RU2712798C1 - Dual-band antenna - Google Patents
Dual-band antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712798C1 RU2712798C1 RU2019115309A RU2019115309A RU2712798C1 RU 2712798 C1 RU2712798 C1 RU 2712798C1 RU 2019115309 A RU2019115309 A RU 2019115309A RU 2019115309 A RU2019115309 A RU 2019115309A RU 2712798 C1 RU2712798 C1 RU 2712798C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dipole
- dipoles
- frequency
- antenna
- short
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая двухдиапазонная антенна (ДДА) относится к области антенной техники сверхвысоких частот (СВЧ) и может быть использована как самостоятельная, используемая отдельно, антенна, так и в качестве интегрированного излучающего модуля (ИМ) в печатных фазированных антенных решетках (ФАР) радиолокационных систем опознавания и наведения.The proposed dual-band antenna (DDA) belongs to the field of microwave technology and can be used either as a stand-alone antenna, used separately, or as an integrated emitting module (IM) in printed phased array antennas (PAR) of radar recognition systems and guidance.
Актуальность разработки таких антенн обусловлена не снижающимися требованиями к антенным системам дипольного вида в отношении их согласования с выходными каскадами генераторов СВЧ, улучшения массогабаритных показателей, упрощения технологии компоновочных и регулировочных работ, а также в плане совмещения двух рабочих диапазонов частот в одной конструктивной единице (в одном ИМ). Для обеспечения предъявляемых ныне требований целесообразно разработать компактные двухдиапазонные антенны, пригодные для реализации по групповой технологии микроэлектроники и полосковых микросхем с высоким процентом выхода годных изделий.The relevance of the development of such antennas is due to the not decreasing requirements for dipole-type antenna systems with respect to their coordination with the output stages of microwave generators, improvement of overall dimensions, simplification of the layout and adjustment work technology, and also in terms of combining two operating frequency ranges in one structural unit (in one THEM). To meet the current requirements, it is advisable to develop compact dual-band antennas suitable for implementation by group technology of microelectronics and strip microcircuits with a high percentage of suitable products.
Известна двухдиапазонная антенна, описанная в патенте США №6801168, H01Q 1/38, опубликованном 7 октября 2004 года. Эта антенна содержит тонкую прямоугольную диэлектрическую подложку с лицевой и обратной поверхностями, сплошной прямоугольный печатный проводник, два излучающих элемента с различными геометрическими размерами в форме повернутых прописных латинских букв "L", а также питающую микрополосковую линию. При этом сплошной прямоугольный проводник выполнен на части обратной поверхности подложки и соединен с одним из излучающих элементов, а питающая микрополосковая линия сформирована на лицевой поверхности подложки над сплошным проводником и соединена с другим излучающим элементом. В результате антенна характеризуется двумя рабочими частотами излучения/приема радиоволн.Known dual-band antenna, described in US patent No. 6801168,
Однако излучающие элементы описанной антенны в форме повернутых прописных букв "L" представляют собой монопольные излучатели, которые имеют меньшую степень линейности поляризации излучения, чем классические дипольные излучатели. Это обусловлено тем, что токи смещения, возникающие в окружающем пространстве вокруг монополя, локализованы между монополем и заземленной частью металлизации подложки, приводя (на основании закона сохранения полного тока) к появлению заметных токов проводимости в смежных с монополем участках заземленной металлизации. Наличие этих токов проводимости снижает коэффициент полезного действия антенны за счет возрастания джоулевых (тепловых) потерь в участках заземленной металлизации. В результате, по оценкам Заявителя, описанная антенна обеспечивает при использовании питающих коаксиальных кабелей с волновым сопротивлением ρ0, равным 50 или 75 Ом, уровни входного коэффициента стоячей волны напряжения Kст.U не лучше 1,6.However, the radiating elements of the described antenna in the form of rotated capital letters "L" are monopole emitters, which have a lower degree of linearity of polarization of radiation than classical dipole emitters. This is due to the fact that bias currents arising in the surrounding space around the monopole are localized between the monopole and the grounded part of the substrate metallization, leading (on the basis of the total current conservation law) to the appearance of noticeable conduction currents in the areas of the grounded metallization adjacent to the monopole. The presence of these conduction currents reduces the efficiency of the antenna due to an increase in joule (thermal) losses in areas of grounded metallization. As a result, according to the Applicant, the described antenna provides when using coaxial power cables with a wave impedance ρ 0 equal to 50 or 75 Ohms, the levels of the input coefficient of the standing voltage wave K st.U are not better than 1.6.
Таким образом, описанную двухдиапазонную антенну оправдано применять при приеме радиосигналов, когда ослабление принимаемого сигнала за счет отражений (Kст.U≥1.6) может быть компенсировано в усилительном тракте радиоприемника.Thus, the described dual-band antenna is justified for use when receiving radio signals, when the attenuation of the received signal due to reflections (K st.U ≥1.6) can be compensated in the amplifier path of the radio receiver.
Известна также ДДА (патент США №7088299 под названием "Multi-band antenna structure", H01Q 9/00, опубликованный 02.07.2005), представляющая собой ИМ, содержащий два дипольных излучающих элемента в форме прописной латинской буквы "Т", выполненных на обратной поверхности квадратной тонкой диэлектрической подложки. Основания обеих букв "Т" соединены гальванически за счет общей металлизации с заземленным печатным проводником, занимающем часть площади обратной поверхности подложки. Продольные щелевые зазоры в металлизации оснований букв "Т" ориентированы по диагонали квадратной подложки. Горизонтальные излучающие стороны букв "Т" (иными словами: половинки диполя) совпадают со сторонами подложки, в результате чего буква "Т" (то есть, диполь в целом) трансформируется в "стрелку" с углом острия "стрелки", равным 90°. В каждой половинке диполя симметрично выполнены из высокоомной (весьма узкой), свернутой в меандр линии передачи индуктивные элементы, суммарная площадь каждого из которых составляет (5-10)% площади половинки диполя, а поперечный размер не выходит за размер ширины проводника диполя.Also known is DDA (US patent No. 7088299 under the name "Multi-band antenna structure",
На лицевой поверхности подложки выполнены две питающие и две вспомогательные микрополосковые линии, а также четыре прямоугольных печатных проводника с размерами, равными соответствующим габаритным размерам индуктивных элементов. Эти проводники расположены над упомянутыми индуктивными элементами, а потенциал этих проводников коммутируется p-i-n диодами. В результате изменяется электрическая длина половинок диполя, чем обеспечивается две частоты хорошего согласования диполя. Но поскольку излучающими элементами описанной антенны являются диполи, то, несмотря на реализацию в виде "стрелки" с 90-градусным острием, для обеспечения их симметрирования питающая и вспомогательная микрополосковые линии, выполненные на лицевой поверхности подложки, позиционируются определенным образом над соответствующими фрагментами букв "Т" (диполей), выполненных на обратной поверхности подложки. Для однозначного описания этого позиционирования следует, прежде всего, отметить, что основание буквы "Т" с продольным щелевым зазором в металлизации (но не в диэлектрике подложки!) представляет собой отрезок щелевой линии, один конец которого короткозамкнут заземленным печатным проводником, а второй конец - разомкнут. К обоим проводникам разомкнутого конца отрезка щелевой линии присоединяются половинки диполя, причем это соединение выполнено не пайкой, а в виде продолжения металлизации, реализованном в процессе формирования проводящего рисунка обратной поверхности подложки. Упомянутое моделирование (представление) основания буквы "Т" отрезком щелевой линии детально описано в работе: "Антенны и устройства СВЧ", под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1981, раздел 10.5, в котором приводится процедура проектирования печатного директорного излучателя с возбудителем, реализованном также в форме прописной латинской буквы "Т", но без ее трансформации в "стрелку".On the front surface of the substrate, two feed and two auxiliary microstrip lines are made, as well as four rectangular printed conductors with dimensions equal to the corresponding overall dimensions of the inductive elements. These conductors are located above the inductive elements, and the potential of these conductors is switched by p-i-n diodes. As a result, the electric length of the halves of the dipole changes, which ensures two frequencies of good matching of the dipole. But since the radiating elements of the described antenna are dipoles, despite the implementation in the form of an “arrow” with a 90-degree tip, to ensure their symmetry, the supply and auxiliary microstrip lines made on the front surface of the substrate are positioned in a certain way over the corresponding fragments of the letters “T "(dipoles) made on the back surface of the substrate. For an unambiguous description of this positioning, it should first be noted that the base of the letter "T" with a longitudinal gap in the metallization (but not in the dielectric of the substrate!) Is a segment of the slot line, one end of which is short-circuited by a grounded printed conductor, and the other end is open. The halves of the dipole are connected to both conductors of the open end of the slit line segment, and this connection is not made by soldering, but as a continuation of metallization realized in the process of forming a conductive pattern of the back surface of the substrate. Mentioned modeling (presentation) of the base of the letter "T" with a slit line segment is described in detail in the work: "Antennas and microwave devices," ed. DI. Voskresensky. - M .: Radio and communications, 1981, section 10.5, which describes the design procedure for a printed director's radiator with a pathogen, also implemented in the form of an uppercase Latin letter "T", but without its transformation into an "arrow".
