RU226113U1

RU226113U1 - Копланарная коллинеарная антенная решётка

Info

Publication number: RU226113U1
Application number: RU2024101534U
Authority: RU
Inventors: Святослав Владимирович Балландович; Юрий Геннадьевич Антонов; Любовь Михайловна Любина; Михаил Иванович Сугак; Григорий Александрович Костиков
Filing date: 2024-01-23
Publication date: 2024-05-21

Abstract

Копланарная коллинеарная антенная решетка относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве бортовой приёмо-передающей антенны беспилотных воздушных средств. Технический результат предлагаемой полезной модели – формирование главного лепестка в направлении, перпендикулярном оси копланарной коллинеарной антенной решётки при сохранении прочих характеристик антенны. Технический результат достигается за счёт того, что предлагаемая антенна содержит излучающий элемент в виде коллинеарной решётки из прямоугольных излучателей, выполненных в виде металлизации на диэлектрической плате, с точкой питания с узкого края диэлектрической платы, а также с дополнительной металлизацией, расположенной вдоль излучателей и образующей копланарную линию, при этом с противоположной от точки питания стороны излучающего элемента дополнительно нанесена металлизация, симметричная относительно оси излучающих элементов, гальванически связанная с металлизацией, образующей копланарную линию, и такой же толщиной, как металлизация, образующая копланарную линию, с зазором посередине оси излучателя, причём ширина металлизации и ширина зазора определяются требуемым отклонением максимума диаграммы направленности от азимутальной плоскости.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и предназначена для использования в качестве бортовой приёмо-передающей антенны беспилотных воздушных средств.

Известна всенаправленная коллинеарная антенная решётка, (R. Bancroft and B. Bateman, "An omnidirectional planar microstrip antenna," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 52, no. 11, pp. 3151-3154, Nov. 2004, doi: 10.1109/TAP.2004.832338), содержащая излучающий элемент в виде коллинеарной решётки из прямоугольных излучателей, выполненных в виде металлизации с двух сторон диэлектрической платы, с точкой питания с узкого края диэлектрической платы.

Недостатком такой антенны является увеличенный нагрев по отношению к окружающей среде при работе с мощностями в единицы Ватт, отклонение главного лепестка диаграммы направленности от азимутальной плоскости.

Из уровня техники известна всенаправленная коллинеарная антенная решётка содержащая излучающий элемент в виде коллинеарной решётки из меандрированных излучателей, выполненных в виде металлизации с двух сторон диэлектрической платы (US 11095041 B2).

Недостатками такого решения является увеличенный нагрев по отношению к окружающей среде при работе с мощностями в единицы Ватт.

Известная широкополосная антенна круговой поляризации (Qing Wei Pan, "Coplanar waveguide collinear array multiband PCB antenna," 2012 IEEE Symposium on Wireless Technology and Applications (ISWTA), Bandung, Indonesia, 2012, pp. 198-201, doi: 10.1109/ISWTA.2012.6373841). Устройство содержит излучающий элемент в виде коллинеарной решётки из прямоугольных излучателей, выполненных в виде металлизации на диэлектрической плате, с точкой питания с узкого края диэлектрической платы, а также дополнительной металлизацией, расположенной вдоль излучателей и образующей копланарную линию, причём ряд элементов гальванически связан друг с другом с помощью дополнительных металлических элементов.

Недостатком такого решения является технологическая сложность изготовления.

Наиболее близким по совокупности существующих признаков к предлагаемому устройству является копланарная коллинеарная антенная решётки (Антонов Ю.Г., Балландович С.В., Костиков Г.А., Любина Л.М., Сугак М.И. Копланарная коллинеарная антенная решётка для БПЛА // Радиотехника,электроника и связь : тезисы докладов VII Международной научно-технической конференции (4–6 октября 2023 года, Омск, Россия). Омск: ОНИИП, 2023. С. 65-67). Устройство содержит излучающий элемент в виде коллинеарной решётки из прямоугольных излучателей, выполненных в виде металлизации на диэлектрической плате, с точкой питания с узкого края диэлектрической платы, а также дополнительной металлизацией, расположенной вдоль излучателей и образующей копланарную линию.

Преимуществом прототипа является технологичность изготовления антенны, уменьшенный нагрев по отношению к окружающей среде при работе с мощностями в единицы Ватт.

Недостатком прототипа является отклонение главного лепестка диаграммы направленности от азимутальной плоскости.

Задачей предлагаемой полезной модели является формирование главного лепестка в направлении перпендикулярном оси копланарной коллинеарной антенной решётки.

Поставленная задача решается за счёт того, что заявленное устройство, так же как и известное, содержит излучающий элемент в виде коллинеарной решётки из прямоугольных излучателей, выполненных в виде металлизации на диэлектрической плате, с точкой питания с узкого края диэлектрической платы, а также дополнительной металлизацией, расположенной вдоль излучателей и образующей копланарную линию. Но, в отличие от известного, в предлагаемой антенне с противоположной от точки питания стороны излучающего элемента дополнительно нанесена металлизация, симметричная относительно оси излучающих элементов, гальванически связанная с металлизацией, образующей копланарную линию, и такой же толщиной, как металлизация, образующая копланарную линию, с зазором посередине оси излучателя, причём ширина металлизации и ширина зазора определяются требуемым отклонением максимума диаграммы направленности от азимутальной плоскости.

