компактная микрополосковая антенна без использования диэлектрика (варианты)

Формула изобретения

1. Микрополосковая антенна, содержащая излучающую пластину, которая с помощью конструктивных элементов поддерживается над экраном и соединена с линией питания, а также емкостные элементы, соединенные с излучающей пластиной, отличающаяся тем, что емкостные элементы расположены на краях излучающей (702) пластины и экрана (701) и выполнены в виде двух, по меньшей мере, протяженных ребер (703) или набора коротких ребер (1203), загнутых внутрь пространства между экраном и излучающей пластиной для обеспечения уменьшения резонансного размера.

2. Микрополосковая антенна по п.1, отличающаяся тем, что плоскость и линия расположения упомянутых ребер расположены вдоль Н-плоскости.

3. Микрополосковая антенна по п.2, отличающаяся тем, что ребра на краях излучающей (702) пластины и на экране (701) расположены противоположно друг другу.

4. Микрополосковая антенна по п.3, отличающаяся тем, что ребра (703) излучающей (702) пластины или экрана (701) расположены соответственно снаружи экрана (701) или излучающей (702) пластины.

5. Микрополосковая антенна по п.3, отличающаяся тем, что ребра (703) излучающей (702) пластины и экрана (701) загнуты далее внутрь так, чтобы по существу располагаться на определенном протяжении противоположно соответственно экрану (701) или излучающей (702) пластине.

6. Микрополосковая антенна по п.4, отличающаяся тем, что ребра (703) излучающей (702) пластины или экрана (701) загнуты далее наружу так, чтобы по существу располагаться на определенном протяжении противоположно соответственно экрану (701) и излучающей (702) пластине.

7. Микрополосковая антенна по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что указанные ребра (703) имеет длину, равную длине экрана (701) и излучающей (702) пластины.

8. Микрополосковая антенна по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что указанные ребра выполнены в виде раздельного набора ребер (803, 1203) по всему периметру краев излучающей (802, 1202) пластины и экрана (801, 1201).

9. Микрополосковая антенна по п.8, отличающаяся тем, что ребра (803, 1203) из набора ребер излучающей (802, 1202) пластины и экрана (801, 1201) смещены относительно друг друга.

10. Микрополосковая антенна по п.8, отличающаяся тем, что ребра (803, 1203) из набора ребер излучающей (802, 1202) пластины и экрана (801, 1201) расположены в одной плоскости в промежутках между ребрами (803, 1203) из набора ребер соответственно экрана (801, 1201) и излучающей (802, 1202) пластины.

11. Микрополосковая антенна по п.8, отличающаяся тем, что раздельный набор (803, 1203) ребер излучающей (802, 1202) пластины и экрана (801, 1201) расположен соответственно снаружи экрана (801, 1201) или излучающей (802, 1202) пластины противоположно друг другу.

12. Микрополосковая антенна по п.8, отличающаяся тем, что раздельный набор (803, 1203) ребер излучающей (802, 1202) пластины или экрана (801, 1201) загнут далее внутрь так, чтобы по существу располагаться на определенном протяжении противоположно соответственно экрану (801, 1201) или излучающей (802, 1202) пластине.

13. Микрополосковая антенна по п.12, отличающаяся тем, что загнутые ребра из набора (803, 1203) ребер излучающей (802, 1202) пластины и экрана (801, 1201) смещены относительно друг друга.

14. Микрополосковая антенна по п.13, отличающаяся тем, что выполнена в виде антенны круговой поляризации, а излучающая (802, 1202) пластина и экран (801, 1201) имеют форму круга, или квадрата, или прямоугольника.

15. Микрополосковая антенна по п.14, отличающаяся тем, что излучающая пластина (802, 1202) или экран (801, 1201) выполнены из листового материала с последующим загибом краев.

