Полосковые и микрополосковые антенны. Конструкции, достоинства и недостатки антенны. Распределение магнитных токов. Диаграмма направленности в плоскости Е и Н.

Полосковые и микрополосковые антенны выполняют по интегральной технологии, как и другие устройства СВЧ (делители мощности, фазовращатели, согласующие элементы). К достоинствам этого вида антенн относятся простота, сравнительно небольшие объем и масса, низкопрофильность, т.е. малое аэродинамическое сопротивление при размещении на поверхности летающих объектов.

Составными частями простейшего полоскового излучателя (см. рис.) являются металлическая пластина 1, экран 3 и диэлектрическое основание 2 (подложка). Форма металлических пластин-излучателей весьма разнообразна. Наиболее распространены пластины прямоугольной, круглой и эллиптической формы. Возбуждение пластин может осуществляться либо коаксиальной линией через отверстие в экране и подложке, либо полосковой линией в плоскости пластины. В качестве диэлектрического основания обычно используются диэлектрики с параметрами: e_r»2,5¸10,0 и tgd»10^-4¸-10^-3. Толщина основания h может составлять (0,1¸0,01)l.

Микрополосковые излучатели относятся к резонансным антеннам. Упрощенно можно считать, что объемный резонатор микрополоскового излучателя ограничен вертикальными стенками из идеального магнитопроводящего материала, расположенными по периметру пластины. В прямоугольных микрополосковых антеннах используется низший тип резонанса, при котором

L»l_В/2,

где l₀» - длина волны в полосковой линии передачи с шириной проводника w£l/2.

Составляющая электрического поля в поперечном сечении плоской линии (вдоль координаты у) между пластиной и экраном распределена почти равномерно, а в продольном (вдоль координаты х) – по синусоидальному закону с пучностями на краях пластины. Заметные отклонения от такого идеализированного распределения наблюдаются только вблизи углов пластины и в окрестности точки питания.

Существенным недостатком одиночного микрополоскового излучателя является узкополосность, связанная с резонансным механизмом действия антенны.

Распределение магнитных токов и в эквивалентной щели, построенное исходя из картины распределения поля в резонаторе прямоугольной формы микрополосковой антенны. Главную роль в формировании излучаемого поля играют равномерно распределенные синфазные токи ₁ и ₃, создающие линейно поляризованное излучение с вектором Е, параллельным оси х. Токи ₂ и ₄ содержат на каждой боковой стороне пластины по два противофазных участка, излучение которых, в значительной степени взаимно компенсируется (точная компенсация имеет место в плоскостях zOx и zOy).

Можно получить следующие выражения для ДН прямоугольной микрополосковой антенны:

,

где ; ; .

В выражении для f_j первый член в скобках соответствует излучению двух торцевых щелей с равномерным распределением магнитного тока, второй член – излучению боковых щелей. Размер L должен определятся из условия резонанса L»0,5l₀ .

Характерный вид ДН прямоугольной микрополосковой антенны изображен на рисунке.

ДН микрополосковой антенны с прямоугольной пластиной в плоскости Е (а) и в плоскости Н (б)