АНТЕННА Российский патент 2011 года по МПК H01Q13/00 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным печатным антеннам СВЧ диапазона, и может найти применение в системах связи, в радиодефектоскопии, в задачах радиомониторинга, в задачах электромагнитной совместимости радиотехнических систем, в составе фазированных антенных решеток, в метрологии, в медицине для электромагнитных аппликаторов и в задачах гипертермии.

Известна сверхширокополосная антенна (патент США №5278575, кл. МКИ H01Q 9/28, НКИ 343/795, опубл. 11.01.1994 г.), выполненная на основе печатной антиподальной щелевой линии (АЩЛ). Апертура антенны образована отрезком АЩЛ без перекрытия и содержит две одинаковые металлические пластины, расположенные на разных сторонах диэлектрической подложки, одна над другой. В излучающей части антенны металлические пластины АЩЛ выполнены экспоненциально расширяющимися по внутренней боковой кромке от точки нулевого перекрытия до максимального раскрыва апертуры. Записывающий сигнальный проводник отрезка микрополосковой линии передачи торцом гальванически подключен к внутренней боковой кромке одной металлической пластины АЩЛ в области нулевого перекрытия, а его земляная плоскость гальванически соединена с торцевой боковой кромкой другой металлической пластины АЩЛ в области нулевого перекрытия.

Недостатком известного устройства является то, что оно обеспечивает прием только поперечных электромагнитных волн.

Наиболее близким техническим решением-прототипом является приемо-передающая антенна (патент DE №3941125, МПК H01Q 13/10, опубл. 20.06.1991 г.), содержащая две идентичные диэлектрические подложки, одной поверхностью установленные одна на другую, и два идентичных, закороченных на одном конце отрезка симметричной щелевой линии (СЩЛ), состоящей из отрезка однородной симметричной щелевой линии (ОСЩЛ) и отрезка расширяющейся СЩЛ, расположенные на внешней поверхности одной и другой диэлектрических подложек, соответственно, при этом на поверхности совмещения между одной и другой диэлектрическими подложками расположен отрезок сигнальной полосковой линии, для которого земляными поверхностями являются металлические пластины двух отрезков ОСЩЛ, образуя тем самым отрезок симметричной экранированной полосковой линии, причем один конец сигнального полоскового проводника пересекает отрезок одной и другой СЩЛ под прямым углом, а другой конец сигнального полоскового проводника подключается к канализирующей линии передачи. Апертура антенны образована отрезком расширяющейся СЩЛ в направлении от области соединения с отрезком ОСЩЛ к области максимального раскрыва апертуры, а образующие ее идентичные металлические пластины выполнены суживающимися по внутренней боковой кромке от области начала расширения СЩЛ до области максимального раскрыва апертуры.

Основным недостатком данного решения также является то, что оно обеспечивает излучение и прием поперечных электромагнитных волн и не может формировать излучение и прием продольных электромагнитных волн.

Технической задачей данного изобретения является создание широкополосной антенны, способной излучать и принимать продольные электромагнитные волны с низким уровнем неравномерности характеристики согласования, простой и высокотехнологичной конструкцией.

Поставленная задача достигается тем, что в антенне, содержащей отрезок СЩД, образованный двумя одинаковыми металлическими пластинами, которые соединены между собой с одной стороны короткозамыкателем, и отрезок сигнальной полосковой линии, которые расположены между поверхностями одной и другой диэлектрических подложек, апертура антенны образована отрезком расширяющейся симметричной щелевой линии, которая является продолжением отрезка однородной симметричной щелевой линии, а образующие ее одинаковые металлические пластины выполнены суживающимися по внутренней боковой кромке от области начала расширения отрезка симметричной щелевой линии до области максимального раскрыва апертуры антенны, при этом с одной стороны отрезок сигнальной полосковой линии подключен к канализирующей линии передачи, земляной поверхностью его являются одна и другая металлические пластины отрезка однородной симметричной щелевой линии, согласно предложенному решению отрезок сигнальной полосковой линии расположен в плоскости отрезка однородной симметричной щелевой линии между одной и другой металлическими пластинами ее образующими, причем продольная ось симметрии отрезка сигнальной полосковой линии совмещена с продольной осью симметрии отрезка однородной симметричной щелевой линии, при этом с другой стороны отрезок сигнальной полосковой линии подключен к возбуждающему элементу, выполненному в виде отрезка осесимметричного металлического проводника, продольная ось симметрии которого совмещена с продольной осью симметрии отрезка сигнальной полосковой линии.