16. Двухдиапазонная микрополосковая антенна, содержащая расположенные соосно друг над другом экран (1401), излучающие пластины первого диапазона и второго диапазона, соединенные с линией питания, причем вторая излучающая пластина (1404) установлена соосно с первой излучающей пластиной (1402) и над ней, а также емкостные элементы, расположенные между верхней излучающей пластиной и экраном, отличающаяся тем, что емкостные элементы установлены на краях излучающей (1402, 1404) пластины и на экране (1401) противоположно друг другу (1403) и выполнены в виде, по меньшей мере, двух ребер, отдельно расположенных и загнутых внутрь пространства между экраном и излучающей пластиной для обеспечения уменьшения резонансного размера.

17. Микрополосковая антенна по п.16, отличающаяся тем, что упомянутые загнутые ребра (1403) излучающей (1402, 1404) пластины и экрана (1401) для соответствующих первого и второго диапазонов расположены вдоль Н-плоскости.

18. Микрополосковая антенна по п.17, отличающаяся тем, что ребра (1403) на краях излучающей (1402, 1404) пластины и на экране (1401) расположены противоположно друг другу.

19. Микрополосковая антенна по п.18, отличающаяся тем, что ребра (1403) излучающей (1402, 1404) пластины и экрана (1401) расположены соответственно снаружи экрана (1401) или излучающей (1402, 1404) пластины.

20. Микрополосковая антенна по п.18, отличающаяся тем, что ребра (1403) излучающей (1402, 1404) пластины и экрана (1401) загнуты далее внутрь антенны так, чтобы по существу располагаться на определенном протяжении противоположно соответственно экрану (1401) и излучающей (1402, 1404) пластине.

21. Микрополосковая антенна по п.19, отличающаяся тем, что ребра (1403) излучающей (1402, 1404) пластины и экрана (1401) загнуты далее наружу так, чтобы по существу располагаться на определенном протяжении противоположно соответственно экрану (1401) или излучающей (1402, 1404) пластине.

22. Микрополосковая антенна по п.16, отличающаяся тем, что указанные ребра выполнены в виде раздельного набора ребер (1403), расположенного по всему периметру краев излучающей (1402, 1404) пластины и экрана (1401).

23. Микрополосковая антенна по п.22, отличающаяся тем, что ребра (1403) из набора ребер излучающей (1402, 1404) пластины и экрана (1401) смещены относительно друг друга.

24. Микрополосковая антенна по п.22, отличающаяся тем, что ребра из набора (1403) ребер излучающей (1402, 1404) пластины и экрана (1401) расположены в одной плоскости в промежутках между ребрами (1403) из набора ребер соответственно экрана (1401) и излучающей (1402, 1404) пластины.

25. Микрополосковая антенна по п.22, отличающаяся тем, что раздельный набор (1403) загнутых внутрь ребер излучающей (1402, 1404) пластины или экрана (1401) расположен соответственно снаружи экрана (1401) или излучающей (1402, 1404) пластины противоположно друг другу.

26. Микрополосковая антенна по п.22, отличающаяся тем, что раздельный набор (1403) загнутых внутрь ребер излучающей (1402, 1404) пластины или экрана (1401) загнут далее внутрь так, чтобы по существу располагаться на определенном протяжении противоположно соответственно экрану (1401) или излучающей (1402, 1404) пластине.

27. Микрополосковая антенна по любому из пп.23, или 25, или 26, отличающаяся тем, что указанные загнутые ребра из набора (1403) ребер излучающей (1402, 1404) пластины и экрана (1401) смещены относительно друг друга.

28. Микрополосковая антенна по п.27, отличающаяся тем, что выполнена в виде антенны круговой поляризации, а излучающая (1402, 1404) пластина и/или экран (1401) имеют форму круга, или квадрата, или прямоугольника и выполнена из листового материала с последующим загибом краев.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к антеннам и, в частности, к микрополосковым антеннам.

Микрополосковые антенны (МПА) обычно характеризуются плоским элементом излучения, размещенным в непосредственной близости от экранирующей плоскости (экрана), и используются для различных целей. Такие микрополосковые антенны получили широкое распространение в силу их относительно небольшого размера и относительно низкой стоимости изготовления по сравнению с другими типами антенн.