В соответствии с этим моделированием получается, что питающая микрополосковая линия расположена над первым проводником отрезка щелевой линии, а вспомогательная микрополосковая линия расположена над вторым проводником упомянутого отрезка щелевой линии. При этом питающая и вспомогательная линии имеют одинаковую ширину и параллельны оси щелевого зазора между проводниками щелевой линии. Длина вспомогательной линии примерно равна длине щелевого зазора, а длина питающей линии ограничена только габаритом подложки, если питание к диполю подводится коаксиальным кабелем через коаксиально-микрополосковый разъем, установленный, как правило, на краю подложки. Если же питание диполя реализовано путем пайки коаксиального кабеля, то длина питающей микрополосковой линии может быть меньше габарита подложки, так как кабель можно припаять в принципе в любом месте над заземленной металлизацией.In accordance with this simulation, it turns out that the supply microstrip line is located above the first conductor of the slotted line segment, and the auxiliary microstrip line is located above the second conductor of the said slotted line segment. In this case, the supply and auxiliary lines have the same width and are parallel to the axis of the gap between the conductors of the slot line. The length of the auxiliary line is approximately equal to the length of the slit gap, and the length of the supply line is limited only by the size of the substrate, if the dipole is fed by a coaxial cable through a coaxial microstrip connector, which is usually installed on the edge of the substrate. If the dipole is supplied by soldering a coaxial cable, then the length of the supply microstrip line can be less than the size of the substrate, since the cable can be soldered, in principle, anywhere on grounded metallization.
В результате такого позиционирования, начала питающей и вспомогательной микрополосковых линий оказываются размещенными вблизи разомкнутого конца отрезка щелевой линии над первым и вторым ее проводниками соответственно. Эти начала соединяются между собой гальванически короткой перемычкой (небольшим участком общей металлизации), проходящей над щелевым зазором между проводниками щелевой линии, а конец вспомогательной линии - разомкнут. Так образуется проводящий фрагмент в виде "крючка", расположенный на лицевой поверхности подложки, к которому присоединяется "жила" питающего коаксиального кабеля (или центральный штырек коаксиально-микрополоскового разъема). Если число рабочих частот равно двум, то в упомянутом патенте США №7088299 рекомендовано размещать "стрелку" не на углу подложки, а так, чтобы ее острие "упиралось" в край подложки.As a result of this positioning, the beginning of the supply and auxiliary microstrip lines are located near the open end of the slot line section above its first and second conductors, respectively. These beginnings are interconnected by a galvanically short jumper (a small area of common metallization) passing over the gap between the conductors of the gap line, and the end of the auxiliary line is open. In this way, a conductive fragment in the form of a “hook” is formed, located on the front surface of the substrate, to which the “core” of the supply coaxial cable (or the central pin of the coaxial microstrip connector) is connected. If the number of operating frequencies is equal to two, then in the aforementioned US patent No. 7088299 it is recommended to place the “arrow” not on the corner of the substrate, but so that its tip “rests” on the edge of the substrate.
Однако вследствие того, что диполь имеет форму "стрелки", качество согласования такой дипольной антенны будет хуже, чем в печатной дипольной антенне с коллинеарными половинками диполя, то есть, с диполем в виде "незаостренной" буквы "Т".However, due to the fact that the dipole has the shape of an arrow, the quality of matching of such a dipole antenna will be worse than in a printed dipole antenna with collinear halves of the dipole, that is, with a dipole in the form of an “unsharp” letter “T”.
Иными словами, диполь в виде "незаостренной" буквы "Т" характеризуется высоким, если не наивысшим, качеством согласования. Именно это обстоятельство обусловило применение диполей в виде "незаостренной" буквы "Т" при построении однодиапозонной маловысотной (низкопрофильной) дуально-поляризованной антенны, описанной в патенте США №6310584, H01Q 21/00, опубликованном 30 октября 2001 года под следующим заголовком: "Low profile high polarization purity dual-polarized antennas".In other words, a dipole in the form of an “non-pointed” letter “T” is characterized by a high, if not the highest, quality of coordination. It is this circumstance that caused the use of dipoles in the form of an “non-pointed” letter "T" when constructing a single-band low-altitude (low profile) dual-polarized antenna described in US Patent No. 6,310,584,
Таким образом, описанная в упомянутом патенте США №7088299 многодиапазонная антенна с дипольными излучателями в форме модифицированной в "стрелку" прописной латинской буквы "Т", характеризуется повышенным уровнем отражений в полосах частот излучения. Поэтому она не имеет перспективы при построении антенных систем с малыми значениями Kст.U.Thus, the multi-band antenna with dipole emitters described in the aforementioned US patent No. 7088299 in the form of an uppercase Latin letter “T” modified into an “arrow” is characterized by an increased level of reflection in the radiation frequency bands. Therefore, it has no prospects in the construction of antenna systems with small values of K st.U.
Известна также ДДА (патент США №7432873 под названием "Multi-band printed dipole antenna", H01Q 1/38, H01Q 21/00, опубликованный 07.02.2008), содержащая тонкую прямоугольную диэлектрическую подложку с лицевой и обратной поверхностями, отрезки щелевой линии с короткозамкнутым и разомкнутым концами, играющие роль оснований двух прописных латинских букв "Т", сплошной прямоугольный заземленный печатный проводник, два различных по длине параллельных диполя, каждый из которых образован своей парой половинок. Антенна содержит также две питающие и две разомкнутые на конце вспомогательные микрополосковые линии, реализованные на лицевой поверхности подложки.Also known is DDA (US patent No. 7432873 called "Multi-band printed dipole antenna",
Фактически, в упомянутой антенне используются два диполя, реализованные в форме "незаостренной" буквы "Т" и расположенные на подложке как бы "друг за другом" (или "друг над другом" при вертикальном расположении подложки). Иными словами, осевые линии обоих отрезков щелевой линии в основаниях букв "Т" обоих диполей совпадают, а сплошной прямоугольный заземленный печатный проводник непосредственно соединен с закороченным концом отрезка щелевой линии той буквы "Т", которая соответствует короткому (т.е., высокочастотному) диполю. При этом начала питающих и вспомогательных микрополосковых линий соответствующих диполей соединены между собой, в результате чего формируется два "крючка", причем "крючок" длинного (низкочастотного) диполя расположен над одной из его половинок, а "крючок" короткого (высокочастотного) диполя во избежание пересечения с питающей линией низкочастотного диполя расположен над одним из проводников отрезка щелевой линии основания буквы "Т" высокочастотного диполя.In fact, two dipoles are used in the aforementioned antenna, implemented in the form of an “non-pointed” letter “T” and located on the substrate as if “one after another” (or “one above the other” with the vertical arrangement of the substrate). In other words, the axial lines of both segments of the slit line in the bases of the letters “T” of both dipoles coincide, and the solid rectangular grounded printed conductor is directly connected to the shorted end of the section of the slit line of the letter “T” that corresponds to the short (ie, high-frequency) dipole. In this case, the beginnings of the supply and auxiliary microstrip lines of the corresponding dipoles are interconnected, as a result of which two “hooks” are formed, the “hook” of the long (low-frequency) dipole located above one of its halves, and the “hook” of the short (high-frequency) dipole to avoid the intersection with the supply line of the low-frequency dipole is located above one of the conductors of the gap segment of the base line of the letter “T” of the high-frequency dipole.
В результате описанная ДДА, образованная "незаостренными" диполями, характеризуется хорошим согласованием в обоих диапазонах частот с питающими коаксиальными кабелями, подключенными к концам обеих питающих микрополосковых линии, расположенным в непосредственной близости к одной из сторон подложки. Другая (иными словами: противоположная только что упомянутой стороне) сторона этой пары сторон предназначена для формирования низкочастотного диполя, в то время как высокочастотный диполь реализован в центре подложки. Так как диполи следуют "друг за другом" (иными словами: расположены в эшелон), то упомянутые стороны подложки являются ее малыми сторонами.As a result, the described DDA, formed by "non-pointed" dipoles, is characterized by good matching in both frequency ranges with supply coaxial cables connected to the ends of both supply microstrip lines located in close proximity to one of the sides of the substrate. The other (in other words: the opposite side of the just mentioned side) side of this pair of sides is designed to form a low-frequency dipole, while a high-frequency dipole is implemented in the center of the substrate. Since the dipoles follow "one after another" (in other words: they are located in the echelon), the mentioned sides of the substrate are its small sides.
Однако расположенные "друг за другом" диполи в форме "незаостренной" буквы "Т" обусловливают значительный размер большой стороны подложки. Поскольку обе буквы "Т" (оба диполя) должны излучать энергию в окружающее свободное пространство, то они должны возвышаться ("выступать") над внешней поверхностью объекта установки (например: кузов автомобиля, фюзеляж маловысотного самолета) на высоту, равную сумме высот обеих букв "Т". Такое возвышение демаскирует антенну и делает ее весьма заметной в радиолокационном смысле, что далеко не всегда приветствуется разработчиками радиолокационных станций.However, dipoles arranged “one after another” in the form of an “non-pointed” letter “T” cause a significant size of the large side of the substrate. Since both letters "T" (both dipoles) must radiate energy into the surrounding free space, they must rise ("protrude") above the external surface of the installation object (for example: car body, fuselage of a low-altitude aircraft) to a height equal to the sum of the heights of both letters "T". Such an elevation unmasks the antenna and makes it very noticeable in the radar sense, which is not always welcomed by the developers of radar stations.
Таким образом, описанная в упомянутом патенте США №7432873 двухдиапазонная антенна, хотя и характеризуется вполне приемлемыми значениями входных коэффициентов стоячей волны, не удовлетворяет требованиям малости радиолокационной заметности за счет значительных размеров большой стороны подложки.Thus, the dual-band antenna described in the aforementioned US Pat. No. 7,432,873, although characterized by quite acceptable values of the input coefficients of the standing wave, does not satisfy the requirements of small radar signature due to the significant dimensions of the large side of the substrate.
Известна также ДДА (патент Российской Федерации №2432646 под названием «Двухдиапазонная печатная дипольная антенна», H01Q 1/38, опубликованный 27.10.2011), содержащая тонкую прямоугольную диэлектрическую подложку с лицевой и обратной поверхностями, имеющую пару больших и пару малых сторон. На обратной поверхности подложки выполнен отрезок щелевой линии с короткозамкнутым и разомкнутым концами так, что его продольная ось симметрии совпадает с большой осью симметрии подложки, а разомкнутый конец расположен вблизи ее малой стороны. Сплошной прямоугольный печатный проводник с парой больших и парой малых сторон выполнен также на обратной поверхности подложки. Малая сторона сплошного проводника совпадает с короткозамкнутым концом отрезка щелевой линии, а другая малая сторона сплошного проводника совпадает со второй малой стороной подложки в центральной ее части.Also known is DDA (patent of the Russian Federation No. 2432646 under the name "Dual Band Printed Dipole Antenna",
Два различных по длине параллельных диполя, каждый из которых образован парой идентичных коллинеарных узких печатных проводников, выполнены на лицевой поверхности подложки так, что расстояние между смежными кромками их узких печатных проводников равно их ширине. Питающая микрополосковая линия, ширина которой в три-пять раз меньше ширины проводника отрезка щелевой линии, а длина равна длине большой стороны подложки, выполнена на лицевой ее поверхности параллельно большой ее оси симметрии со сдвигом, обеспечивающим симметричное расположение питающей линии над одним из проводников отрезка щелевой линии. Вспомогательная микрополосковая линия с разомкнутым концом, ширина которой равна ширине питающей микрополосковой линии, а длина равна длине отрезка щелевой линии, выполнена также на лицевой поверхности подложки. При этом вспомогательная линия расположена над вторым проводником отрезка щелевой линии симметрично. Начало вспомогательной линии гальванически соединено с узкими печатными проводниками обоих диполей, что достигается за счет небольшого участка металлизации (фольги) на лицевой поверхности подложки в зоне соединения, реализуемого в технологическом цикле изготовления антенны.Two parallel dipoles of different lengths, each of which is formed by a pair of identical collinear narrow printed conductors, are made on the front surface of the substrate so that the distance between the adjacent edges of their narrow printed conductors is equal to their width. The microstrip feed line, whose width is three to five times smaller than the width of the conductor of the slot line segment, and the length is equal to the length of the large side of the substrate, is made on its front surface parallel to its major axis of symmetry with a shift that provides a symmetrical arrangement of the supply line over one of the conductors of the slot segment lines. An auxiliary microstrip line with an open end, the width of which is equal to the width of the supply microstrip line, and the length is equal to the length of the slot line, is also made on the front surface of the substrate. In this case, the auxiliary line is located symmetrically above the second conductor of the slot line segment. The beginning of the auxiliary line is galvanically connected to the narrow printed conductors of both dipoles, which is achieved due to the small metallization (foil) section on the front surface of the substrate in the connection zone, which is implemented in the antenna manufacturing cycle.