Также в антенну могут быть введены первая и вторая дополнительные диэлектрические подложки, идентичные одной и другой диэлектрическим подложкам, между которыми расположен отрезок дополнительной симметричной щелевой линии, образованный двумя дополнительными одинаковыми металлическими пластинами, которые соединены между собой с одной стороны дополнительным короткозамыкателем, и отрезок дополнительной сигнальной полосковой линии, который со стороны расположения в области апертуры антенны подключен к дополнительному возбуждающему элементу, расположенному соосно с дополнительным отрезком однородной симметричной щелевой линии, при этом на поверхность первой дополнительной диэлектрической подложки симметрично установлена вторая дополнительная диэлектрическая подложка, причем с другой стороны отрезок сигнальной полосковой линии и отрезок дополнительной сигнальной полосковой линии гальванически соединены между собой контактным элементом, а короткозамыкатель и дополнительный короткозамыкатель гальванически соединены между собой общим короткозамыкателем.

В антенне одна и другая диэлектрические подложки, или одна и другая диэлектрические подложки и первая и вторая дополнительные диэлектрические подложки в области апертуры антенны могут быть выполнены с относительной диэлектрической проницаемостью в области апертуры антенны, равной единице, или с одинаковой относительной диэлектрической проницаемостью и одинаковой толщины, что обеспечивает полную симметрию относительно плоскости расположения СЩЛ.

Антенна может быть выполнена с шириной всех диэлектрических подложек, равной ширине максимального раскрыва апертуры или больше ее.

Антенна может быть выполнена с гальваническим подключением к каждому отрезку СЩЛ, в области максимального раскрыва апертуры антенны, апертурного отрезка ОСЩЛ, ширина которого равна ширине отрезка расширяющейся СЩЛ в области максимального раскрыва апертуры антенны, при этом внутренние боковые кромки апертурного отрезка ОСЩЛ параллельны оси симметрии отрезка СЩЛ.

Антенна может быть выполнена с расположением в области каждого апертурного отрезка ОСЩЛ, по меньшей мере, хотя бы одного директора, выполненного в виде металлического проводника, например полоскового, расположенного симметрично относительно внутренних боковых кромок апертурного отрезка ОСЩЛ и перпендикулярно его продольной оси симметрии.

Сужение металлических пластин по внутренней боковой кромке отрезка СЩЛ в области апертуры антенны вдоль ее продольной оси симметрии, в направлении от области соединения с отрезком ОСЩЛ к области максимального раскрыва апертуры антенны, может описываться линейной или нелинейной функцией.

Металлические пластины по внешней боковой кромке вдоль продольной оси симметрии отрезка СЩЛ могут быть выполнены параллельными, или могут быть выполнены идентично сужающимися или расширяющимися в направлении от области соединения с соответствующим отрезком однородной симметричной щелевой линии к области максимального раскрыва апертуры антенны, при этом закон сужения или расширения металлических пластин описывается линейной или нелинейной функцией.

Антенна может быть выполнена с двумя идентичными осесимметричными металлическими излучающими пластинами, которые установлены симметрично относительно плоскости расположения отрезка симметричной щелевой линии и подключены гальванически по всей своей длине в области апертуры антенны по внутренним боковым кромкам металлических пластин отрезка расширяющейся симметричной щелевой линии.

Металлические излучающие пластины могут быть выполнены вдоль своей продольной оси симметрии длиной, равной длине внутренней боковой кромки отрезка расширяющейся СЩЛ.

Металлические излучающие пластины могут быть выполнены вдоль своей продольной оси симметрии постоянной ширины, а сама пластина, например, в форме прямоугольника или увеличивающейся ширины в направлении от области начала расширения отрезка СЩЛ к области максимального раскрыва апертуры антенны, причем увеличение ширины ее описывается линейной или нелинейной функцией.

Нелинейная функция может иметь вид:

y=ax^±m/n,

где a - коэффициент, задается действительным числом;

m, n - целые положительные взаимно простые числа, причем n>m;

x - координата, соответствующая продольной оси симметрии металлической излучающей пластины.

Также нелинейная функция может иметь вид:

y=ae^bx+ce^dx,

где a, b, c, d - коэффициенты, задаются действительными числами;

x - координата, соответствующая продольной оси симметрии металлической излучающей пластины.

Металлические проводники возбуждающих элементов антенны могут быть выполнены в виде пластины прямоугольной формы или в виде расширяющейся по двум внешним боковым кромкам пластины вдоль продольной оси симметрии отрезка СЩЛ в направлении от области соединения с отрезком сигнальной полосковой линии к области максимального раскрыва апертуры, при этом закон расширения описывается линейной или нелинейной функцией.

Антенна может быть выполнена с установкой на одну и другую внешние боковые кромки, протяженные вдоль продольной оси симметрии, пластины металлического проводника возбуждающего элемента, по меньшей мере, по одной паре идентичных планарных согласующих элементов, соответственно, по одному на одну и другую внешнюю боковую кромку.

Планарный согласующий элемент может быть выполнен, по крайней мере, из одного импедансного шлейфа в виде ленточного проводника, который соединен гальванически с внешней боковой кромкой пластины металлического проводника возбуждающего элемента.

Также планарный согласующий элемент может быть выполнен, по крайней мере, из одного однородного или неоднородного импедансного шлейфа, который может быть соединен с внешней боковой кромкой пластины металлического проводника возбуждающего элемента гальванически или электромагнитно в виде однородного или неоднородного зазора.