Уровень техники

Известные МПА состоят из экранирующей плоскости (экрана), элемента излучения (пластина), отделенного от экранирующей плоскости диэлектрическим основанием. Например, на фиг.1, показана известная из уровня техники антенна МПА, состоящая из экранирующей плоскости (101), элемента излучения (пластины) (102), линии питания (103) и диэлектрика (105), который расположен вокруг краев пластины, чтобы отделить излучающую пластину (102) от экранирующей плоскости (101). Линия питания (103), например радиочастотная (RF) линия передачи типа фидера или коаксиального кабеля, связана с излучающей пластиной (102), по которой RF сигналы передают к излучающей пластине (102). Электромагнитные сигналы подведены к излучающей пластинке 1102 через внутренний проводник (103) из коаксиального кабеля, заставляющий индуцировать электрические токи на пластине (102) и на экранирующей плоскости (101). Причем размер излучающей пластинки МПА определяется длиной волны, распространяемой в пространстве между излучающей пластинкой (102) и экраном (101), и составляет, приблизительно, половину длины волны. Ширина диаграммы направленности (ДН) в свою очередь определяется размером излучающей пластинки (102), причем, чем меньше ее длина, тем шире ДН. Поэтому один из способов уменьшения размеров антенны и расширения ДН является уменьшение длины волны в пространстве между излучающей пластинкой (102) и экраном (101). Для этого, как правило, указанное пространство между излучающей пластинкой (102) и экраном (101) заполняют диэлектриком, т.е. излучающая пластинка (102) располагается на диэлектрической подложке. Известно, что длина волны в диэлектрике уменьшается в раз, где - диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Рабочая полоса частот определяется высотой расположения излучающей пластинки (102) над экраном (101).

В итоге, понятно увеличение толщины данного диэлектрического основания, что приведет к соответствующему увеличению ширины рабочей полосы частоты. Однако такое увеличение толщины увеличит и вес антенны.

Также из документа [Matthias К. Fries, Rüdiger Vahldieck; Small microstrip patch antenna using slow-wave structure, 2000 IEEE Int. Antennas Propagat. Symp.Dig. vol. 38, p.770-773, July 2000 - 1], см. фиг.2 известна МПА антенна, в которой уменьшение размера антенны достигается использованием замедляющей структуры в виде набора крестообразных щелей в пластине и экране МПА. Такая антенна имеет достаточно простую конструкцию и уменьшенный вес, но наличие щелей не позволяет разместить на антенне печатную плату (РСВ) с малошумящим усилителем (LNA), что широко применяется в технике СВЧ-антенн.

Таким образом, существует потребность в преодолении этих проблем, для чего предложена МПА антенна, позволяющая уменьшить размер и вес пластин антенн, расширить полосу частот и в тоже время обеспечить простоту конструкции антенны с возможностью создания многоярусных конструкций антенн и размещения на излучающей пластине печатных плат с LNA и других элементов.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению предложена микрополосковая антенна линейной поляризации, содержащая излучающую пластину и экран противоположно друг другу, причем на краях излучающей пластины и/или на экране выполнены, по меньшей мере, два отдельно расположенных и загнутых внутрь ребра, причем плоскость и линия расположения каждого упомянутого ребра расположены вдоль Н-плоскости.

Также предложена микрополосковая антенна линейной поляризации, в которой ребра на излучающей пластине и экране антенны выполнены в виде раздельного набора ребер и расположены противоположно друг другу.

Также предложена микрополосковая антенна круговой поляризации, содержащая излучающую пластину и экран противоположно друг другу, причем по всему периметру краев излучающей пластины и/или на экране выполнены емкостные элементы в виде раздельного набора загнутых внутрь ребер.

Также предложена двухдиапазонная микрополосковая антенна, содержащая расположенные соосно друг над другом экран, микрополосковую антенну первого диапазона и второго диапазона, причем вторая излучающая пластина установлена соосно с первой излучающей пластиной и над ней, а на краях излучающей пластины и/или на экране выполнены, по меньшей мере, два отдельно расположенных и загнутых внутрь противоположно друг другу ребра.

Как вариант ребра имеют длину равную или меньшую длине экрана или излучающей пластинки, а также могут быть смещены относительно друг друга на заданное расстояние.

Как другой вариант загнутые ребра излучающей пластины и экрана расположены в одной плоскости, в промежутках между ребрами соответственно экрана и излучающей пластины.