В упомянутой антенне максимум ее диаграммы направленности в обоих диапазонах будет наблюдаться в направлении оси, перпендикулярной малой стороне подложки и ориентированной в направлении диполей. В то же время излучение в противоположном направлении (в сторону разъема) будет существенно ослаблено, так как сплошной печатный проводник соединяется гальванически с корпусом объекта установки, то есть фактически с «землею». При этом ширина узких коллинеарных печатных проводников обоих диполей выбирается в пределах (1,5…2) мм для обеспечения необходимой степени адгезии проводящей медной фольги с диэлектриком, и слабо влияет на форму диаграмм направленности и уровень согласования в обоих диапазонах.In the aforementioned antenna, the maximum of its radiation pattern in both ranges will be observed in the direction of the axis perpendicular to the small side of the substrate and oriented in the direction of the dipoles. At the same time, radiation in the opposite direction (toward the connector) will be significantly attenuated, since a solid printed conductor is galvanically connected to the casing of the installation object, that is, in fact, to the ground. The width of the narrow collinear printed conductors of both dipoles is selected within (1.5 ... 2) mm to provide the necessary degree of adhesion of the conductive copper foil to the dielectric, and weakly affects the shape of the radiation patterns and the level of matching in both ranges.
Однако, несмотря на то, что упомянутая двухдиапазонная антенна характеризуется существенно меньшей выступающей над заземленной поверхностью объекта установки высотой и уменьшенной радиолокационной заметностью по сравнению с двухдиапазонной антенной по ранее упомянутому патенту США №7432873, все-таки она в начале дециметрового диапазона (частоты выше 300 МГц) имеет значительные габариты и ощутимый уровень диссипативных потерь в проводниках и диэлектрике подложки. Так, на частоте 500 МГц габаритные размеры фольгированной печатной заготовки из типового Российского двухсторонне фольгированного сверхвысокочастотного диэлектрического материала «Фторопласт фольгированный армированный» ФАФ-4Д составляют порядка 350*400 квадратных мм. При длине диполя порядка 310…330 мм начинают существенно сказываться не только диссипативные («джоулевы») потери в проводниках и диэлектрике антенны, но и влияние конечных допусков на параметры фольгированной диэлектрической заготовки (такие, как: разброс толщины подложки как в партии листов, так и у разных фирм-производителей; вариации относительной диэлектрической проницаемости как в пределах партии листов, так и в зависимости от направления стекловолокна, армирующего подложку), а также конечная разрешающая способность технологии печатной реализации. В результате и эта двухдиапазонная антенна зачастую не удовлетворяет современным требованиям малости коэффициентов отражения одновременно в полосах частот обоих рабочих диапазонов.However, despite the fact that the aforementioned dual-band antenna is characterized by a significantly lower height protruding above the grounded surface of the installation object and reduced radar visibility compared to the dual-band antenna according to the previously mentioned US patent No. 7432873, it is still at the beginning of the decimeter range (frequencies above 300 MHz ) has significant dimensions and a noticeable level of dissipative losses in the conductors and dielectric of the substrate. So, at a frequency of 500 MHz, the overall dimensions of a foil printed preform from a typical Russian double-sided foil microwave material “Ftoroplast reinforced foil” FAF-4D are about 350 * 400 square mm. With a dipole length of the order of 310 ... 330 mm, not only dissipative ("Joule") losses in the conductors and dielectric of the antenna begin to significantly affect, but also the influence of finite tolerances on the parameters of the foil dielectric blank (such as the spread of the thickness of the substrate in a batch of sheets, so and among different manufacturers; variations in the relative dielectric constant both within the batch of sheets and depending on the direction of the glass fiber reinforcing the substrate), as well as the final resolution of the furnace technology Noah implementation. As a result, this dual-band antenna often does not meet the modern requirements of the smallness of reflection coefficients simultaneously in the frequency bands of both operating ranges.
Известна также ДДА (патент Великобритании №460570 под названием "Improvements in or relating to radio receiving antenna systems" от 29.01.1937), выбранная в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Эта антенна (согласно фиг. 2 ее Описания) содержит питающую симметричную двухпроводную линию и расположенные под углом в одной плоскости первый (позиция "а" на фиг. 2 ее Описания), второй (позиция "b"), третий (позиция "с") и четвертый (позиция "d") тонкие проводники, причем первый и второй, а также третий и четвертый проводники выполнены коллинеарно (соосно). При этом смежные концы проводников гальванически соединены между собой и каждым из двух выводов питающей двухпроводной линии (выводы этой линии обозначены позицией «о» на фиг. 2 ее Описания). Сама линия (см. фиг. 4 ее Описания) возбуждается от трансформатора связи 23 с заземленной средней точкой 24, который (см. пункт 7 многоступенчатой Формулы ее изобретения) обеспечивает либо противофазное возбуждение диполей при работе антенны на передачу, либо съем сигнала с диполей на вход приемника при работе на прием. По современной терминологии теории цепей СВЧ аналогом двухобмоточного трансформатора с заземленной средней точкой и двумя противофазными выходами одной из обмоток является противофазный делитель мощности в отношении 1:1, реализованный на коаксиальных, полосковых или щелевых линиях.Also known is DDA (UK patent No. 460570 entitled "Improvements in or relating to radio receiving antenna systems" from 01.29.1937), selected as a prototype of the invention. This antenna (according to Fig. 2 of its Description) contains a symmetrical two-wire line and located at an angle in one plane, the first (position "a" in Fig. 2 of its Description), the second (position "b"), the third (position "c" ) and the fourth (position "d") thin conductors, the first and second, as well as the third and fourth conductors being made collinear (coaxial). In this case, the adjacent ends of the conductors are galvanically connected to each other and to each of the two terminals of the supply two-wire line (the terminals of this line are indicated by “o” in Fig. 2 of its Description). The line itself (see Fig. 4 of its Description) is excited from a
В результате соответствующего выбора длин диполей возможна реализация двухдиапазонной антенны со смежными полосами рабочих частот, когда высокочастотная граница низкочастотного (нижнего) диапазона совпадает с низкочастотной границей высокочастотного (верхнего) диапазона. Кроме этого, возможна также такая реализация описанной антенны, когда между низкочастотным и высокочастотным диапазонами имеется достаточно протяженная нерабочая область частот, т.е., нижний и верхний диапазоны являются несмежными.As a result of the appropriate choice of dipole lengths, it is possible to implement a dual-band antenna with adjacent operating frequency bands when the high-frequency boundary of the low-frequency (lower) range coincides with the low-frequency boundary of the high-frequency (upper) range. In addition, such an implementation of the described antenna is also possible when there is a sufficiently extended non-working frequency range between the low-frequency and high-frequency ranges, i.e., the lower and upper ranges are non-adjacent.
