CC BY
176
ПЛОСКАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ РАДИОВОЛНОВЫХ ОХРАННЫХ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ СВЧ ДИАПАЗОНА
PLANAR ANTENNA ARRAY FOR RADIO WAVE SECURITY SENSORS OF SHF BAND
Представлены результаты компьютерного моделирования новой плоской антенной решетки вытекающей волны для двухпозиционных охранных извещателей диапазона 24—24,25 ГГц. Антенна имеет простую однослойную конструкцию с волноводным входом и обеспечивает высокую эффективность излучения (75%) при коэффициенте усиления 24,4—24,7 дБ.
The results of computer simulation of a novel planar leaky-wave antenna array for two-position security sensors of 24—24,25 GHz frequency range are presented. The antenna has a simple single layer design with waveguide input and provides high radiation efficiency (75 %) while the antenna gain is 24,4—24,7 dB.
Важными элементами систем охраны периметра объектов и территорий являются радиоволновые двухпозиционные извещатели СВЧ диапазона, позволяющие создать охраняемый рубеж протяженностью до нескольких сотен метров. В последние годы наблюдается тенденция к повышению рабочих частот таких устройств и переходу на частоты порядка 24 ГГц, что позволяет повысить помехоустойчивость, уменьшить массу и габариты извещателей. В то же время имеется возможность дальнейшего улучшения характеристик известных извещателей, работающих в полосе частот 24—24,25 ГГц, например за счет повышения эффективности приемных и передающих антенн. В извещателях обычно используются микрополосковые антенные решетки (МПАР) [1] с присущими им ограничениями на достижимые значения эффективности излучения и коэффициента усиления (КУ). В связи c этим в качестве альтернативного варианта антенны нами рассматривается вариант плоской антенной решетки вытекающей волны (ПАВВ) [2] со значительно меньшими тепловыми потерями и высокой (не менее 50-70 %) эффективностью при тех же размерах излучающей поверхности, что и у МПАР.
В предшествующих работах [2—5] нами исследованы ПАВВ с большой площадью раскрыва, рассчитанные на получение высоких (28—30 дБ) значений КУ. Применительно к извещателям желательно иметь антенну с шириной диаграммы направленности около 9—10 град. и КУ порядка 24—25 дБ. Поэтому в данной работе рассмотрен вариант ПАВВ с размерами раскрыва не более 5—6 длин волны излучения, т.е. 60—70 мм.
Общий вид разработанной нами антенны показан на рис. 1, на котором обозначено: А и В — размеры раскрыва, Н — толщина диэлектрического волновода; направление максимального излучения ориентировано вдоль оси Z. Основные элементы конструкции: экранированный с нижней стороны плоский диэлектрический волновод, дифракционная решетка из металлических лент и устройство возбуждения поверхностных волн в диэлектрическом волноводе в виде центральной ленты дифракционной решетки с неоднородностями в виде боковых металлических выступов. Для изготовления антенны предполагается использовать фольгированный СВЧ диэлектрик. Особенностью антенны является наличие волноводного входа стандартных размеров.
Ниже показаны основные электрические характеристики антенны с размерами А=68 мм; В=69 мм; Н=2 мм (относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрического волновода 2,55), полученные путем компьютерного моделирования с помощью программы Ansys Н^: на рис. 2 — частотная характеристика коэффициента стоячей волны напряжения (КСВ); на рис. 3 — частотная характеристика коэффициента усиления; на рис. 4 — пример диаграмм направленности в Е- и Н-плоскостях на частоте 24,2 ГГц.