Как вариант загнутое ребро излучающей пластины и экрана расположено соответственно снаружи экрана или излучающей пластины противоположно друг Другу.

Как вариант загнутое ребро излучающей пластины или экрана выполнено с загибом далее внутрь или наружу МПА, так чтобы по существу располагаться на определенном протяжении противоположно соответственно экрану или излучающей пластине.

Как вариант излучающая пластина или экран выполнены в форме круга или квадрата, или прямоугольника из листового материала с последующим загибом краев.

Эти и другие аспекты, конструктивные особенности и преимущества заявленного изобретения станут очевидными из следующего детального описания предпочтительных вариантов конструкции, которое должно читаться совместно с сопроводительными чертежами.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает конструкцию известной МПА.

Фиг.2 показывает конструкцию известной МПА.

Фиг.3 показывает эквивалентную схему модели антенны линейной поляризации в виде отрезка микрополосковой линии.

Фиг.4 показывает эквивалентную схему для случая включения параллельной концевой емкости.

Фиг.5 показывает график зависимости функции зависимости добротности от эквивалентного замедления.

Фиг.6 показывает ориентацию векторов Е и H полей для случая, когда излучающий штырь расположен на оси х.

Фиг.7 показывает конструкцию антенны линейной поляризации, в которой емкостные элементы выполнены в виде ребра длиной, равной длине пластинки b, и расположены вдоль Н-плоскости.

Фиг.7a-7h показывает конструкцию антенны линейной поляризации, с различными вариантами расположения ребер.

Фиг.8 показывает конструкцию антенны линейной поляризации, в которой емкостные элементы выполнены в виде набора ребер длиной, меньшей, чем длина пластинки а и расположены вдоль Н-плоскости.

Фиг.8а-8k показывает конструкцию антенны линейной поляризации, с различными вариантами расположения набора ребер.

Фиг.9 показывает эквивалентную схему модели антенны круговой поляризации в виде отрезка микрополосковой линии.

Фиг.10 показывает цепочечную структуру четырехполюсников эквивалентной схемы модели антенны круговой поляризации.

Фиг.11 показывает четырехполюсник, содержащий отрезок линии.

Фиг.12 показывает конструкцию антенны круговой поляризации, в которой емкостные элементы выполнены в виде набора ребер длиной, много меньшей, чем длина излучающей пластинки а. Ребра располагаются вдоль всего периметра пластинки.

Фиг.12a-12k показывает конструкцию антенны круговой поляризации, с различными вариантами расположения набора ребер.

Фиг.13 показывает конструкцию многоярусной антенны с расположенной на ее излучающей пластине РСВ-платой с LNA.

Фиг.14 показывает конструкцию многодиапазонной антенны, в которой на излучающей пластине располагают излучатель другого диапазона.

Подробное описание изобретения

Как указано выше, чтобы уменьшить размер обычной МПА надо уменьшить длину волны в пространстве между экраном и излучающей пластинкой. Простое увеличение подложки приводит к сужению рабочей полосы частот. Чтобы поддерживать ширину полосы частот в заданном значении, толщина основания должна быть увеличена для отделения излучающей пластины от экрана большим расстоянием. Однако такое увеличение толщины приводит к увеличению веса антенны. Поэтому необходимо уменьшить размер излучающей пластинки, не используя диэлектрического заполнения между пластинкой и экраном МПА и при этом обеспечить максимальную простоту конструкции антенны.

Для чего микрополосковую антенну, работающую в режиме линейной поляризации, для оценки добротности допустимо рассматривать как модель антенны в виде короткозамкнутого отрезка микрополосковой линии длиной менее четверти длины волны [David M. Pozar and Daniel H. Schaubert, Microstrip Antennas: The Analysis and Design of Microstrip Antennas and Arrays, Wiley-IEEE Press, New York, 1995 - 2]. Это объясняется тем, что в полуволновом отрезке удваивается как запас реактивной мощности, так и сопротивление излучения.

Эквивалентная схема в виде отрезка линии, одна сторона которого закорочена, а другая нагружена на сопротивление R, показана на фиг.3.