В антенне между отрезком сигнальной полосковой линии и металлическим проводником возбуждающего элемента соосно может быть включено переходное устройство.

Переходное устройство может быть выполнено: в виде осесимметричного полоскового проводника; в виде зазора между торцом отрезка сигнальной полосковой линии и торцом проводника возбуждающего элемента; или в виде полупроводникового элемента с регулируемой электрическим путем емкостью, включенного в зазор.

Антенна может быть выполнена с введением двух идентичных осесимметричных металлических импедансных пластин, которые установлены со стороны внешних боковых кромок металлических пластин отрезка СЩЛ, симметрично относительно продольной оси симметрии плоскости расположения металлических пластин СЩЛ и перпендикулярно этой плоскости, причем каждая металлическая импедансная пластина идентично гальванически соединена контактным элементом с соответствующей металлической пластиной.

Ширина металлической импедансной пластины от области максимального раскрыва апертуры к области минимального раскрыва апертуры антенны может быть выполнена одинаковой, а сама пластина, например, в форме прямоугольника, или увеличивающейся или уменьшающейся ширины, причем изменение ширины металлической импедансной пластины может описываться линейной или нелинейной функцией.

Контактный элемент может быть выполнен в виде металлического стержня круглого или прямоугольного профиля и может быть установлен как в области максимального раскрыва апертуры, так и в любом месте отрезка внешней боковой кромки металлических пластин, образующих отрезок расширяющейся СЩЛ.

Также контактный элемент может быть выполнен, например, в виде ленточного проводника, который установлен вдоль внешних боковых кромок металлических пластин отрезка расширяющейся СЩЛ.

Также контактный элемент может быть выполнен, например, в виде полупроводникового элемента, с регулируемой электрическим путем емкостью или, например, в виде катушки индуктивности в объемном или планарном исполнении, установленных также на внешних боковых кромках металлических пластин, отрезка расширяющейся СЩЛ.

Кроме того, нелинейная функция может иметь вид:

y=ax^±m/n,

где a - коэффициент, задается действительным числом;

m, n - целые положительные взаимно простые числа, причем n>m;

x - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

Также нелинейная функция может иметь вид:

y=ae^bx+ce^dx,

где a, b, c, d - коэффициенты, задаются действительными числами;

х - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

На фиг.1 изображена конструкция антенны; на фиг.2 изображена конструкция антенны (фиг.1) с двумя дополнительными диэлектрическими подложками, дополнительным отрезком СЩЛ и дополнительным возбуждающим элементом; на фиг.3 и фиг.4 изображено продольное сечение антенны (фиг.1) в плоскости расположения отрезка СЩЛ с шириной диэлектрических подложек, равной ширине максимального раскрыва апертуры антенны и больше ширины максимального раскрыва апертуры антенны, соответственно, и с линейным сужением металлических пластин СЩЛ по внутренней боковой кромке; на фиг.5 изображено продольное сечение антенны (фиг.4) с апертурным отрезком ОСЩЛ, подключенным в области максимального раскрыва апертуры; на фиг.6 изображено продольное сечение антенны (фиг.5) с установленным в области апертурного отрезка ОСЩЛ директором, выполненным в виде проводника прямоугольной формы; на фиг.7 и фиг.8 изображено продольное сечение антенны (фиг.1) в плоскости расположения отрезка СЩЛ с нелинейным сужением металлических пластин по внутренней боковой кромке выпуклой и вогнутой формы, соответственно; на фиг.9 - пример выполнения антенны с сужением металлических пластин по внешним боковым кромкам линейной формы вдоль продольной оси симметрии антенны в направлении от области максимального к области минимального раскрыва апертуры; на фиг.10 и фиг.11 - пример выполнения антенны (фиг.9) с нелинейным сужением металлических пластин выпуклой и вогнутой формы, соответственно; на фиг.12 - пример выполнения антенны с расширением металлических пластин по внешним боковым кромкам линейной формы вдоль продольной оси симметрии антенны в направлении от области максимального к области минимального раскрыва апертуры; на фиг.13 и фиг.14 - пример выполнения антенны (фиг.12) с нелинейным расширением металлических пластин выпуклой и вогнутой формы, соответственно; на фиг.15 - пример выполнения антенны (фиг.1) с установленными металлическими излучающими пластинами по внутренним боковым кромкам металлических пластин; на фиг.16 - пример выполнения пластины металлического проводника возбуждающего элемента антенны (фиг.1) в форме прямоугольника; на фиг.17 - пример выполнения металлического проводника возбуждающего элемента антенны (фиг.1) в виде пластины с расширением по внешним боковым кромкам линейной формы; на фиг.18 и на фиг.19 - пример выполнения проводника возбуждающего элемента антенны (фиг.1) в виде пластины с нелинейным расширением по внешним боковым кромкам вогнутой и выпуклой формы, соответственно; на фиг.20 - пример выполнения планарных согласующих элементов антенны (фиг.1), выполненных в виде трех пар идентичных импедансных шлейфов в форме ленточных проводников, которые соединены гальванически по внешним боковым кромкам с пластиной металлического проводника возбуждающего элемента; на фиг.21 и на фиг.22 - пример выполнения планарных согласующих элементов антенны (фиг.1), состоящих из одной пары и из двух пар, соответственно, идентичных неоднородных импедансных шлейфов, выполненных в форме проводника треугольной формы, которые соединены гальванически по внешним боковым кромкам с пластиной металлического проводника возбуждающего элемента; на фиг.23 и на фиг.24 - пример выполнения планарных согласующих элементов антенны (фиг.1), состоящих из одной пары идентичных неоднородных импедансных шлейфов, которые соединены однородной и неоднородной электромагнитной связью, соответственно, в виде зазора по внешним боковым кромкам с пластиной металлического проводника возбуждающего элемента; на фиг.25 - пример выполнения переходного устройства антенны (фиг.1) в виде осесимметричного ленточного проводника, включенного между отрезком сигнальной полосковой линии и проводником возбуждающего элемента; на фиг.26 - пример выполнения переходного устройства антенны (фиг.1) в виде воздушного зазора между торцом отрезка сигнальной полосковой линии и торцом пластины металлического проводника возбуждающего элемента; на фиг.27 - пример выполнения переходного устройства антенны (фиг.26) в виде полупроводникового элемента, включенного в воздушный зазор; на фиг.28 изображено продольное сечение антенны (фиг.1) в плоскости расположения отрезка СЩЛ с гальваническим подключением металлических импедансных пластин через контактные элементы, выполненные в виде стержня, к металлическим пластинам в области максимального раскрыва апертуры; на фиг.29 упрощенно изображено продольное сечение антенны (фиг.1) в плоскости расположения отрезка СЩЛ с примером с гальванического подключения металлических импедансных пластин через контактные элементы, выполненные в виде ленточного проводника, которые по всей своей длине соединены по внешним боковым кромкам с металлическими пластинами отрезка СЩЛ; на фиг.30 - пример выполнения антенны (фиг.1) с металлическими импедансными пластинами прямоугольной формы, соединенными контактными элементами в виде стержня по внешним боковым кромкам металлических пластин отрезка СЩЛ в области максимального раскрыва апертуры; на фиг.31, на фиг.32, на фиг.33 - примеры выполнения антенны (фиг.1) с металлическими импедансными пластинами линейно уменьшающейся ширины, нелинейно уменьшающейся ширины выпуклой формы, нелинейно уменьшающейся ширины вогнутой формы, соответственно, в направлении от области максимального к области минимального раскрыва апертуры антенны; на фиг.34, на фиг.35, на фиг.36 - примеры выполнения антенны (фиг.1) с металлическими импедансными пластинами линейно увеличивающейся ширины, нелинейно увеличивающейся ширины выпуклой формы, нелинейно увеличивающейся ширины вогнутой формы, соответственно, в направлении от области максимального к области минимального раскрыва апертуры антенны.

Антенна (фиг.1) содержит отрезок СЩЛ 1, образованный двумя одинаковыми металлическими пластинами 2, которые соединены между собой с одной стороны короткозамыкателем 3 и расположены между поверхностями одной и другой диэлектрических подложек 4 и 5. Отрезок сигнальной полосковой линии 6 расположен также между поверхностями одной диэлектрической подложкой 4 и другой диэлектрической подложкой 5. Апертура антенны образована отрезком расширяющейся СЩЛ 7, которая является продолжением отрезка ОСЩЛ 8, а образующие ее одинаковые металлические пластины 2 выполнены суживающимися по внутренней боковой кромке 9 от области начала расширения отрезка СЩЛ 1 до области максимального раскрыва апертуры. Отрезок сигнальной полосковой линии 6 с одной стороны подключен к канализирующей линии передачи, а с другой стороны подключен к возбуждающему элементу 10, выполненному в виде отрезка осесимметричного металлического проводника, продольная ось симметрии которого совмещена с продольной осью симметрии отрезка сигнальной полосковой линии 6. Земляной поверхностью отрезка сигнальной полосковой линии 6 являются одна и другая металлические пластины 2 отрезка ОСЩЛ 8, при этом он расположен в плоскости отрезка ОСЩЛ 8 между одной и другой металлическими пластинами 2 ее образующими. Продольная ось симметрии отрезка сигнальной полосковой линии 6 совмещена с продольной осью симметрии отрезка ОСЩЛ 8.