Также возможна и третья реализация, когда резонансные частоты обоих диполей лежат несколько ниже (для длинного диполя) и несколько выше (для короткого диполя) некоторой особой (средней) частоты. В этом случае общая полоса пропускания упомянутой антенны, как отмечается в строках 47-56 страницы 1 ее Описания, расширяется: "…these frequencies lying respectively above and below the said particular frequency, the transmission line being given an impedance greater than that of the dipoles at resonance, but so chosen in relation to the points of connection that a substantially flat response is obtained to signals lying intermediate the resonant frequencies of the dipoles". Ясно, что в этом случае антенна не может быть квалифицирована как двухдиапазонная: она является однодиапазонной с расширенной полосой пропускания, когда при резонансе одного из диполей другой диполь имеет высокое входное сопротивление и его влиянием, согласно строкам 97-104 страницы 2 ее Описания, можно пренебречь: "…At or near the resonance condition of either arm of a dipole the other arm appears to be high impedance and can be neglected. Thus for certain frequencies the arms "a" and "b" will be responsive and at other frequencies the arms "c" and "d" will be responsive". Фактически, упомянутые строки 97-104 являются характеристикой параллельного соединения двух произвольных комплексных сопротивлений, роль которых выполняют длинный и короткий диполи. Подобная аналогия бесспорна, когда электромагнитные поля обоих диполей практически не интерферируют между собой в дальней зоне Фраунгофера. Недаром на фигурах 2-9 Описания патента Великобритании №460570 коллинеарные диполи расположены практически под прямым углом друг к другу или выполнены не коллинеарными, а V-образными. В этом случае их электромагнитные поля весьма слабо интерферируют в дальней зоне Фраунгофера.A third realization is also possible, when the resonance frequencies of both dipoles lie slightly lower (for a long dipole) and slightly higher (for a short dipole) of some special (average) frequency. In this case, the total bandwidth of the mentioned antenna, as noted in lines 47-56 of
Совсем иная картина наблюдается при печатном исполнении, когда коллинеарные диполи параллельны друг другу, а смежные кромки их узких вытянутых печатных проводников расположены в непосредственной близости. В этом случае электромагнитные поля обоих диполей интенсивно интерферируют в дальней зоне Фраунгофера и вряд ли возможна аналогия с двумя независимыми друг от друга комплексными сопротивлениями, соединенными параллельно: входной импеданс обоих параллельно соединенных печатных диполей изменяется с частотой в широких пределах и один диполь существенно влияет на другой. В результате, по оценкам Заявителя, согласование упомянутой антенны с питающим коаксиальным кабелем существенно ухудшается, доходя до уровней, которые неприемлемы для режима передачи и оправданы лишь для режима приема, когда потери мощности сигнала за счет отражений можно компенсировать в усилительном тракте приемника.A completely different picture is observed with the printed version, when the collinear dipoles are parallel to each other, and the adjacent edges of their narrow elongated printed conductors are located in close proximity. In this case, the electromagnetic fields of both dipoles intensively interfere in the far Fraunhofer zone and it is hardly possible to analogy with two independent complex resistances connected in parallel: the input impedance of both parallel connected printing dipoles varies widely over frequency and one dipole significantly affects the other . As a result, according to the Applicant, the coordination of the aforementioned antenna with the supply coaxial cable is significantly deteriorating, reaching levels that are unacceptable for the transmission mode and justified only for the reception mode, when the signal power loss due to reflections can be compensated in the receiver amplification path.
Кроме того, в упомянутой антенне оба диполя питаются от симметричной (балансной) двухпроводной линии на смежных, расположенных в непосредственной близости, клеммах в центре диполей. При печатной реализации, когда питание антенны осуществляется, как правило, от несимметричного (небалансного) относительно «земли» коаксиального кабеля, необходимо использовать печатные симметрирующие устройства (balance units), обеспечивающие переход от несимметричного кабеля к симметричной нагрузке, которой являются параллельно соединенные диполи (см., например, работу: Под ред. Д.И. Воскресенского. «Антенны и устройства СВЧ. (Проектирование фазированных антенных решеток)». - М.: Радио и связь, 1981, раздел 9.5. Вибраторные антенны в печатном исполнении, стр. 187-190). Это подтверждается также и тем, что во всех вышеупомянутых аналогах печатные симметрирующие устройства той или иной структуры обязательно присутствуют. И их печатные фрагменты, реализованные травлением медной фольги с пробельных мест диэлектрической подложки рядом с центральными, близкими друг к другу смежными клеммами питания диполей, существенно усложняют компоновочную схему печатной антенны за счет дополнительных проводящих фрагментов, а также изгибов и поворотов печатных полосковых линий. Наличие упомянутых фрагментов, изгибов и поворотов приводит к еще большему ухудшению согласования антенны с коаксиальным кабелем. В идеале, было бы весьма желательно не соединять со смежными центральными клеммами диполей какие-либо проводящие фрагменты или полосковые линии, т.е., поставить центральные клеммы диполей в режим холостого хода (оставить эти клеммы разомкнутыми).In addition, in the aforementioned antenna, both dipoles are powered by a symmetrical (balanced) two-wire line at adjacent terminals located in the immediate vicinity in the center of the dipoles. In a printed implementation, when the antenna is supplied, as a rule, from an asymmetric (unbalanced) to the “ground” coaxial cable, it is necessary to use printed balancing devices (balance units), which provide a transition from an unbalanced cable to a symmetrical load, which are parallel connected dipoles (see ., for example, work: Edited by DI Voskresensky. "Antennas and microwave devices. (Designing phased antenna arrays)." - M.: Radio and Communications, 1981, section 9.5. Vibrator antennas in printed media nenii, pp. 187-190). This is also confirmed by the fact that in all the aforementioned analogs, printed balancing devices of one or another structure are necessarily present. And their printed fragments, realized by etching copper foil from the blank spaces of the dielectric substrate near the central, adjacent adjacent dipole power terminals, significantly complicate the layout of the printed antenna due to additional conductive fragments, as well as bends and turns of printed strip lines. The presence of the aforementioned fragments, bends and turns leads to even greater deterioration of the coordination of the antenna with the coaxial cable. Ideally, it would be highly advisable not to connect any conductive fragments or strip lines to adjacent central dipole terminals, i.e., to put the central dipole terminals in idle mode (leave these terminals open).