Линия имеет длину L, волновое сопротивление W и замедление , связанное с эффективной диэлектрической проницаемостью подложки _eff как

Полная проводимость относительно клемм А-А будет

где

Постоянная распространения

где - круговая частота, с - скорость света в пустоте.

Вблизи резонансной частоты ₀, для которой

Очевидно, имеем

Откуда добротность

Производная в формуле (6) вычисляется следующим образом

Поэтому добротность

Для излучателя с формой, близкой к квадратной, ширина пластинки w уменьшается пропорционально росту замедления

где через w(1) обозначена ширина квадратного излучателя при воздушной подложке когда =1.

Сопротивление излучения торцевой кромки

где - длина волны в пустоте.

Обозначая толщину подложки через h, для волнового сопротивления Т-волны в пренебрежении кромочным эффектом имеем

Поэтому добротность

Эквивалентная схема для случая включения параллельной концевой емкости изображена на фиг.4.

Полная входная проводимость в сечении А-А

Условие резонанса на частоте ₀

Вводя коэффициент укорочения резонансного размера или эквивалентное замедление - и учитывая, что в отсутствие емкости резонансный размер составит , имеем

Отсюда условие резонанса перепишется в виде

где X_C0 - емкостное сопротивление на резонансной частоте.

Далее имеем

Откуда добротность

Снова рассматривая антенну с формой, близкой к квадратной, аналогично (9)-(13) имеем

График зависимости функции в квадратных скобках, дающей зависимость добротности от эквивалентного замедления, показан на фиг.5.

На указанном графике пунктирной линией показана зависимость добротности от замедления для случая сплошного диэлектрика.

Можно отметить, что при достаточно больших

Эта асимптотика показана на том же графике точками. Таким образом, уже при замедлениях порядка 1.5 добротность составляет приблизительно 0.8 от ранее рассмотренных случаев. Следовательно, сокращение резонансного размера с помощью концевой емкости приводит приблизительно к 20% росту ширины полосы пропускания по сравнению со сплошной диэлектрической подложкой.

Таким образом, в соответствии с вышеизложенными расчетами предложена конструкция МПА, в которой емкостные элементы расположены на двух краях излучающей пластины и/или на экране и выполнены в виде протяженных ребер вдоль стороны пластинки параллельной Н-плоскости, т.е. вдоль оси у фиг.7, 7a-7h или набора более коротких отрезков ребер фиг.8, 8a-8k. При этом длина этих отрезков, их высота и количество определяет только эквивалентную емкость. Причем необходимо обеспечить большую площадь перекрытия элементов со стороны экрана и элементов со стороны излучающей пластинки для уменьшения резонансного размера. Соответственно, наименьший резонансный размер дает конструкция со сплошным ребром фиг.7, 7a-7h.

Конструктивные элементы, которые поддерживают излучающую пластинку над экраном, не показаны. Это могут быть, например, тонкие изолирующие проставки, не вносящие существенных изменений в электрические характеристики антенны.

В первом варианте на фиг.7 предложена конструкция антенны линейной поляризации, в которой емкостные элементы расположены вдоль Н-плоскости, т.е. оси у, а вдоль Е-плоскости, т.е. оси х, емкостные элементы отсутствуют. Причем на экране (701) и/или двух краях излучающей (702) пластины выполнены отдельно расположенные и загнутые внутрь вертикальные ребра (703) длиной, равной длине пластинки, а плоскость и линия расположения каждого упомянутого ребра расположены вдоль Н-плоскости. Позицией (704) обозначен штыревой возбудитель, например коаксиальный кабель. Электромагнитные сигналы подведены (выведены от) к излучающей пластинке через проводник из ВЧ коаксиального кабеля, заставляющий индуцировать электрические токи на пластине и на экране. Место соединения ВЧ кабеля с антенным элементом выбирается из условия их согласования по импедансам.

На фиг.7а-7h показаны различные комбинации расположения ребер, выходящих из краев излучающей пластинки и из экрана. Следует отметить, что экран МПА может быть выполнен более протяженным, чем излучающая пластинка.

