Мішустін Б А

Московський енергетичний інститут Красноказарменная, 14, Москва, 111250, Росія тел (095) 372-52-42, e-mail mishustinBA@mpeiru Слезкин В Г, Редькіна Є А Севастопольський національний технічний університет Студмістечко, Севастополь, 99053, Україна тел (0692) 23-51-18, e-mail rt@stelsebastopolua

Анотація – Досліджується можливість переходу від трубчастих коаксиально-колінеарних антен з послідовними розгалуженнями в схемі живлення до плоских конструкціях на основі копланарних ліній Наводяться експериментальні результати, що доводять таку можливість

I                                       Введення

в даний час при створенні нових типів антенних пристроїв для базових станцій та для периферійних пунктів телекомунікаційних радіосистем все більша перевага віддається конструктивно простим варіантам, мають малу матеріаломісткість і високу технологічність Такими якостями володіють одношарові і багатошарові друковані антени, що мають плоскі випромінюючі структури і схеми живлення

У даному докпаде обговорюється можливість створення друкованих багатоелементних антен, схема живлення яких містить послідовні розгалуження

II                               Основна частина

в наших попередніх докпадах (див, наприклад, [1]) розглядалися коаксиально-колінеарні (КОКО) антени з послідовними розгалуженнями в схемі живлення, яка розташована всередині трубчастої конструкції

У трьохелементної КОКО антені трубчасті елементи розділені вузькими кільцевими щілинами У схемі живлення використано одноступінчаста послідовне розгалуження: внутрішній провідник коаксіального фідера підключений до стрижня з діаметром, рівним діаметру зовнішнього провідника коаксіального фідера, причому розрив між зовнішнім і внутрішнім провідниками коаксіального фідера розміщений усередині порожнини середнього елемента на однакових відстанях від кільцевих щілин між елементами У коаксіалі, утвореному зовнішнім провідником коаксіального фідера, стрижнем і внутрішньою поверхнею середнього трубчастого елемента, збуджуються дві хвилі, що поширюються до щілин Так як відстані від точки збудження до щілин однакові, ці хвилі забезпечують синфазное збудження елементів незалежно від їх довжини

Для КОКО антен з 2 – 1 елементами вимагається п ступенів коаксіального дільника харчування, тобто п коаксиалом, вкладених один в іншій

Переваги послідовних розгалужень в схемі живлення очевидні: це можливість забезпечити синфазное збудження елементів випромінюючих структур при різних довжинах елементів, а також можливість розміщення елементів схеми живлення усередині випромінюючої структури Недоліками КОКО антен розглянутого типу є конструктивна складність і низька технологічність

Підвищити технологічність КОКО антен можна завдяки переходу до плоских структурам, в яких використовуються як плоскі випромінюючі елементи, так і планарниє фідери, наприклад, копланарная лінія

Для відпрацювання методики проектування і налаштування друкарських КОКО антен була розроблена Двоелементною антена типу плоского вібратора на діелектричному підставі (рис1)

Рис 1 Топологія плоскою вибраторной антени Fig 1 Flat oscillator antenna topology

Плечі 1 і 2 можуть мати різну довжину /-i та / 2, відповідно Плече 2 складається з двох половин, зєднаних зовнішнім провідником коаксіального кабелю 3, центральний провідник якого зєднаний з середнім провідником 4 копланарной лінії, утвореної цим провідником і половинами плеча 2 Вирізи 5 мають глибину близько KJ4 (Aj – довжина хвилі з урахуванням діелектрика підстави) для забезпечення режиму ефективного холостого ходу на зовнішньому кінці плеча 2 Очевидно, що копланарний «четвертьволновий стакан», на відміну від коаксіального, не забезпечує перекриття всього ближнього поля, створюваного струмами на поверхні плеча 2 Однак шляхом відповідного вибору розмірів вирізів можна спробувати забезпечити достатній рівень придушення струмів на торці плеча 2

При виборі поперечних розмірів структури ми вважали, що для реалізації копланарной лінії досить мати ширину зовнішніх провідників, в

3 . 4 Рази перевершує ширину середнього провідника

Експериментальний макет спочатку мав різні довжини плечей, причому / 1> / 2 = λ / 4 (λ – довжина хвилі у вільному просторі) У процесі експерименту плече 1 поступово укорачівалось до значення / 1 = / 2 Для останнього варіанту мінімум КСВ становив 12 при відносній смузі за рівнем КСВ 20 близько 12%, для одного з проміжних варіантів частотна характеристика КСВ мала вигляд симетричної двогорбий кривої з відносною смугою за рівнем КСВ 20 близько 20% Діаграми спрямованості формою відповідали диаграммам симетричного вібратора Рівень кроссполярізациі не перевищував -12 дБ Ці дані побічно підтверджують припущення про практично достатньому придушенні струмів, затікає на зовнішню поверхню зовнішнього провідника коаксіального кабелю

При розробці трьохелементної плоскою КОКО антени були використаний аналогічний підхід (рис 2)