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является улучшение согласования ДДА с питающим фидером в каждом из двух несмежных диапазонов частот.The objective (technical result) of the present invention is to improve the matching of the DDA with the supply feeder in each of two non-adjacent frequency ranges.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известной двухдиапазонной антенне, содержащей длинный и короткий диполи, одноименные клеммы питания которых соединены между собой, противофазный делитель мощности в отношении 1:1, выходы которого соединены непосредственно с клеммами питания диполей, диполи расположены в одной плоскости, клеммы питания диполей локализованы на удаленных их концах, длинный диполь выполнен в виде меандра, продольный размер которого равен длине короткого диполя, а вход противофазного делителя мощности является входом антенны.The solution to this problem is ensured by the fact that in the well-known dual-band antenna containing long and short dipoles, the power terminals of the same name are interconnected, an out-of-phase power divider in the ratio 1: 1, the outputs of which are connected directly to the power terminals of the dipoles, the dipoles are located in the same plane, the dipole power terminals are located at their remote ends, the long dipole is made in the form of a meander, the longitudinal size of which is equal to the length of the short dipole, and the input of the antiphase power divider input antenna.
На фиг. 1 изображена компоновочная схема предлагаемой ДДА, на фиг. 2 представлена печатная версия ее реализации на отечественном двухсторонне фольгированном материале ФАФ-4Д, на фиг. 3 указаны ключевые геометрические размеры излучающей части ДДА, на фиг. 4 приведены теоретические и экспериментальные частотные характеристики коэффициента отражения изготовленной ДДА, на фиг. 5 изображены диаграммы направленности в плоскостях электрического и магнитного векторов для центральной частоты нижнего диапазона, на фиг. 6 - те же диаграммы для центральной частоты верхнего диапазона.In FIG. 1 shows a layout diagram of the proposed DDA, in FIG. 2 presents a printed version of its implementation on the domestic double-sided foil material FAF-4D, in FIG. 3 shows the key geometric dimensions of the radiating part of the DDA; in FIG. 4 shows the theoretical and experimental frequency characteristics of the reflection coefficient of the manufactured DDA; FIG. 5 shows radiation patterns in the planes of electric and magnetic vectors for the center frequency of the lower range; FIG. 6 - the same diagrams for the center frequency of the upper range.
Предлагаемая ДДА (фиг. 1) содержит длинный 1 и короткий 2 диполи, состоящие из двух симметричных половин каждый, одноименные клеммы 3, 4 (другими словами: левые) и 5, 6 (другими словами: правые) питания которых соединены между собой идентичными короткими проводниками 7, электрическая длина которых составляет менее 1/10 электрической длины короткого диполя 2. Антенна содержит также противофазный делитель мощности 8 в отношении 1:1. Выходы 9 и 10 делителя 8 непосредственно соединены соответственно с клеммами 3, 4 и 5, 6 питания диполей 1 и 2. При этом оба диполя 1 и 2 расположены в одной плоскости XOZ, а клеммы 3, 4 и 5, 6 питания локализованы на удаленных их концах. Поэтому оба центральных смежных, расположенных в непосредственной близости, конца 11 и 12 соответственно диполей 1 и 2 ни с чем не соединены (находятся в режиме холостого хода). При этом длинный (низкочастотный) диполь 1 выполнен в виде меандра, продольный размер которого равен длине короткого (высокочастотного) диполя 2. Поперечный размер меандра выбирается так, чтобы общая длина свернутого в меандр диполя 1 была бы равна половине длины волны λ0L, соответствующей центральной частоте ƒ0L нижнего диапазона частот ƒLL…ƒLH:The proposed DDA (Fig. 1) contains a long 1 and a short 2 dipoles, consisting of two symmetrical halves each, the
где:Where:
ƒ0L - центральная частота нижнего диапазона частот;ƒ 0L - center frequency of the lower frequency range;
λ0L - длина волны на центральной частоте нижнего диапазона частот;λ 0L is the wavelength at the center frequency of the lower frequency range;
ƒLL - нижняя граничная частота нижнего диапазона частот;ƒ LL - lower boundary frequency of the lower frequency range;
ƒLH - верхняя граничная частота нижнего диапазона частот.ƒ LH is the upper cutoff frequency of the lower frequency range.
В тоже время длина короткого диполя 2 составляет половину длины волны λ0H, соответствующей центральной частоте ƒ0H верхнего диапазона частот ƒHL…ƒHH:At the same time, the length of the
где:Where:
ƒ0H - центральная частота верхнего диапазона частот;ƒ 0H is the center frequency of the upper frequency range;
λ0H - длина волны на центральной частоте верхнего диапазона частот;λ 0H - wavelength at the center frequency of the upper frequency range;
ƒHL - нижняя граничная частота верхнего диапазона частот;ƒ HL - lower boundary frequency of the upper frequency range;
ƒHH - верхняя граничная частота верхнего диапазона частот.ƒ HH - upper cutoff frequency of the upper frequency range.
Вход 13 противофазного делителя мощности 8 является входом антенны и к нему подключается несимметричный источник 14 широкополосного СВЧ сигнала ES с вещественным внутренним сопротивлением RS (позиция 15).The
Принцип действия предлагаемой ДДА состоит в следующем.The principle of operation of the proposed DDA is as follows.