Достигаемым техническим результатом является возможность формирования направленного излучения в азимутальной плоскости при сохранении прочих характеристик антенны.

Технический результат достигается за счёт выполнения в предлагаемой антенне с противоположной от точки питания стороны излучающего элемента дополнительно нанесена металлизация, симметричная относительно оси излучающих элементов, гальванически связанная с металлизацией, образующей копланарную линию, и такой же толщиной как металлизация, образующая копланарную линию, с зазором посередине оси излучателя, причём ширина металлизации и ширина зазора определяются требуемым отклонением максимума диаграммы направленности от азимутальной плоскости.

Полезная модель иллюстрируется 5 чертежами.

Фиг.1 – вид предлагаемой копланарной коллинеарной антенной решётки.

Фиг.2 – частотные зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) предлагаемой копланарной коллинеарной антенной решётки и для антенны прототипа.

Фиг.3 – диаграммы направленности в угломестной плоскости на рабочей частоте копланарной коллинеарной антенной решётки прототипа.

Фиг.4 – диаграммы направленности в угломестной плоскости на рабочей частоте предлагаемой копланарной коллинеарной антенной решётки для электрической ширины зазора в 0.1⋅λ₀.

Фиг.5 – диаграммы направленности в угломестной плоскости на рабочей частоте предлагаемой копланарной коллинеарной антенной решётки для электрической ширины зазора в 0.095⋅λ₀.

На чертежах введены следующие обозначения:

1 – излучающий элемент в виде коллинеарной антенной решётки.

2 – диэлектрическая плата.

3 – образующая копланарную линию металлизация

4 – зазор между излучающим элементом и образующей копланарную линию металлизацией.

5 – коаксиальный разъём.

6 – металлизация, симметричная относительно оси излучающих элементов и гальванически связанная с металлизацией, образующей копланарную линию.

7 – зазор в дополнительно внесённой в предлагаемую антенну металлизацией, посередине оси излучателя.

8 – частотная зависимость КСВ коллинеарной антенной решётки прототипа.

9 – частотная зависимость КСВ предлагаемой коллинеарной антенной решётки.

Антенна работает следующим образом.

Коаксиальный радиочастотный разъём (фиг.1) 5, подключённый внутренним проводников к излучающему элементу в виде коллинеарной антенной решётки 1, выполненной в виде металлизации на диэлектрической плате 3, а внешним – к дополнительной металлизации вдоль излучающего элемента 3, образующим копланарную линию, возбуждает электромагнитное поле, причём наличие металлизации 3 позволяет снизить нагрев излучающего элемента в области точки питания, за счёт перераспределения подводимой мощности. Величина зазора 4 определяется согласованием излучающего элемента с сопротивлением разъёма 5. При этом формируется всенаправленная диаграмма направленности в азимутальной плоскости, степень отклонения главного лепестка диаграммы направленности которой можно регулировать величиной зазора 7 в нанесённой с противоположной от точки питания стороны излучающего элемента металлизации 6 и толщиной этой металлизации.

Работа устройства подтверждается результатами электродинамического моделирования трёхэлементных копланарных антенных решёток прототипа и предлагаемой конструкции в C-диапазоне с электрическими размерами 2⋅λ₀×3⋅λ₀, входное сопротивление принято 50 Ом.

Из приведённых частотных зависимостей КСВ в полосе рабочих частот (фиг. 2) видно, что введение в структуру дополнительной металлизации сместило диапазон рабочих частот по уровню -10 дБ вниз на 2,5% при сохранении относительной полосы рабочих частот в 10%, что позволяет говорить о сохранении качества согласования, так как произошедшее смещение находится в рамках допустимых (и определяемых влияния на устройства других устройств при расположении на борту летательного аппарата). При этом, если в антенне прототипе отклонение максимума диаграммы направленности от азимутальной плоскости (θ=90°) на рабочей частоте составляло порядка 5° (фиг.3), то в предлагаемой копланарной коллинеарной антенне за счёт регулировки ширины зазора в дополнительной металлизации на этапе проектирования можно осуществлять регулировку этого отклонения, как обеспечивая излучение строго в азимутальной плоскости (например, при величине зазора в в 0.1⋅λ₀ в рассмотренном случае – фиг.4), так и отклонять в противоположную от отклонения прототипа сторону (например, при величине зазора в в 0.095⋅λ₀ в рассмотренном случае – фиг.5), что может быть полезным при необходимости компенсировать влияние аппаратуры летательного аппарата на характеристики излучения предлагаемой копланарной коллинеарной антенной решётки.

Таким образом, показана достижимость технического результата – возможность формирования направленного излучения в азимутальной плоскости при сохранении прочих характеристик антенны.

Claims

Копланарная коллинеарная антенная решётка, содержащая излучающий элемент в виде коллинеарной решётки из прямоугольных излучателей, выполненных в виде металлизации на диэлектрической плате, с точкой питания с узкого края диэлектрической платы, а также дополнительной металлизацией, расположенной вдоль излучателей и образующей копланарную линию, отличающаяся тем, что с противоположной от точки питания стороны излучающего элемента дополнительно нанесена металлизация, симметричная относительно оси излучающих элементов, гальванически связанная с металлизацией, образующей копланарную линию, и такой же толщиной, как металлизация, образующая копланарную линию, с зазором посередине оси излучателя.