На фиг.7а показана антенна с двумя вертикальными ребрами, выходящими из краев излучающей пластинки, расположенными вдоль Н-плоскости.

На фиг.7b показана антенна с двумя вертикальными ребрами, выходящими из экрана, расположенными вдоль Н-плоскости.

На фиг.7с показана антенна с вертикальными ребрами, выходящими из экрана и краев излучающей пластинки, расположенными вдоль Н-плоскости противоположно друг другу. Ребро, выходящее из излучающей пластинки, расположено снаружи ребра экрана.

На фиг.7а показана антенна с вертикальными ребрами, выходящими из экрана и краев излучающей пластинки и расположенными вдоль Н-плоскости противоположно друг другу. Ребро, выходящее из экрана, расположено снаружи ребра излучающей пластинки.

На фиг.7е показана антенна с ребрами, выходящими из экрана и краев излучающей пластинки и расположенными вдоль Н-плоскости. Вертикальное ребро, выходящее из излучающей пластинки, расположено снаружи ребра из экрана, причем ребро, выходящее из экрана, далее загнуто внутрь конструкции, так чтобы располагаться на определенном протяжении противоположно излучающей пластине.

На фиг.7f показана антенна с ребрами, выходящими из экрана и краев излучающей пластинки и расположенными вдоль Н-плоскости. Вертикальное ребро, выходящее из экрана, расположено снаружи ребра излучающей пластинки, причем ребро, выходящее из излучающей пластинки, далее загнуто внутрь конструкции, так чтобы располагаться на определенном протяжении противоположно экрану.

На фиг.7g показана антенна с ребрами, выходящими из экрана и краев излучающей пластинки, расположенными вдоль Н-плоскости. Ребро, выходящее из излучающей пластинки, расположено снаружи вертикального ребра экрана, причем ребро, выходящее из излучающей пластинки, далее загнуто наружу конструкции, так чтобы располагаться на определенном протяжении противоположно экрану.

На фиг.7h показана антенна с ребрами, выходящими из экрана и краев излучающей пластинки и расположенными вдоль Н-плоскости. Ребро, выходящее из излучающей пластинки, расположено снаружи ребра экрана и далее загнуто наружу конструкции, так чтобы располагаться на определенном протяжении противоположно экрану. Ребро экрана далее загнуто внутрь конструкции, так чтобы располагаться на определенном протяжении противоположно излучающей пластине.

Во втором варианте на фиг.8 предложена конструкция антенны линейной поляризации, в которой емкостные элементы расположены вдоль Н-плоскости, а вдоль Е-плоскости емкостные элементы отсутствуют, при этом емкостные элементы расположены на экране (801) и/или на двух краях излучающей (802) пластины и выполнены в виде отдельно расположенного и загнутого внутрь набора вертикальных ребер (803), плоскость и линия расположения которых расположена вдоль Н -плоскости. Позицией (804) обозначен штыревой возбудитель, например, коаксиальный кабель.

На фиг.8а-8k показаны различные комбинации расположения ребер, выходящих из экрана и края излучающей пластинки. Следует отметить, что экран МПА антенны может быть более протяженным, чем излучающая пластинка.

На фиг.8а показана антенна с набором вертикальных ребер, выходящим из краев излучающей пластинки, расположенным вдоль Н-плоскости.

На фиг.8b показана антенна с набором вертикальных ребер, выходящим из экрана, расположенным вдоль Н-плоскости.

На фиг.8с показана антенна с набором вертикальных ребер, выходящим из экрана и краев излучающей пластинки, расположенным противоположно друг другу вдоль Н-плоскости. Набор ребер, выходящий из излучающей пластинки, расположен снаружи набора ребер экрана.

На фиг.8d показана антенна с набором вертикальных ребер, выходящим из экрана и краев излучающей пластинки, расположенным противоположно друг другу вдоль Н-плоскости. Набор ребер, выходящий из экрана, расположен снаружи набора ребер из излучающей пластинки.

На фиг.8е показана антенна с набором вертикальных ребер, выходящим из экрана и краев излучающей пластинки вдоль Н-плоскости, причем ребра, выходящие из экрана и излучающей пластинки, смещены относительно друг друга. Набор ребер, выходящий из излучающей пластинки, расположен снаружи набора ребер из экрана.

