Три поколения отечественных планарных антенн - НТЦ Прибор
Искать

+7 (495) 76-74-76-9

Три поколения отечественных планарных антенн

Статья Андрея Хохлова, главного конструктора ОАО “НПЦ “Вигстар" об эффективности планарных антенн и об истории их развития в России за последние 30–40 лет.

 

  Андрей Хохлов
  Главный конструктор направления ОАО “НПЦ “Вигстар"
 
  Andrey Khokhlov
  Chief designer of SRC VIGSTAR
При конструировании мобильных средств связи для различных видов транспорта особенно эффективны планарные, или низкопрофильные, антенны. Они легко интегрируются в корпус самолета, в крыши автомобилей и вагонов. Высота профиля таких антенных систем не превышает 20 мм. Не менее эффективны планарные антенные системы в носимых средствах связи, ввиду того что позволяют добиться очень высокой степени интеграции элементов и компактности.

Добиться минимальной высоты профиля позволяет технология производства антенных систем на основе многослойных печатных плат (МПП). При этом подходе эффективно решаются проблемы снижения габаритов и массы радиоэлектронных средств и одновременно достигаются достаточно высокие для мобильных, в том числе носимых, средств связи электродинамические характеристики.

В области создания планарных антенн в России за последние 30–40 лет накоплен значительный опыт. Одна из первых российских малогабаритных носимых станций спутниковой связи с планарной антенной была разработана в восьмидесятые годы Московским НИИ радиосвязи (МНИИРС, в настоящее время – ОАО “МНИИРС"), выпускалась серийно и находилась в эксплуатации длительное время. Планарная антенна была выполнена по волноводно-щелевой технологии и для своего времени обладала достаточно высокими электродинамическими характеристиками, но была необычайно трудоемка и материалоемка при изготовлении (см. рис. 1). Это была базовая технология первого поколения, для преодоления существенных недостатков которой на следующем этапе развития была применена микрополосковая технология на основе двухсторонних печатных СВЧ-плат из фольгированного диэлектрика.

В одном слое выполняются облучатели и коммутационные линии, в другом слое – “земля". Это существенное изменение подхода к конструкции и технологии планарных антенн позволило коренным образом пересмотреть базовую технологию и исключить трудоемкие и дорогостоящие технологические операции механической обработки с поэтапной термостабилизацией, монтажа и пайки перегородок и штырей в специальных технологических приспособлениях, гальванического серебрения. Планарные антенны по этой технологии были разработаны и внедрены в серийное производство в 2002 г. Главный недостаток – технологически вынужденное фрагментарное построение АФУ – был частично преодолен в последующих разработках. Этот период развития технологии следует рассматривать как второе поколение планарных антенн на основе двусторонних печатных плат (см. рис. 2).

В настоящее время идет развитие технологий третьего поколения. Главное отличие новой технологии – это трехмерная структура СВЧ-устройств на основе МПП (см. рис. 3).

Базовая технология третьего поколения основывается на следующих конструктивно-технологических принципах:

  • применение СВЧ-материалов (диэлектрик и препрег) от одного производителя с наилучшими параметрами для конкретного конструктивно-технологического решения и максимальными размерами, превышающими потребные размеры полотна антенны;
  • применение современного специализированного программного обеспечения для проектирования и моделирования антенн с высокой точностью (прецизионно);
  • создание трехмерной структуры антенны;
  • применение технологии многослойных печатных плат для формирования конструкции;
  • интеграция распределенных многоканальных МШУ с режекторными фильтрами в приемо-передающее АФУ с обеспечением надежного неразъемного соединения;
  • минимизация трактов деления мощности и их интеграция в приемо-передающее АФУ для обеспечения надежного неразъемного СВЧ-перехода;
  • интеграция фидерных линий СВЧ-трактов с СВЧ-излучателями, распределенной системой частотной режекции, МШУ и трактами деления и общего защитного обтекателя в единую многослойную многоуровневую трехмерную структуру типа “сэндвич";
  • применение совмещенного приемопередающего полотна внешних излучателей АФУ;
  • интеграция фидерных СВЧ трактов внутренних излучателей с фазовращателями;
  • интеграция в АФУ кросс-платы для питания распределенного МШУ, фидерных трактов, линий контроля, управления и питания усилителей мощности;
  • применение ячеистых конструкций обечаек для повышения жесткости конструкции СВЧ-модуля, обеспечения секционирования (экранировки) трактов сложения/деления мощности, МШУ, фильтров и обеспечения теплостоков от внутренних элементов на внешнюю сторону конструкции станции с использованием сплошных слоев “земля".

Переход от волноводно-щелевой технологии к микрополосковой плоскопараллельной на основе двухсторонних печатных плат и далее к микро-полосковой трехмерной технологии на основе МПП позволил улучшить основные радиотехнические характеристики и существенно улучшить массогабаритные характеристики АФУ. Кроме того, каждый переход на новую базовую технологию позволил снизить трудоемкость изготовления АФУ не менее чем на порядок, и в настоящее время трудоемкость изготовления АФУ по базовой технологии третьего поколения в 100 и 10 раз ниже, чем в базовых технологиях первого и второго поколения соответственно (см. табл. 1).

Существенное развитие базовые технологии третьего поколения планарных антенн получили в работах, выполненных ОАО “НПЦ “Вигстар" и ООО “Аэроспейс текнолоджи" (ООО “АСТЕК") в 2011–2012 гг. по заказу Минпромторга России в рамках ФЦП “Развитие элементной компонентной базы и радиоэлектроники". Были разработаны технологии, изготовлены и испытаны опытные образцы моноблочных СВЧ-модулей с планарными антеннами L-, C-, и Х-диапазонов. В первую очередь это носимые станции спутниковой связи. Безусловно, возможно и применение этих технологий для мобильных спутниковых средств: автомобильных, железнодорожных, авиационных, судовых. Отдельные работы в этом направлении уже ведутся. Сегодня отечественные разработки планарных антенн в указанных диапазонах не уступают лучшим зарубежным аналогам, а в чем-то и превосходят их.

К сожалению, по неизвестным исполнителю причинам эти работы не нашли продолжения в рамках вышеуказанной ФЦП Минпромторга России. А между тем, как показывает мировая практика, следующим шагом к технологиям четвертого поколения планарных антенн должно стать освоение Ка-диапазона. Вообще освоение Ка-диапазона известными мировыми производителями радиоэлектронных средств осуществляется весьма энергично. Отечественные производители в ближайшие годы практически ничего не смогут противопоставить зарубежным в этом сегменте рынка в целом и по планарным антеннам в частности. В остальных диапазонах ситуация ненамного лучше, особенно это касается гражданского сегмента рынка.

При освоении Ка-диапазона разработчики планарных антенн столкнутся с целым рядом новых проблем, решение которых потребует освоения новых СВЧ-материалов и разработки новых конструктивно-технологических решений. Известно, что в Ка-диапазоне микрополосковая технология малоэффективна. Следовательно, нужны новые решения по конструкции фидерных линий и других элементов АФУ. Такие решения есть, но они требуют достаточно длительной и тщательной технологической отработки.




 
Информация, опубликованная на сайте, не является публичной офертой (ст. 437 ГК РФ) и носит справочный характер. Технические параметры товаров и их комплектация могут быть изменены производителем без предварительного уведомления. Приведенные цены являются ориентировочными и требуют уточнения на момент заказа. Продукция, предлагаемая ООО НТЦ «Прибор», не имеет бытового или иного назначения, не связанного с осуществлением предпринимательской деятельности.