциальных участков щелевых линий излучателя, то излучаемый обеими разнонаправленными половинами излучателя СВЧ сигналы будут иметь одинаковые амплитуды и фазы, и также будет происходить и их излучение в пространство. В результате их диаграммы направленности складываются, а поскольку каждая из имеет сектор излучения близкий к 180°, то суммарная диаграмма направленности в азимутальной плоскости будет близка к круговой.Since both oppositely directed halves of the emitter are identical to each other, and the microwave signals exciting them arrive at them in phase due to the equality of the lengths of the segments of the homogeneous and exponential sections of the slit lines of the emitter, the microwave signals emitted by both oppositely directed halves of the emitter will have the same amplitudes and phases, and also their radiation into space will also occur. As a result, their radiation patterns are added up, and since each of them has a radiation sector close to 180 °, the total radiation pattern in the azimuthal plane will be close to circular.

В предлагаемой в заявке печатной СВЧ антенне точки подключения возбуждающей полосковой линии переходят в зазоры однородных отрезков щелевых линий двунаправленного щелевого излучателя без электрических неоднородностей и, если волновое сопротивление возбуждающей полосковой линии, образованной центральным проводником 5, нижней стороной металлизированного электрода 11, расположенного на верхней стороне второго слоя подложки 9 и верхней стороной идентичного ему электрода 8, расположенного на нижней стороне первого слоя подложки 1 и боковыми металлизированными отверстиями 13 подбором ширин проводника 5 и толщины слоев диэлектрических подложек 1 и 9 выбирается в два раза меньше, чем волновое сопротивление однородных участков щелевых линий, то вся энергия поступившая из порта 6 будет без отражений поступать в излучатели и излучаться в пространство. При этом из-за отсутствия балластных устройств и горизонтальных щелей в возбуждающей полосковой линии вся энергия входного сигнала будет излучаться с вертикальной поляризацией и результирующий коэффициент усиления антенны будет выше чем у прототипа. Два противонаправленных идентичных трехслойных щелевых излучателя, возбуждаемых синфазно и равноамплитудно, формируют в азимутальной плоскости диаграмму направленности близкую к круговой.In the printed microwave antenna proposed in the application, the connection points of the exciting strip line go into the gaps of homogeneous segments of the slotted lines of a bi-directional slot emitter without electrical inhomogeneities and, if the wave resistance of the exciting strip line formed by the central conductor 5, the lower side of the metallized electrode 11 located on the upper side of the second layer of the substrate 9 and the upper side of an identical electrode 8 located on the lower side of the first layer of the substrate 1 and the sides Since the metallized holes 13 select the width of the conductor 5 and the thickness of the layers of the dielectric substrates 1 and 9 are chosen to be half as much as the wave impedance of the homogeneous sections of the slit lines, then all the energy received from port 6 will enter the emitters and be radiated into space without reflections. Moreover, due to the lack of ballast devices and horizontal slits in the exciting strip line, all the energy of the input signal will be radiated with vertical polarization and the resulting antenna gain will be higher than that of the prototype. Two oppositely directed identical three-layer slot emitters, excited in-phase and uniformly-amplitude, form in the azimuthal plane a directivity pattern close to circular.

Описание конструкции печатной СВЧ антенны и принципа ее работы доказывает достижение технических результатов - создана широкополосная печатная СВЧ антенна, с увеличенным коэффициентом усиления, у которой отсутствует кросс-поляризационное излучение, а диаграмма направленности в угломестной плоскости максимально близка к симметричной.The description of the design of the printed microwave antenna and the principle of its operation proves the achievement of technical results - a broadband printed microwave antenna was created with an increased gain that does not have cross-polarized radiation, and the radiation pattern in the elevation plane is as close to symmetrical as possible.

Claims

Печатная СВЧ антенна, содержащая диэлектрическую подложку с нанесенной на верхней стороне металлизацией, в которой выполнен щелевой излучатель, состоящий из первого и второго симметричных электродов, образующих два соосных и противоположно направленных щелевых излучателя Вивальди, содержащих однородный участок щелевой линии с постоянным зазором и неоднородный участок, который далее расширяется по экспоненциальному закону, возбуждающую данный излучатель линию с Т-волной, центральный проводник которой проходит через осевой зазор упомянутого второго электрода щелевого излучателя и подключен под прямым углом к первому излучателю, отличающаяся тем, что на первой подложке со стороны металлизации вплотную расположена вторая диэлектрическая подложка, на металлизации внешних сторон обеих подложек выполнены электроды, образующие два соосных и противоположно направленных щелевых излучателя Вивальди, идентичные по форме и размеру первому электроду на верхней стороне первой подложки, так что края всех трех пар электродов, расположенных на разных сторонах подложек, совпадают, внешние края электродов упомянутых трех пар щелевых излучателей соединены металлизированными отверстиями связи, проходящими через оба слоя диэлектрической подложки, причем края осевого зазора, через который проходит центральный проводник возбуждающей линии, соединены с электродами первого, второго и третьего излучателей с помощью металлизированных отверстий связи, проходящими через оба слоя диэлектрической подложки.A microwave printed circuit antenna comprising a dielectric substrate with metallization deposited on the upper side, in which a slot emitter is made up of first and second symmetrical electrodes forming two coaxial and oppositely directed Vivaldi slot emitters containing a uniform portion of the slot line with a constant gap and a non-uniform portion, which expands further according to the exponential law, exciting the given radiator line with the T-wave, the central conductor of which passes through the axial clearance of the wrinkled second electrode of the slit radiator and connected at right angles to the first emitter, characterized in that the second dielectric substrate is closely adjacent to the first substrate on the metallization side, and electrodes are formed on the metallization of the outer sides of both substrates, which are two coaxial and oppositely directed Vivaldi slot emitters, identical in shape and size to the first electrode on the upper side of the first substrate, so that the edges of all three pairs of electrodes located on different sides of the substrates coincide The outer edges of the electrodes of the aforementioned three pairs of slot emitters are connected by metallized communication holes passing through both layers of the dielectric substrate, and the edges of the axial clearance through which the center conductor of the exciting line passes are connected to the electrodes of the first, second, and third emitters using metallized communication holes, passing through both layers of the dielectric substrate.