На фиг.8f показана антенна с набором вертикальных ребер, выходящим из экрана и краев излучающей пластинки вдоль Н-плоскости, причем ребра, выходящие из экрана и излучающей пластинки, смещены относительно друг друга. Набор ребер, выходящий из экрана, расположен снаружи набора ребер из излучающей пластинки.

На фиг.8g показана антенна с набором вертикальных ребер, выходящим из экрана и краев излучающей пластинки вдоль Н-плоскости. Каждое ребро из указанного набора ребер экрана и излучающей пластинки расположено в одной плоскости и в промежутках между ребрами соответственно излучающей пластинки и экрана.

На фиг.8h показана антенна с набором ребер, выходящим из экрана и краев излучающей пластинки, расположенным вдоль Н-плоскости. Набор вертикальных ребер, выходящий из излучающей пластинки, расположен снаружи набора ребер экрана, причем набор ребер, выходящий из экрана, далее загнут внутрь конструкции, так чтобы располагаться на определенном протяжении противоположно излучающей пластинке.

На фиг.8i показана антенна с набором ребер, выходящим из экрана и краев излучающей пластинки, расположенным вдоль Н-плоскости. Набор вертикальных ребер, выходящий из экрана, расположен снаружи набора ребер излучающей пластинки, причем набор ребер, выходящий из излучающей пластинки, далее загнут внутрь конструкции, так чтобы располагаться на определенном протяжении противоположно экрану.

На фиг.8j показана антенна с набором ребер, выходящим из экрана и краев излучающей пластинки, расположенными вдоль Н-плоскости. Набор ребер, выходящий из излучающей пластинки, расположен снаружи набора вертикальных ребер экрана, причем набор ребер, выходящий из излучающей пластинки, далее загнут наружу конструкции, так чтобы располагаться на определенном протяжении противоположно экрану.

На фиг.8k показана антенна с набором ребер, выходящим из экрана и краев излучающей пластинки, расположенными вдоль Н-плоскости. Набор ребер, выходящий из излучающей пластинки, расположен снаружи набора ребер экрана и далее загнут наружу конструкции, так чтобы располагаться на определенном протяжении противоположно экрану. Набор ребер экрана далее загнут внутрь конструкции, так что бы располагаться на определенном протяжении противоположно излучающей пластине.

Для реализации микрополосковой антенны в режиме круговой поляризации предлагается структура в виде емкостных элементов, расположенных с некоторым шагом по всему периметру края излучающей пластинки и/или на экране.

Для режима круговой поляризации возбуждают поле двух ортогонально ориентированных в пространстве линейных поляризаций посредством, например, двух штырей (1204, 1205) и расположением емкостных элементов на экране и/или по всему периметру излучающей пластинки. При этом элементы, которые для одной поляризации располагались вдоль Н-плоскости, для ортогональной поляризации окажутся расположенными вдоль Е плоскости, и наоборот. Например, для поля линейной поляризации, возбуждаемого штырем (1204), элементы которого расположены вдоль оси у, будут расположены в Н-плоскости, а для поля, возбуждаемого штырем (1205), элементы окажутся расположенными в Е-плоскости.

Эквивалентная схема для этого случая изображена на фиг.9, где показано, что система емкостей C₁, вытянутая вдоль оси х с шагом l₁, эквивалентна общему замедлению в линии ₁, а система емкостей, вытянутая параллельно оси у, эквивалентна суммарной емкости C₂.

Анализ схемы фиг.9 при наличии дисперсии (частотной зависимости ₁) показывает, что дисперсия приводит в дополнительному нежелательному росту добротности.

Для оценки величин замедления ₁ и шага l₁, при которых начинает сказываться дисперсия, пригодна цепочечная структура четырехполюсников, изображенная на фиг.10.

Каждый четырехполюсник как изображено на фиг.11 содержит отрезок линии длиной l ₁ с волновым сопротивлением, соответствующим воздушной подложке W и постоянной распространения и емкость C₁. Заполнение линии предполагается воздушным.

