ПЛАНАРНЫЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДИСКОВЫЕ АНТЕННЫ

May 16, 2012 by admin Комментировать »

Иванченко И. В., Попенко Н. А., Хруслов М. М. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины Харьков – 61085, ул. Ак. Проскуры 12 тел. +38(057) 7448594, e-mail: buran@ire.kharkov.ua

Аннотация – В работе приведены результаты экспериментальных исследований планарных диэлектрических дисковых антенн с различными подложками и излучающими элементами. Геометрические и электрические параметры антенных прототипов выбраны в соответствии с теоретическими расчетами. Установлено, что использование подложек с различными значениями диэлектрической проницаемости приводит к изменению формы диаграммы направленности. Показана возможность увеличения излучаемой в свободное пространство мощности и расширения полосы частот диэлектрических антенн по сравнению с аналогичными дисковыми металлическими антеннами.

I.  Введение

В последнее время диэлектрические антенны все чаще используются как альтернативный аналог известных планарных металлических дисковых антенн. В соответствии с теоретическими предпосылками [1], применение диэлектрического излучающего элемента вместо металлического должно приводить к возрастанию уровня излучаемой в свободное пространство мощности и расширению полосы частот антенн данного класса. При этом использование в качестве подложек материалов с различной диэлектрической проницаемости позволяет формировать принципиально различные диаграммы направленности.

II.  Основная часть

В работе приводятся результаты экспериментального исследования планарных антенн, представляющих собой диэлектрический диск (£d>£s), расположенный на диэлектрической подложке. При этом размеры последней существенно превышают размеры диска. В качестве элемента возбуждения антенны использовался вертикальный электрический диполь в виде отрезка центральной жилы коаксиального кабеля.

Измерение диаграмм направленности проводилось с использованием развитого авторами метода, обеспечивающего возможность регистрации приемного сигнала во всей рабочей полосе частот (8- 10ГГц) с дискретом 10МГц в каждой точке положения приемной антенны. Угловой дискрет положения приемного рупора в процессе записи диаграмм направленности составлял 0.5°. Данный алгоритм позволяет проводить запись сигналов и обработку массива данных в реальном масштабе времени [2]. Для численной обработки полученных результатов измерения использовалось программное обеспечение, написанное в оболочке Borland C++ 5.0.

Антенна в виде диэлектрического диска (радиус rd=22 мм, толщина hd=0,25 мм, £=7), расположенный на полистироловой подложке (радиус rs=220 мм, толщина hs=4MM, £=2,5) имеет диаграмму направленности (рис. 1 ,а), у которой наибольшая мощность излучения сконцентрирована в центральных лепестках. При помещении того же диска на тефлоновую подложку (радиус rs=80 мм, толщина hs=4 мм, £=2,05) наблюдается диаграмма направленности (рис. 1 ,Ь), у которой преобладают боковые лепестки. При помещении на те же подложки в качестве излучающего элемента диэлектрического диска (радиус гь=25мм, толщина hd=0,5MM, £=90) (рис.2) мощность излучения в свободное пространство существенно возрастает. В данной антенне, по сравнению с ранее рассмотренной, диаграммы направленности изменяются. У антенны с полистироловой подложкой происходит перераспределение мощности, а именно, интенсивность излучения оказывается большей в боковых лепестках, а у антенны с тефлоновой подложкой основная мощность излучения сосредоточена в близо- севых лепестках.

6, degree

Рис. 1. Диаграммы направленности диэлектрической дисковой антенны (22×0,25 мм2, е=7) с полистироловой (а) и тефлоновой (б) подложками.

Fig. 1. Far-field patterns of dielectric disk antenna (22×0,25 mm2, z=7) with polystyrene (a) and teflon substrates

6, degree

Puc. 2. Диаграммы направленности диэлектрической дисковой антенны (25×0,5 мм2, е=90)с полистироловой (а) и тефлоновой (б) подложками.