Антенна (фиг.2) может быть выполнена с введением первой и второй дополнительных диэлектрических подложек 11 и 12, между которыми расположен отрезок дополнительной СЩЛ 13, образованный двумя дополнительными металлическими пластинами 16, которые соединены между собой дополнительным короткозамыкателем 17. Отрезок дополнительной СЩЛ 13 состоит из отрезка дополнительной ОСЩЛ 14 и отрезка дополнительной расширяющейся СЩЛ 15. Отрезок дополнительной сигнальной полосковой линии 18 расположен между поверхностями первой и второй дополнительных диэлектрических подложек 11 и 12. Отрезок дополнительной сигнальной полосковой линии 18 подключен с одной стороны к дополнительному возбуждающему элементу 19, а с другой стороны гальванически соединен контактным элементом 20 с отрезком сигнальной полосковой линии 6. Короткозамыкатель 3 и дополнительный короткозамыкатель 17 гальванически соединены между собой общим короткозамыкателем 21.

Антенна (фиг.5) может быть выполнена с гальваническим подключением к отрезку расширяющейся СЩЛ 7 в области максимального раскрыва апертуры антенны апертурного отрезка 22 отрезка ОСЩЛ 23, ширина которого равна ширине расширяющейся СЩЛ 7 в области максимального раскрыва апертуры, при этом внутренние боковые кромки 24 апертурного отрезка 22 параллельны оси симметрии отрезка расширяющейся СЩЛ 7 и гальванически соединены с внутренними боковыми кромками 9 отрезка расширяющейся СЩЛ 7.

В области каждого апертурного отрезка 22 отрезка ОСЩЛ 23 может быть выполнен, по меньшей мере, один директор 25 в виде, например, полоскового проводника, расположенного симметрично относительно внутренних боковых кромок 24 апертурного отрезка 22 отрезка ОСЩЛ 23 и перпендикулярно его продольной оси симметрии (фиг.6).

Антенна (фиг.9-фиг.14) может быть выполнена с сужением или расширением по внешней боковой кромке 26 металлических пластин 2, образующих отрезок СЩЛ 1 в направлении от области максимального к области минимального раскрыва апертуры антенны.

Антенна (фиг.15) может быть выполнена с введением двух идентичных металлических осесимметричных излучающих пластин 27.

Возбуждающий элемент 10 может быть выполнен в виде пластины, которая по двум внешним боковым кромкам 28 имеет различную форму (фиг.16-фиг.19).

Полосковые согласующие элементы 29 могут быть установлены по внешним боковым кромкам 28 пластины металлического проводника возбуждающего элемента 10 гальванически или подключены электромагнитно в виде зазора 30 (фиг.20-фиг.24).

Между торцом отрезка сигнальной полосковой линией 6 и проводником возбуждающего элемента 10 может быть установлено переходное устройство 31 (фиг.25-фиг.27).

Металлические импедансные пластины 32 могут быть установлены при помощи контактного элемента 33 по внешним боковым кромкам 26 металлических пластин 2 (фиг.28-фиг.36).

Предложенная антенна относится к классу приемо-передающих печатных антенн продольных волн и работает следующим образом.

В антенне (фиг.1) входной СВЧ сигнал волны типа-T поступает на отрезок сигнальной полосковой линии 6, расположенный симметрично между металлическими пластинами 2, которые являются, в свою очередь, для отрезка сигнальной полосковой линии 6 земляными пластинами, т.е. сигнал поступает на отрезок копланарной полосковой линии волны типа-T. (Sachse K., Sowicki A. / / New microstrip transmission lines for microwave integrated circuits. // In: IEEE Proc. Microwave Symp., 1979, p.468-470.) К отрезку сигнальной полосковой линии 6 в области апертуры антенны, т.е. в области отрезка расширяющейся СЩЛ 1, соосно подключен возбуждающий элемент 10. Металлические пластины 2, образующие отрезок ОСЩЛ 8 и отрезок расширяющейся СЩЛ 7, за счет соединения между собой короткозамыкателем 3, находятся под одним потенциалом и при этом одновременно выполняют две функции, а именно земляных пластин по отношению к отрезку сигнальной полосковой линии 6 и апертуры антенны, причем сам отрезок сигнальной полосковой линии 6 находится под другим потенциалом. Область апертуры антенны, т.е. область отрезка расширяющейся СЩЛ 7 с возбуждающим элементом 10, имеющим тот же потенциал, что и отрезок сигнальной полосковой линии 6, можно рассматривать как две идентичные неоднородные линии передачи поперечной электромагнитной волны типа-Т с общим центральным проводником, а именно: общий проводник - отрезок сигнальной полосковой линии 6, а два других проводника - одна и другая металлические пластины 2 отрезка расширяющейся СЩЛ 7. Возбуждающим элементом 10 на поверхностях одной и другой металлических пластин 2 возбуждаются поверхностные токи проводимости, соответствующие поперечной электромагнитной волне типа-T. Возбуждаемый поверхностный ток проводимости на поверхности каждой металлической пластины 2 в области апертуры антенны порождает вектор электрического поля Ē, который характеризуется двумя составляющими электрического поля E_□ и E_⊥ относительно продольной оси симметрии отрезка СЩЛ 1. Первая из них E_□ - параллельна продольной оси симметрии отрезка СЩЛ 1, а вторая E_⊥ - ортогональна продольной оси симметрии отрезка СЩЛ 1.