Пусть амплитуда гармонического СВЧ сигнала, подводимого через коаксиальный кабель (на фиг. 1 кабель условно не показан) от несимметричного генератора 14 к входу 13 противофазного делителя 8 остается неизменной в широкой полосе частот, включающей в себя оба рабочих диапазона: нижний с центральной частотой ƒ0L и верхний с частотой ƒ0H, которым соответствуют длины волн (1). Поданный на вход 13 сигнал генератора с комплексной амплитудой 
где:Where:
В результате под воздействием напряжений (3) на поверхностях обеих половин тонких излучающих проводников каждого из диполей 1 и 2 возникает распределенный по синусоидальному закону поверхностный ток проводимости соответственно на частоте ƒ0L нижнего и частоте ƒ0H верхнего диапазонов, так как полная длина диполей 1 и 2 (другими словами: суммарная длина соответствующих половин) близка к половине соответствующих длин волн λ0L и λ0H [соотношение (1), а также см., например, описание излучения полуволновых диполей в работе: Г.Т. Марков и Д.М. Сазонов. Антенны. М.: Энергия, 1975, глава 2 «Вибраторные антенны (теория)»]. Поскольку диаметр d=2a тонких излучающих проводников диполей 1 и 2 при их классическом исполнении выбирается весьма малым по сравнению с длиной λ0H волны верхнего диапазонаAs a result, under the influence of voltages (3), on the surfaces of both halves of the thin radiating conductors of each of
где:Where:
а - радиус тонких излучающих проводников диполей 1 и 2, a is the radius of the thin radiating conductors of
то фактически упомянутые поверхностные токи проводимости можно считать «нитевидными», то есть локализованными вдоль продольных осей цилиндрических проводников диполей 1 и 2 (см. упомянутую работу Г.Т. Маркова и Д.М. Сазонова, разделы 2.4 и 2.5). При этом, поскольку в используемой классической методике анализа диполей векторный потенциал определяется только локальным значением тока в данной (текущей) точке каждого из диполей, то, согласно вышеупомянутой работы Г.Т. Маркова, Д.М. Сазонова «Антенны», страница 58, закон распределения тока вдоль каждого из диполей не зависит от формы и степени изогнутости диполей. В этом случае под координатой z (фиг. 1) следует понимать расстояние от начала координат до данной (текущей) точки диполя вдоль оси его изогнутого проводника.then actually the mentioned surface conduction currents can be considered “filamentary”, that is, localized along the longitudinal axes of the cylindrical conductors of
Изменяющиеся во времени «нитевидные» высокочастотные токи проводимости, протекающие по ничем не экранированным тонким излучающим проводникам диполей 1 и 2, неизбежно приводят к возникновению и поддержанию переменных во времени токов смещения в пространстве, окружающем оба диполя. Поскольку концы 11 и 12 диполей 1 и 2 соответственно разомкнуты и ни с чем не соединены, то поверхностный ток проводимости на этих концах становится равным нулю. Следовательно, по закону Максвелла о непрерывности полного тока, наибольшая величина тока смещения будет в той части пространства, которая окружает соединенные между собой дальние концы 3, 4 и 5, 6 обоих диполей 1 и 2. В то же время в той части пространства, которая окружает центральные смежные, лежащие в непосредственной близости, концы 11 и 12 диполей 1 и 2, интенсивность токов смещения становится пренебрежимо малой. Это означает, что центральная область как предлагаемой на фиг. 1 ДДА, так и реализованной впоследствии в печатном исполнении (см. далее), практически не влияет на формирование излучения и, по сравнению со всеми упомянутыми выше аналогами, не оказывает деструктивного влияния на качество согласования диполей 1 и 2 с делителем мощности 8, который, в свою очередь, согласовывается с генератором 14.Time-varying “filiform” high-frequency conduction currents flowing through the unshielded thin radiating conductors of
Таким образом, при правильной настройке ДДА (иными словами: при соответствующем подборе длин излучающих проводников диполей 1 и 2) возникает и поддерживается интенсивное излучение электромагнитной энергии в направлении орта 
Описанный принцип действия целесообразно конкретизировать на примере печатного исполнения всех узлов предлагаемой ДДА (фиг. 2, серым цветом показана проводящая металлизация обеих сторон диэлектрической подложки) для последующих экспериментальных исследований. Так, при выборе в качестве подложки материала ФАФ-4Д с относительной диэлектрической проницаемостью εr=2.5, толщиной h=1.5 мм и габаритными размерами А×В=110×69 мм удается реализовать на соответствующих ее сторонах оба диполя 1 и 2, а также щелевой противофазный делитель мощности в отношении 1:1. Ширина w печатных проводников диполей выбрана из условия обеспечения необходимой степени адгезии их к подложке: w=2 мм (см. работу: Под ред. В.И. Вольмана. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств. М.: Радио и связь, 1982. - 328 с.: ил., раздел 4.1). При этом значения центральных частот рабочих диапазонов составили: ƒ0L=2 ГГц, ƒ0H=4 ГГц.It is advisable to specify the described operation principle by the example of the printed version of all nodes of the proposed DDA (Fig. 2, the gray color indicates the conductive metallization of both sides of the dielectric substrate) for subsequent experimental studies. So, when choosing FAF-4D material with a relative dielectric constant ε r = 2.5, thickness h = 1.5 mm and overall dimensions A × B = 110 × 69 mm as the substrate, it is possible to implement both
Конкретные величины геометрических размеров топологии предлагаемой ДДА (иными словами, настройка антенны в целом) находятся как результат оптимального решения соответствующей системы электродинамических уравнений, формируемых с использованием метода конечных элементов во временной области и реализованных в программном комплексе полноволнового трехмерного электродинамического моделирования "CST Studio Suite", доступном по ссылке: URL: http://www.cst.com/academia/student-edition. Противофазный щелевой делитель мощности 8 (фиг. 1) реализован на фиг. 2 в печатном исполнении согласно методике и рекомендаций работы: Bialkowski М.Е., Abbosh A.M. Design of a compact UWB out-of-phase power divider // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 17, no. 4, pp. 289-291, Apr. 2007. Его геометрические размеры после оптимизации (настройки) ДДА вышеупомянутой программой "CST Studio Suite" составили (фиг. 2, в миллиметрах):The specific geometric dimensions of the topology of the proposed DDA (in other words, tuning the antenna as a whole) are found as the result of the optimal solution of the corresponding system of electrodynamic equations generated using the finite element method in the time domain and implemented in the CST Studio Suite full-wave three-dimensional electrodynamic modeling software package, available at: URL: http://www.cst.com/academia/student-edition. The antiphase slotted power divider 8 (FIG. 1) is implemented in FIG. 2 in printed form according to the methodology and recommendations of the work: Bialkowski M.E., Abbosh A.M. Design of a compact UWB out-of-phase power divider // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., Vol. 17, no. 4, pp. 289-291, Apr. 2007. Its geometric dimensions after optimization (tuning) of the DDA by the aforementioned CST Studio Suite program amounted to (Fig. 2, in millimeters):
Для обеспечения хорошего согласования ДДА с печатным противофазным делителем мощности 8 в его общем заземленном проводнике 16 (фиг. 2) реализованы два одинаковых пьедестала 17 на основании рекомендаций работы: Научно-технические серии. Выпуск 3: Устройства СВЧ и антенные системы. Книга 1: Антенные системы локации, навигации и радиосвязи. Коллективная монография / Под ред. А.Ю. Гринёва. - М.: Радиотехника, 2013. - 176 с.: ил., страницы 44-50. Оптимальные значения размеров проводника 16 и пьедесталов 17 после настройки составили (в миллиметрах):To ensure good coordination of the DDA with the printed
Совместной с делителем и пьедесталами 17 настройке подлежала и излучающая область предлагаемой ДДА, включающая в себя диполи 1 и 2 с соединительными линиями 7 (фиг. 1), что привело к результатам (фиг. 3, серым цветом показана проводящая металлизация):Together with the divider and pedestals 17, the emitting region of the proposed DDA was also subject to tuning, including