Fig. 2. Far-field patterns of dielectric disk antenna (25×0,5 mm2, £=90) with polystyrene (a) and teflon substrates

PLANAR DIELECTRIC DISK ANTENNAS

III. Заключение

Таким образом, в работе представлены результаты исследования планарных диэлектрических антенн и показана возможность изменения диаграммы направленности при изменении диэлектрической проницаемости ее элементов. Показано, что применение печатных дисковых антенн с большой диэлектрической проницаемостью излучающих элементов позволяет увеличить мощность излучения в свободное пространство и расширить полосу частот по сравнению с аналогичными дисковыми металлическими антеннами.

I.     Список литературы

[1] БлизнюкН. Ю., Носич А. И. Численный анализ диэлектрической антенны. Радиофизика и электроника. 2000, т. 5, № 1.

[2] I. Ivancenko, A. Korolev, N. Lukyanova (Bliznyuk). Broadband omnidirectional circular patch antenna. 17th International conference on applied electromagnetics and communications, Dubrovnik (Croatia), 1-3 October, 2003.

Ivanchenko I., Popenko N., Khruslov M.

Usikov Institute for Radiophysics and Electronics of NAS of Ukraine 12, Proskura st., 61085 Kharkov, Ukraine

tel. 38 057 7448594, e-mail: buran@ire.kharkov.ua

Abstract – The results of experimental investigations of planar dielectric disk antennas with different substrates and radiating elements are presented. Geometric and electromagnetic parameters of antenna prototypes selected in accordance with theoretical calculations. The use of substrates with different dielectric permittivity is determined to give rise the change in the radiation pattern shape. The possibility is shown to increase radiation power in the free space and to broaden antenna bandwidth in comparison with the similar metal disk antennas.

I.  Introduction

Today the planar disk antennas are used more and more frequently as alternative analogue of well-known metal patch circular antennas. In accordance with theoretical predictions the use of dielectric radiating element instead of metal one should increase the radiation power in free space and broaden the bandwidth of this class of antennas. At that the utilization of materials with different dielectric permittivity as an antenna substrate allow to form the essentially different radiation patterns.

II.  Main part

The results of experimental investigation the planar antennas in the form of dielectric disk with £d > £s are considered in this paper. Substrate dimensions exceed essentially those of dielectric disk. As an excitation element a vertical electric dipole in the form of coaxial cable central wire length is used.

Software developed by authors provides a possibility to measure the far-field radiation patterns within 8-10GHz operating frequency band. The like algorithm allows the real time data processing [2]. Fig.1 illustrates the far-field radiation patterns of two antenna prototypes: 1) the dielectric disk (radius rd=22mm, thickness hd=0,25mm, £=7) located on the polystyrene substrate (radius rs=220mm, thickness hs=4mm, £=2,5) (Fig.1a), 2) the same dielectric disk located on the teflon substrate (radius rs=80mm, thickness hs=4mm, £=2,05) (Fig.1b). As shown in Fig.1 both far-field patterns display essential difference of their shapes. The first prototype maximum radiation power in Fig1 ,a is concentrated in the central lobes whereas in the second prototype far- field of Fig.1 ,b the greater power is radiated in the side lobes. If the dielectric disk with radius rd=25mm, thickness hd=0,5MM, £=90 is placed on the substrates like those, the radiation power in free space is increased essentially. The radiation pattern of this antenna is changed as well (Fig.2). In the case of polystyrene substrate one can see the redistribution in the radiation power. In other words the basic radiation power is greater in the side lobes whereas with the teflon substrate the basic radiation power is concentrated approximately along the zenith direction.

III.  Conclusion

In conclusion, the results of experimental investigations of planar dielectric antenna prototypes and demonstration of real possibility to control the radiation pattern by changing the dielectric permittivity of antenna elements are shown in the paper. It is reported that the use of patch disk antennas with high dielectric permittivity of radiated elements enhances the radiation power in free space as well as broadens the antenna bandwidth in comparison with the similar metal disk antennas.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты