Илларионов И.А. - к.э.н. Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник,

Филиал Российского федерального ядерного центра Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики «Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седаков »(Нижний Новгород) E-mail: illarionovi@list.ru

Е.Л. Варенцов - руководитель научного коллектива,

ФГУП ФНПЦ «НИИ измерительных систем им. Ю.Е. Седаков »(Нижний Новгород) E-mail: elvarentsov@mail.ru

Дудкин М.И. - инженер-исследователь 3 категории,

Филиал Российского федерального ядерного центра Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики

“Measuring System Research Institute n.a. Yu.Ye. Sedakov” (Nizhny Novgorod)

E-mail: dudkin.mikhail.ig@gmail.com

В статье представлены результаты проектирования и экспериментального исследования трехдиапазонной оконечной спутниковой навигационной антенны. В антеннах используется трехуровневая топология микрополосковых патч-антенн. В одной апертуре реализованы два антенных порта (первый порт для диапазонов L2, L3 (два слоя антенны), второй порт для диапазона L1 (один слой)) с общими электрически малыми относительными размерами антенны. . Для обеспечения работы антенны в диапазонах L2 и L3 ГЛОНАСС предлагается использовать два излучающих металлических участка (активный и пассивный) квадратной формы с квадратными подстроечными деформациями углов на диагоналях. Квадратные деформации необходимы для геометрической асимметрии пятен, что снижает вырождение двух ортогональных мод TM100 и TM010 в соответствии с моделью резонатора. Для обеспечения работы антенны в L1-диапазоне ГЛОНАСС предлагается использовать третью металлическую излучающую пластину с квадратными срезами-деформациями углов, расположенную над двумя нижними и лежащую на диэлектрическом слое. В этом случае для возбуждения третьей пластины используется коаксиальная линия, проходящая через центр нижних слоев всей антенны.

To ensure the structural durability of the entire antenna, solid substrate materials with a relative permittivity of more than 2.2 have been used. It has been shown that for a two layer stacked microstrip patch antenna with parasitic excitation of the upper patch, there is some optimal ratio of the dielectric permittivity of the substrates ɛlower/ɛup in the range 1.45 ... 1.75, providing a wide relative antenna band.

A triple band microstrip circular polarization antenna has been designed with a low level of axial ratio in all considered bands. The antenna design is durable against mechanical and climatic external factors due to the use of solid dielectric materials.

Экспериментальные исследования антенны показали, что рабочая полоса антенны (первый вход) при уровне отношения осей 3 дБ составляет 1,145 ... 1,26 ГГц, относительная полоса составляет около 9% и включает в себя обе полосы L2, L3 ГЛОНАСС и диапазоны L2, L5 GPS. Рабочий диапазон первого входа антенны при уровне КСВ 2 составляет 1,07… 1,3 ГГц, т. Е. Относительная полоса около 19%. Максимальное значение усиления антенны не менее 5 дБ в диапазонах L2, L3 и не менее 3,8 дБ в диапазоне L1.

1. Рама Рао Б., Куныш В., Фанте Р., Макдональд К. Антенны GPS / GNSS. Артек Хаус. 2013.
2. Джеймс Дж. Р., Холл П. С. (ред.) Справочник по микрополосковым антеннам. Серия IEE по электромагнитным волнам 28. Лондон: Peter Peregrinus Ltd. 1989.
3. Баланис К.А. Теория антенн: Анализ и проектирование. 2-е издание. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc. 1997.
4. Максуд М., Гао С., Браун Т.В.К., Анвин М., де вос Ван Стенвейк Р., Сюй Д.Д., Андервуд К.И. Недорогая двухдиапазонная решетка с переключаемыми лучами с круговой поляризацией для глобальной навигационной спутниковой системы. Транзакции IEEE по антеннам и распространению. 2014. Т. 62. № 4. С. 1975–1982.
5. Огурцов С.В., Козиль С.А. Автоматизированное проектирование микрополосковых патч-антенн с круговой поляризацией и улучшенным осевым отношением. IEEE Международная конференция по антеннам и распространению информации (LAPC). Лафборо. 2016. DOI: 10.1109 / LAPC.2016.7807495.
6. Langston W.L. Impedance, axial-ratio, and receive-power bandwidths of microstrip antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2004. V. 52. № 10. P. 2769–2773.
7. Waterhouse R.B. Stacked patches using high and low dielectric constant material combination. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1999. V. 47. № 12. P. 1767–1771.
8. Rowe W., Waterhouse R.B., Nirmalathas A., Novak D. Integrated antenna base station design for hybrid fiber radio networks. IEEE International Topical Meeting on Microwave Photonics. MWP’99. Technical Digest. Melbourne, Australia. 1999. V. 1. P. 47–50. DOI: 10.1109/MWP.1999.819649.
9. Herscovici H., Sipus Z. Circularly polarized single-fed wide-band microstrip patch. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2003. V. 51. № 6. P. 1277–1280.
10. Nasimuddin, Esselle K.P. New feed system for wideband circularly polarized stacked microstrip antennas. IET Microwave Antennas & Propagation. 2007. V. 1. № 5. P. 1086–1091.
11. Garg R., Bhartia P., Bahl I., Ittiboon A. Microstrip antenna design handbook. Artech House. 2001.
12. Zayavka na patent № 2019127431. Kompaktnaya mnogodiapazonnaya mikropoloskovaya antenna krugovoj polyarizatsii (varianty). I.A. Illarionov, A.A. Balaev, E.L. Varentsov, M.I. Dudkin, N.A. Zotova. Prior. ot 29.08.19.
13. Waterhouse R.B. Microstrip patch antennas: A designer’s guide. Boston: Kluwer. 2003.
14. Тан Ч.-Л., Чиу Ж.-Й., Вонг К.-Л. Увеличение ширины луча микрополосковой антенны с круговой поляризацией в трехмерной наземной конструкции. Письма о микроволновых и оптических технологиях. 2002. Т. 32. № 2. С. 149–153.