Рис 2 Топологія трьохелементної друкованої КОКО антени

Fig 2 Tiiree-eiement COCO printed antenna topoiogy

Антена містить елементи 1,2,3, причому довжини крайніх елементів однакові Середній провідник 4 перші копланарной лінії, порушуваний коаксіальним кабелем (на малюнку не показаний) переходить в середній провідник другий копланарной лінії, вирізи 5 якій грають роль послідовних индуктивностей і призначені для узгодження антени шляхом підбору довжини за допомогою накладних перемичок

Для експериментального макета відносна смуга робочих частот за рівнем КСВ 20 склала близько 5% Ширина діаграми спрямованості в Е-площині за рівнем 05 потужності склала 55 °, рівень кроссполярізациі не перевищував -18 дБ

III                                  Висновок

Запропоновано планарниє варіанти КОКО антен, які технологічно можуть бути виконані як друковані структури завдяки заміні коаксіальних фідерів в схемі живлення на копланарние лінії Незважаючи на відмінності у властивостях цих типів фідерів, експериментально підтверджена можливість створення багатоелементних КОКО антен на основі друкованих структур

IV                           Список літератури

[1] IVIuwycmuH Б А, Слезкин В Г, Редькіна Є А Оптимізація характеристик випромінювання коаксіальних коллінеарен-них антен з послідовними дільниками харчування / / 12-я міжн конф КриМіКо2002 Матеріали конференції – Севастополь, «Вебер», 2002 – С347-348

COAXIAL-COLLINEAR PRINTED ANTENNAS WITH SERIAL BRANCHINGS IN FEEDING SCEME

Mishoostin B A

Moscow Power Engineering institute Krasnoi<azarmennaya 14, Moscow, 111250, Russia tei (095) 372-52-42, e-maii: mishustinBA@mpeiru Slyozkin V G, Redkina E A

Sevastopol National Technical University

Studgorodok, Sevastopol, 99053, Ukraine tei (0692)23-50-18, e-maii: rt@steisebastopoiua

Abstract – Possibility to pass from tube-type coaxial- collinear antennas with serial branching in feeding scheme to flat constructions based on coplanar feeders is investigated Experimental results proved such possibility is presented

I                                         Introduction

Nowadays in creation of new types of antenna devices for telecommunication systems basic stations and peripheral points more preference is given to constructively simplest variants, having low material capacity and high manufacturability These qualities possess one-layer and multi-layer printed antennas with flat radiating structures and feeding schemes

The report has deal with possibilities to design printed multielement antennas which feeding scheme contains of serial branchings

II                                        Main part

Our previous reports (for instance [1]) was dedicated to co- axial-collinear (COCO) antennas having serial branchings in feeding scheme placed into tubular construction

In three-element COCO antenna tubular elements are separates with narrow circumferential slots We have used one- staged serial branching: an inner conductor of coaxial feeder is connected to a rod having diameter equal to those of outer conductor of coaxial feeder A gap between coaxial feeder inner and outer conductors is into the middle element’s cavity on equal distances from circumferential slots In a coaxial constituted by coaxial feeder’s outer conductor, the rod and inner surface of the middle tubular element there are excited two waves which propagate from the gap to slots Due to equality of distances between the point of excitation and slots, these waves provide cophasal excitation of the elements regardless of its lengths

For COCO antennas having 2&quot – 1 elements is required n stages of coaxial feeding devider, I e n coaxials, taken up one to another

As disadvantages of such type COCO antennas we have constructive complexity and low manufacturability

In order to raise manufacturability of the COCO antennas one can pass to flat structures used both flat radiating elements and planar feeders like coplanar line

For the purpose to give a work-out to methods of design and tuning of printed COCO antennas we have developed two- element antenna of flat oscillator type placed on dielectric base (fig 1)

Arms 1 and 2 may have different length I, і h Outer conductor of coaxial cable 3 is connected with arm 2 having two parts Cable inner conductor is connected with central conductor of coplanar line generated with this conductor end parts of arm 2 Cuts 5 have depth near KJ4 (λ^ – wavelength considered dielectric of base) to reach effective current cut on the outer end ofthe arm 2

Cross dimensions of the structure was selected in assumption that coplanar line can be realized if its outer conductors have width 3..4 times more than that of central conductor

The beginning experimental model had /i > /2 = λ/4 (λ – free space wavelength), the last model had /1 = /2 (cutted was arm

1)            For the last model there was relative frequency band 12 % (VSWR level 20) and band 20 % have provided intermediate model Patterns forms was practically the same as that of symmetric oscillator Cross polarization level was not more than – 12dB

Similar approach was used in three-element flat COCO (fig

2)            Elements 1 and 3 had equal lengths Central conductor 4 of the first coplanar line turns into central conductor of the second coplanar line Cuts 5 performs serial inductivities [2] that are used for antenna matching

The experimental model have provided relative frequency band about 5 % E-plane pattern beamwidth was about 55° Cross polarization level was not more than -18 dB

III                                       Conclusion

Planar variants of COCO antennas can be manufactured as printed structures due to replacement of coaxial feeders with coplanar lines In spite of differences in qualities of these types of feeders we have experimentally confirmed a possibility to create multi-element COCO antennas based on printed structures

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р