В силу симметрии составляющие электрического поля E_□ ориентированы одинаково и, соответственно, суммируются в апертуре антенны, а составляющие электрического поля E_⊥ ориентированы встречно и, соответственно, взаимно компенсируются в апертуре. В результате суммирования всех составляющих электрического поля Е_□ на металлических пластинах 2 отрезка расширяющейся СЩЛ 1 в апертуре происходит формирование и излучение продольной электромагнитной волны. Таким образом, происходит трансформация первичной поперечной электромагнитной волны во вторичную продольную электромагнитную волну, излучаемую в свободное пространство.

Использование дополнительных первой и второй дополнительных диэлектрических подложек 11 и 12 и отрезка дополнительной СЩЛ 13 (фиг.2) для антенны (фиг.1) позволяет сужать диаграмму направленности в Н-плоскости, увеличивать коэффициент усиления.

В конструкции антенны могут использоваться различные:

- размеры диэлектрических подложек по отношению к максимальному раскрыву апертуры антенны (фиг.3 и фиг.4);

- апертурный отрезок 22 отрезка ОСЩЛ 23, подключаемый к области максимального раскрыва апертуры (фиг.5);

- директор 25, устанавливаемый в области апертурного отрезка 22 отрезка ОСЩЛ 23 (фиг.6);

- формы металлических пластин 2 по внутренней боковой кромке 9 в области апертуры антенны (фиг.7 и фиг.8);

- формы металлических пластин 2 по внешней боковой кромке 26 (фиг.9-фиг.14);

- установка металлических излучающих пластин 27 по внутренним боковым кромкам 9 металлических пластин 2 отрезка СЩЛ 1 в области апертуры антенны (фиг.15);

- формы выполнения пластин возбуждающих элементов 10 (фиг.16-фиг.19);

- варианты выполнения согласующих элементов 29 для согласования возбуждающего элемента 10 с апертурой антенны (фиг.20-фиг.24);

- виды выполнения переходных устройств 31, которые служат для соединения отрезка сигнальной полосковой линии 6 с возбуждающим элементом 10 (фиг.25-фиг.27);

- варианты подключения контактными элементами 33 металлических импедансных пластин 32 к внешним боковым кромкам 26 металлических пластин 2 отрезка СЩЛ 1 (фиг.28 и фиг.29);

- варианты выполнения форм металлических импедансных пластин 32 по внешним боковым кромкам 34 (фиг.30-фиг.36).

Оптимальный выбор элементов позволяет создавать конструкции антенн на заданные электрические характеристики.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным печатным антеннам СВЧ диапазона, и может найти применение в системах связи, в радиодефектоскопии, в задачах радиомониторинга. Техническим результатом является создание широкополосной антенны, способной излучать и принимать продольные электромагнитные волны с низким уровнем неравномерности характеристики согласования, простой и высокотехнологичной конструкцией. Антенна содержит отрезок СЩЛ, образованный двумя одинаковыми металлическими пластинами, которые соединены между собой с одной стороны короткозамыкателем, и отрезок сигнальной полосковой линии, которые расположены между поверхностями одной и другой диэлектрических подложек, апертура антенны образована отрезком расширяющейся симметричной щелевой линии, которая является продолжением отрезка однородной симметричной щелевой линии, а образующие ее одинаковые металлические пластины выполнены суживающимися по внутренней боковой кромке от области начала расширения отрезка симметричной щелевой линии до области максимального раскрыва апертуры антенны, при этом с одной стороны отрезок сигнальной полосковой линии подключен к канализирующей линии передачи, земляной поверхностью его являются одна и другая металлические пластины отрезка однородной симметричной щелевой линии. Введены первая и вторая дополнительные диэлектрические подложки, идентичные одной и другой диэлектрическим подложкам. Металлические пластины по внешней боковой кромке отрезка симметричной щелевой линии выполнены параллельными относительно его продольной оси симметрии. 42 з.п. ф-лы, 36 ил.