ХУ РО 7 нрвэмыеи АЯ50Р
Рпед [0№]
Рис. 2. Частотная характеристика КСВ
Y1
ргeq [GHz]
Рис. 3. Частотная характеристика коэффициента усиления
XY P!om9 нрввмосіеп АЯ50Р
ЇИеІа [<3 ед]
Рис. 4. Пример диаграмм направленности в Е- и Н-плоскостях
Из представленных данных следует, что рассмотренная ПАВВ в полосе частот 23,9—24,5 ГГц обеспечивает высокую степень согласования по входу (КСВ не более 1,5), коэффициент усиления в пределах 24,4—24,7 дБ (эффективность 75 %) и достаточно низкий уровень бокового излучения (не более -14,5 дБ). Это позволяет сделать вывод, что предложенная плоская антенная решетка вполне может конкурировать с известными микрополосковыми антенными решетками и служить хорошим альтернативным вариантом для использования в радиоволновых извещателях диапазона 24 ГГц.
ЛИТЕРАТУРА
1. Standard Products.Version: 2013-07-01 [Электронный ресурс ]. — Режим доступа: http://www.innosent.de/ (дата обращения: 20.10.2013).
2.Плоская антенна: пат. на изобретение N° 2435260 Рос. Федерация / Нечаев Ю.Б.(РФ), Климов А.И. (РФ), Хохлов Н.С. (РФ), Юдин В.И. (РФ,) Радько П.Н. (РФ); заявитель и патентообладатель: ОАО «Концерн «Созвездие»; опубл. 27.11.2011.
3. Плоская антенна вытекающей волны: заявка на изобретение № 2012144897 Рос. Федерация / Нечаев Ю.Б.(РФ), Климов А.И. (РФ), Борисов Д.Н, (РФ), Юдин В. И. (РФ,) Золотухин А.В. (РФ); дата приоритета 22.10.2012.
4.Planar Leaky-Wave Antenna Arrays for Millimeter Wave Application / Yu. B. Nechaev, D.N. Borisov, A.I. Klimov / Recent Advances in Circuits, Systems, Telecommunications and Control: Proceedings on the 1st WSEAS International Conference on Wireless and Mobile Communication Systems (WMCS”13), Paris, France, 29-31 Oct., 2013. — P. 85—89.
5. Разработка и экспериментальное исследование плоских антенных решеток вытекающей волны / Ю.Б. Нечаев, Д. Н. Борисов, А.И. Климов, А.В. Золотухин // Известия вузов. Радиоэлектроника. — 2013. — Т. 56. — № 11. — С. 3—12.
REFERENCES
1. Standard Products.Version: 2013-07-01 [Elektronnyiy resurs]. — Rezhim dostupa: http://www.innosent.de/ (data obrascheniya: 20.10.2013).
2. Ploskaya antenna: pat. na izobretenie № 2435260 Ros. Federatsiya / Nechaev YuB.(RF), Klimov A.I. (RF), Hohlov N.S. (RF), Yudin V I. (RF,) Radko P.N. (RF); zayavi-tel i patentoobladatel: OAO «Kontsern «Sozvezdie»; opubl. 27.11.2011.
3. Ploskaya antenna vyitekayuschey volnyi: zayavka na izobretenie № 2012144897 Ros. Federatsiya / Nechaev Yu.B.(RF), Klimov A.I. (RF), Borisov D.N, (RF), Yudin V.I. (RF,) Zolotuhin A.V. (RF); data prioriteta 22.10.2012.
4. Planar Leaky-Wave Antenna Arrays for Millimeter Wave Application / Yu. B. Nechaev, D.N. Borisov, A.I. Klimov / Recent Advances in Circuits, Systems, Telecommunications and Control: Proceedings on the 1st WSEAS International Conference on Wireless and Mobile Communication Systems (WMCS”13), Paris, France, 29-31 Oct., 2013. — P. 85—89.
5. Razrabotka i eksperimentalnoe issledovanie ploskih antennyih reshetok vyitekayuschey volnyi / Yu.B. Nechaev, D.N. Borisov, A.I. Klimov, A.V. Zolotuhin // Izvestiya vu-zov. Radioelektronika. — 2013. — T. 56. — № 11. — S. 3—12.