В результате, СВЧ генератор 14 (фиг. 1) подключен на входе 13 антенны к итоговому входному комплексному сопротивлению ZA=RA+jXA, модуль |ХА| реактивной составляющей которого удается минимизировать в обоих рабочих диапазонах до значений (0,01…0,03) RA. В то же время саму величину вещественной составляющей RA удается эффективно приблизить к уровню волнового сопротивления ρ0 питающего коаксиального кабеля, равного по величине вещественному внутреннему сопротивлению 15 генератора 14 (фиг. 1): ρ0=RS. При этом внутренний проводник («жила») кабеля соединяется гальванически (например, пайкой) с точкой «К» топологии (фиг. 2), а экранирующий проводник («оплетка») кабеля - с точкой «К1» заземленного проводника 16 (фиг. 2). Совокупность вышеуказанных размеров печатной ДДА обеспечивает на обеих частотах ƒ0L и ƒ0H минимальный уровень входного Kcm.U, равный 1.12, что следует из частотной характеристики модуля входного коэффициента отражения [фиг. 4, сплошные линии - теоретическая характеристика для низкочастотного (поз. 18) и высокочастотного (поз. 19) диапазонов].As a result, the microwave generator 14 (Fig. 1) is connected at the
Для экспериментального подтверждения результатов решения поставленной задачи был изготовлен печатный образец предлагаемой ДДА с вышеприведенными геометрическими размерами при питании посредством полужесткого коаксиального кабеля РК-50-2-25А (ρ0=50 Ом). Входной коэффициент отражения (фиг. 4, экспериментальные точки поз. 20) измерен с использованием векторного анализатора цепей Agilent N524A (PNA-X). Диаграммы направленности по полю в плоскости XOZ электрического вектора FE и в плоскости YOZ магнитного вектора FH измерены по критериям дальней зоны Фраунгофера в безэховых условиях антенной лаборатории с применением стандартных методик калибровки и измерений с использованием генератора сигналов E825D PSG, стандартной рупорной антенны и поворотных устройств по азимуту и углу места с точностью установки углов ±1°. После компьютерной обработки результатов измерений построены соответствующие диаграммы направленности. Так на фиг. 5, позиция 21 представлена диаграмма FE, а в позиции 22 - диаграмма FH на частоте ƒ0L=1.99 ГГц. Те же диаграммы направленности для центральной частоты ƒ0H=3.93 ГГц верхнего диапазона представлены соответственно на фиг. 6 (позиции 23 и 24), причем направления осей декартовой системы координат указаны на фигурах 1-3.To experimentally confirm the results of solving this problem, a printed sample of the proposed DDA was manufactured with the above geometric dimensions when powered by a semi-rigid coaxial cable RK-50-2-25A (ρ 0 = 50 Ohm). The input reflection coefficient (Fig. 4, experimental points, item 20) was measured using an Agilent N524A (PNA-X) vector network analyzer. The radiation patterns along the field in the XOZ plane of the electric vector F E and in the YOZ plane of the magnetic vector F H were measured according to the criteria of the Fraunhofer far zone in anechoic conditions of the antenna laboratory using standard calibration and measurement methods using the E825D PSG signal generator, a standard horn antenna and rotary devices in azimuth and elevation with an accuracy of angles of ± 1 °. After computer processing of the measurement results, the corresponding radiation patterns were constructed. So in FIG. 5,
Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о решении поставленной задачи: улучшение согласования двухдиапазонной антенны с питающим коаксиальным фидером в каждом из двух несмежных диапазонов частот за счет использования для ее возбуждения широкополосного противофазного делителя мощности СВЧ в отношении 1:1, выходные напряжения которого прикладываются к удаленным концам обоих диполей, смежные, близко расположенные концы которых разомкнуты. В описанной конкретной печатной ДДА уровень рассогласования уменьшен по сравнению с прототипом на 35%.Thus, the presented results indicate the solution of the problem posed: improving the matching of a dual-band antenna with a supplying coaxial feeder in each of two non-adjacent frequency ranges due to the use of a wide-band antiphase microwave power divider in the ratio 1: 1, the output voltages of which are applied to the remote ends both dipoles, adjacent, closely spaced ends of which are open. In the described specific printed DDA, the level of mismatch is reduced compared to the prototype by 35%.
Указанные обстоятельства в совокупности позволяют рекомендовать предлагаемую ДДА для использования в стационарных и мобильных телекоммуникационных системах диапазона СВЧ с линейной поляризацией излучаемых/принимаемых радиосигналов, когда к системам предъявляются повышенные требования к уровню согласования с источником СВЧ сигнала.These circumstances together allow us to recommend the proposed DDA for use in stationary and mobile telecommunication systems of the microwave range with linear polarization of the emitted / received radio signals, when increased requirements are placed on the systems to the level of coordination with the source of the microwave signal.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019115309A RU2712798C1 (en) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | Dual-band antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019115309A RU2712798C1 (en) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | Dual-band antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2712798C1 true RU2712798C1 (en) | 2020-01-31 |
Family
ID=69624803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019115309A RU2712798C1 (en) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | Dual-band antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2712798C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB460570A (en) * | 1934-04-28 | 1937-01-29 | Marconi Wireless Telegraph Co | Improvements in or relating to radio receiving antenna systems |
| US6310584B1 (en) * | 2000-01-18 | 2001-10-30 | Xircom Wireless, Inc. | Low profile high polarization purity dual-polarized antennas |
| US7432873B2 (en) * | 2005-02-18 | 2008-10-07 | France Telecom | Multi-band printed dipole antenna |
| RU2432646C1 (en) * | 2010-04-23 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Dual-band printed dipole antenna |
-
2019
- 2019-05-20 RU RU2019115309A patent/RU2712798C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB460570A (en) * | 1934-04-28 | 1937-01-29 | Marconi Wireless Telegraph Co | Improvements in or relating to radio receiving antenna systems |
| US6310584B1 (en) * | 2000-01-18 | 2001-10-30 | Xircom Wireless, Inc. | Low profile high polarization purity dual-polarized antennas |
| US7432873B2 (en) * | 2005-02-18 | 2008-10-07 | France Telecom | Multi-band printed dipole antenna |
| RU2432646C1 (en) * | 2010-04-23 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Dual-band printed dipole antenna |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Антенны и устройства СВЧ. (Проектирование фазированных антенных решеток) Под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1981, с. 187-190. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100836213B1 (en) | Antenna, radio device, method of designing antenna, and method of measuring operating frequency of antenna | |
| US8487821B2 (en) | Methods and apparatus for a low reflectivity compensated antenna | |
| US7109928B1 (en) | Conformal microstrip leaky wave antenna | |
| WO2015182677A1 (en) | Multiple antenna and wireless device provided with same | |
| US20070285331A1 (en) | Two-Sided Overlapping Coupled Sectorial Loop Antenna | |
| US20170149145A1 (en) | Cross-Dipole Antenna Configurations | |
| US20170222326A1 (en) | Slotted slot antenna | |
| Sheta et al. | Multi‐band operation of a compact H‐shaped microstrip antenna | |
| US10886620B2 (en) | Antenna | |
| TW201517381A (en) | Compact antenna with dual tuning mechanism | |
| RU2432646C1 (en) | Dual-band printed dipole antenna | |
| KR20110129475A (en) | Multimode antenna structure | |
| Cheng et al. | Decoupling of two-element printed-dipole antenna array by optimal meandering design | |
| JP5900660B2 (en) | MIMO antenna and radio apparatus | |
| Luzon et al. | Slotted circular polarized rectangular microstrip patch antenna with enhanced bandwidth for wireless communication in 2.45 GHz | |
| KR100198687B1 (en) | Array antenna with forced excitation | |
| RU2712798C1 (en) | Dual-band antenna | |
| CN115513655A (en) | Integrated antenna and electronic equipment | |
| RU2351042C1 (en) | Printed antenna | |
| TWI559614B (en) | Dual - frequency directional antenna device and its array | |
| RU2472261C1 (en) | Dipole emitter | |
| JPH0467363B2 (en) | ||
| TWI467853B (en) | Dual band antenna and wireless communication device using the same | |
| RU2459326C1 (en) | Dipole antenna | |
| RU2776603C1 (en) | Printed dual-band dipole antenna |