1. Антенна, содержащая отрезок симметричной щелевой линии, образованный двумя одинаковыми металлическими пластинами, которые соединены между собой с одной стороны короткозамыкателем, и отрезок сигнальной полосковой линии, которые расположены между поверхностями одной и другой диэлектрических подложек, апертура антенны образована отрезком расширяющейся симметричной щелевой линии, которая является продолжением отрезка однородной симметричной щелевой линии, а образующие ее одинаковые металлические пластины выполнены суживающимися по внутренней боковой кромке от области начала расширения отрезка симметричной щелевой линии до области максимального раскрыва апертуры антенны, при этом с одной стороны отрезок сигнальной полосковой линии подключен к канализирующей линии передачи, земляной поверхностью его являются одна и другая металлические пластины отрезка однородной симметричной щелевой линии, отличающаяся тем, что отрезок сигнальной полосковой линии расположен в плоскости отрезка однородной симметричной щелевой линии между одной и другой металлическими пластинами ее образующими, причем продольная ось симметрии отрезка сигнальной полосковой линии совмещена с продольной осью симметрии отрезка однородной симметричной щелевой линии, при этом с другой стороны отрезок сигнальной полосковой линии подключен к возбуждающему элементу, выполненному в виде отрезка осесимметричного металлического проводника, продольная ось симметрии которого совмещена с продольной осью симметрии отрезка сигнальной полосковой линии.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что введены первая и вторая дополнительные диэлектрические подложки, идентичные одной и другой диэлектрическим подложкам, между которыми расположен отрезок дополнительной симметричной щелевой линии, образованный двумя дополнительными одинаковыми металлическими пластинами, которые соединены между собой с одной стороны дополнительным короткозамыкателем, и отрезок дополнительной сигнальной полосковой линии, который со стороны расположения в области апертуры антенны подключен к дополнительному возбуждающему элементу, расположенному соосно с дополнительным отрезком однородной симметричной щелевой линии, при этом на поверхность первой дополнительной диэлектрической подложки симметрично установлена вторая дополнительная диэлектрическая подложка, причем с другой стороны отрезок сигнальной полосковой линии и отрезок дополнительной сигнальной полосковой линии гальванически соединены между собой контактным элементом, а короткозамыкатель и дополнительный короткозамыкатель гальванически соединены между собой общим короткозамыкателем.

3. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что диэлектрические подложки в области апертуры антенны выполнены с относительной диэлектрической проницаемостью, равной единице.

4. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что диэлектрические подложки выполнены одинаковой толщины и с одинаковой относительной диэлектрической проницаемостью.

5. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что ширина диэлектрических подложек равна ширине или больше ширины максимального раскрыва апертуры.

6. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что к каждому отрезку симметричной щелевой линии в области максимального раскрыва апертуры антенны гальванически подключен апертурный отрезок однородной симметричной щелевой линии, ширина которого равна ширине отрезка расширяющейся симметричной щелевой линии в области максимального раскрыва апертуры антенны, при этом внутренние боковые кромки апертурного отрезка однородной симметричной щелевой линии параллельны оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

7. Антенна по п.6, отличающаяся тем, что в области апертурного отрезка однородной симметричной щелевой линии введен, по меньшей мере, один директор, выполненный в виде металлического проводника, расположенного симметрично относительно внутренних боковых кромок апертурного отрезка однородной симметричной щелевой линии и перпендикулярно его продольной оси симметрии.

8. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что сужение металлических пластин по внутренней боковой кромке отрезка симметричной щелевой линии вдоль ее продольной оси симметрии в области апертуры антенны в направлении от области соединения с отрезком однородной симметричной щелевой линии к области максимального раскрыва апертуры антенны описывается линейной или нелинейной функцией.

9. Антенна по п.8, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид: y=ax^±m/n,
где а - коэффициент, задается действительным числом;
m, n - целые положительные взаимно простые числа, причем n>m;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

10. Антенна по п.8, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид: y=ае^bх+ce^dx,
где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

11. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что металлические пластины по внешней боковой кромке отрезка симметричной щелевой линии выполнены параллельными относительно его продольной оси симметрии.

12. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что металлические пластины по внешней боковой кромке вдоль продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии в направлении от области максимального раскрыва апертуры к области минимального раскрыва апертуры антенны выполнены идентично суживающимися или расширяющимися, причем сужение или расширение металлических пластин описывается линейной или нелинейной функцией.

13. Антенна п.12, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид: у=ах^±m/n,
где а - коэффициент, задается действительным числом;
m, n - целые положительные взаимно простые числа, причем n>m;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

14. Антенна по п.12, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид:
y=ae^bx+ce^dx,
где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

15. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что введены две идентичные осесимметричные металлические излучающие пластины, которые расположены симметрично относительно плоскости расположения соответствующего отрезка симметричной щелевой линии и подключены гальванически по всей своей длине в области апертуры антенны по внутренним боковым кромкам металлических пластин отрезка расширяющейся симметричной щелевой линии.

16. Антенна по п.15, отличающаяся тем, что длина металлической излучающей пластины вдоль ее продольной оси симметрии равна длине внутренней боковой кромки отрезка расширяющейся симметричной щелевой линии вдоль его продольной оси симметрии.

17. Антенна по п.15, отличающаяся тем, что ширина металлической излучающей пластины вдоль ее продольной оси симметрии выполнена постоянной, а сама поверхность, например, прямоугольной формы.

18. Антенна по п.15, отличающаяся тем, что ширина металлической излучающей пластины вдоль ее продольной оси симметрии, от области начала расширения отрезка симметричной щелевой линии к области максимального раскрыва апертуры антенны, выполнена увеличивающейся, причем увеличение ширины ее описывается линейной или нелинейной функцией.

19. Антенна по п.18, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид:
y=ax^±m/n,
где а - коэффициент, задается действительным числом;
m, n - целые положительные взаимно простые числа, причем n>m;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии металлической излучающей пластины.