Специалисту известно [см., например, Д.М.Сазонов и др. Устройства СВЧ. Высшая школа, Москва, 1981 - 3], что элементы матрицы проводимостей такого четырехполюсника имеют вид

Будем считать, что в схеме фиг.10 распространяется бегущая волна и набег фазы между двумя соседними четырехполюсниками составляет . Имеем последовательную цепочку равенств

Откуда

и

или

Набег фазы можно интерпретировать в терминах эквивалентного замедления , так что

Экспериментальные расчеты по формулам (22)-(27) показывают, что дисперсия становится заметной с ростом замедления ₁ и шага l₁. Для получения частотно-независимого замедления вплоть до порядка 4 5 величина шага должна составлять 0.07 длины волны и менее.

Оценка добротности в схеме фиг.9 методом, аналогичным (14) - (20), дает следующий результат:

Полное замедление

Добротность

Здесь ₂ - вклад в замедление, вносимый за счет емкости С₂. При достаточно больших ₂, а именно, как показано выше, - при ₂ 1.5

Таким образом, выигрыш в полосе частот по сравнению со сплошным диэлектриком сохраняется и в этом случае.

В соответствии с вышеизложенными расчетами в третьем варианте изобретения предложена конструкция антенны круговой поляризации, в которой емкостные элементы в виде набора ребер длиной, много меньшей, чем длина излучающей пластинки а, расположены по ее периметру, т.е. вдоль излучающей (1202) пластинки и/или на экране (1201) по оси х и оси у. Причем как пример на экране (1201) или на краях излучающей (1202) пластинки выполнен отдельно расположенный и загнутый внутрь набор вертикальных (1203) ребер, причем его плоскость и линия расположения расположена по всему периметру излучающей (1202) пластинки или на экране (1201), вдоль оси х и оси у. При реализации антенны круговой поляризации (фиг.12а-12k) возможны все варианты включения емкости, в виде набора ребер, для чего их располагают как вдоль оси х, так и вдоль оси у аналогично второму варианту конструкции.

Как вариант в антенне круговой поляризации излучающая или экранирующая пластинки могут иметь форму круга, квадрата или прямоугольника.

Указанные выше конструкции излучающих пластинок с вертикальными емкостными элементами не содержат щелей на горизонтальной поверхности. Это позволяет использовать всю поверхность излучающей пластинки для других элементов конструкции антенны.

На фиг.13 предложен вариант многоярусной конструкции антенны, в которой обеспечивается такое преимущество расположения печатной платы (1303) с малошумящим усилителем на излучающей (1302) пластинке, причем экран обозначен позицией (1301).

На фиг.14 предложен вариант многодиапазонной антенны, в которой на излучающей (1402) пластинке располагают излучатель (1404) для другого частотного диапазона. Таким образом, излучающая (1402) пластинка НЧ-диапазона является экраном для излучающей (1404) пластинки ВЧ-диапазона. Позицией обозначен набор вертикальных (1403) ребер, а позицией (1401) обозначен экран антенны НЧ-диапазона. При реализации многодиапазонной антенны возможны все вышеуказанные варианты включения емкости, в виде ребер, набора ребер, для чего их располагают как только вдоль оси х, так и по всему периметру излучающей пластинки или на экране, аналогично предложенному первому, второму и третьему вариантам конструкции.

Таким образом, применение в конструкции микрополоской антенны на краях излучающей пластинки и/или на экране емкостных элементов в виде ребер или набора ребер позволяет отказаться от диэлектрической подложки и в тоже время позволяет расширить полосу частот, уменьшить размер и массу антенны, а также в отличие от антенны с замедляющей структурой в виде набора крестообразных щелей предложенное решение позволяет разместить на излучающей пластинке печатную плату с малошумящим усилителем и дает дополнительное преимущество при создании многоярусных и многодиапазонных антенн малого размера.

Хотя выше были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения, следует понимать, что они были представлены только для примера, а не для ограничения. Таким образом, охват и объем настоящего изобретения не должен ограничиваться никакими из вышеописанных иллюстративных вариантов осуществления, но должен определяться только нижеследующей формулой изобретения и ее эквивалентами.