20. Антенна по п.18, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид:
у=ae^bx+ce^dx,
где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии металлической излучающей пластины.

21. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что металлический проводник возбуждающего элемента выполнен в виде пластины прямоугольной формы.

22. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что металлический проводник возбуждающего элемента выполнен в виде расширяющейся по двум внешним боковым кромкам пластины вдоль продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии в направлении от области соединения с отрезком сигнальной полосковой линии к области максимального раскрыва апертуры, при этом закон расширения описывается линейной или нелинейной функцией.

23. Антенна по п.22, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид:
y=ax^±m/n,
где а - коэффициент, задается действительным числом;
m, n - целые положительные взаимно простые числа, причем n>m;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

24. Антенна по п.22, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид:
y=ae^bx+ce^dx,
где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

25. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что на одну и другую внешние боковые кромки пластины металлического проводника возбуждающего элемента, протяженные вдоль его продольной оси симметрии, установлено, по меньшей мере, по одной паре идентичных планарных согласующих элемента, соответственно по одному на одну и другую внешнюю боковую кромку.

26. Антенна по п.25, отличающаяся тем, что планарный согласующий элемент выполнен, по крайней мере, из одного импедансного шлейфа в виде ленточного проводника, который соединен гальванически с внешней боковой кромкой пластины металлического проводника возбуждающего элемента.

27. Антенна по п.25, отличающаяся тем, что планарный согласующий элемент выполнен, по крайней мере, из одного неоднородного импедансного шлейфа.

28. Антенна по п.27, отличающаяся тем, что неоднородный импедансный шлейф соединен с внешней боковой кромкой пластины металлического проводника возбуждающего элемента гальванически.

29. Антенна по п.27, отличающаяся тем, что неоднородный импедансный шлейф связан с внешней боковой кромкой пластины металлического проводника возбуждающего элемента электромагнитно.

30. Антенна по п.29, отличающаяся тем, что электромагнитная связь выполнена в виде однородного или неоднородного зазора.

31. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между отрезком сигнальной полосковой линии и металлическим проводником возбуждающего элемента соосно включено переходное устройство.

32. Антенна по п.31, отличающаяся тем, что переходное устройство выполнено в виде осесимметричного ленточного полоскового проводника.

33. Антенна по п.31, отличающаяся тем, что переходное устройство выполнено в виде зазора между торцом отрезка сигнальной полосковой линии и торцом металлического проводника возбуждающего элемента.

34. Антенна по п.33, отличающаяся тем, что в зазор включен полупроводниковый элемент с регулируемой электрическим путем емкостью.

35. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что введены две идентичные осесимметричные металлические импедансные пластины, которые установлены со стороны одной и другой внешних боковых кромок металлических пластин отрезка симметричной щелевой линии, симметрично относительно продольной оси симметрии плоскости расположения металлических пластин и перпендикулярно этой плоскости, при этом каждая металлическая импедансная пластина гальванически соединена контактным элементом с внешней боковой кромкой металлической пластины.

36. Антенна по п.35, отличающаяся тем, что контактный элемент выполнен в виде металлического стержня и установлен в области максимального раскрыва апертуры антенны либо в любом месте на отрезке внешних боковых кромок металлических пластин, образующих отрезок расширяющейся симметричной щелевой линии.

37. Антенна по п.35, отличающаяся тем, что контактный элемент выполнен в виде ленточного проводника, который установлен вдоль внешних боковых кромок металлических пластин отрезка расширяющейся симметричной щелевой линии от области максимального раскрыва апертуры антенны к области минимального раскрыва апертуры.

38. Антенна по п.35, отличающаяся тем, что контактный элемент выполнен в виде полупроводникового элемента с регулируемой электрическим путем емкостью, который установлен на внешних боковых кромках металлических пластин отрезка расширяющейся симметричной щелевой линии.

39. Антенна по п.35, отличающаяся тем, что контактный элемент выполнен в виде катушки индуктивности в объемном или планарном исполнении, которая установлена на внешних боковых кромках металлических пластин отрезка расширяющейся симметричной щелевой линии.

40. Антенна по п.35, отличающаяся тем, что ширина металлической импедансной пластины в направлении продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии от области максимального к области минимального раскрыва апертуры антенны выполнена одинаковой, а металлическая импедансная пластина, например, в форме прямоугольника.

41. Антенна по п.35, отличающаяся тем, что ширина металлической импедансной пластины в направлении продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии от области максимального к области минимального раскрыва апертуры антенны выполнена увеличивающейся или уменьшающейся, причем увеличение или уменьшение ширины металлической импедансной пластины описывается линейной или нелинейной функцией.

42. Антенна по п.41, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид: y=ах^±m/n, где а - коэффициент, задается действительным числом;
m, n - целые положительные взаимно простые числа, причем n>m;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.

43. Антенна по п.41, отличающаяся тем, что нелинейная функция имеет вид: y=ae^bx+ce^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами;
х - координата, соответствующая продольной оси симметрии отрезка симметричной щелевой линии.