Кольцевая антенная решетка с круговой поляризацией

 

Использование: в антенных СВЧ-устройствах с круговой поляризацией поля излучения для приема и передачи широкополосных СВЧ-сигналов в бортовых антенных системах летательных аппаратов, а также в качестве облучателя зеркальной или линзовой антенны. Сущность изобретения: кольцевая антенная решетка содержит М радиально расположенных отрезков волноводов 3, содержащих продольную щель, электрическую подложку 1, проводящий материал 2. причем LO - длина продольной щели, ограниченная проводящим материалом; Li, Ln, LN длина апертур щели, резонансные на длинах волн AI ,.. Дл ,... /lw : гп - толщина слоя проводящего материала на длине волны Дп , 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 5 Н 01 0 13/10

ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Риг f (21) 4887601/09 (22) 04.12,90 (46) 07.11.92. Бюл, М 41 (71) Научно-исследовательский институт радиотехнических измерений (72) Ю.М.Пенкин и А.В.Жиронкина (56) Патент США

М 4555708, кл, Н 01 0 21/20, 1/28, 1986. (54) КОЛЬЦЕВАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С

КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ (57) Использование: в антенных СВЧ-устрой-. ствах с круговой поляризацией поля излучения для приема и передачи широкополосных

СВЧ-сигналов в бортовых антенных систе. Ы 1774410 А1 мах летательных аппаратов, а также в качестве облучателя зеркальной или линзовой антенны. Сущность изобретения: кольцевая антенная решетка содержит M радиально расположенных отрезков волноводов 3, с0держащих продольную щель, электрическую подложку 1, проводящий материал 2, причем. 4> — длина продольной щели, ограниченная проводящим материалом; Li, Ln, LN — длина апертур щели, резонансные на длинах волн А1 ... i4,... Ян; гп — толщина слоя проводящего материала на длине волны Л . 2 ил, 1774410

Изобретение относится к радиотехнике, э именно к антенным СВЧ-устройствам с круговой поляризацией поля излучения, и может быть использовано для приема и передачи широкополосных СВЧ-сигналов в 5 бортовых антенных системах летательных аппаратов, э также в качестве облучателя зеркальной или линзовой антенны.

Известна широкополосная пеленгационная антенная решетка(АР), состоящая из 10 радиально расположенных логопериодических антенн (ЛПА), выполненных в виде набора параллельных щелей, вырезанных на металлизированной поверхности, обеспечивающая обзор в полном секторе азиму- 15 тальных углов и формирующая в плоскости

AP поле излучения линейной поляризации.

Известна также АР, содержащая радиальные линейные щелевые антенны из спирально расположенных на плоском 20 волноводе симметрично возбуждающихся сдвоенных щелей, работающая с круговой поляризацией в узкой полосе частот.

Наиболее близка по принципу работы к конструктивным признакам к предлагаемой 25

АР, представляк>щая собой однокольцевую решетку из электрических диполей, расположенных по кругу с одинаковым угловым интервалом. Кругополяризованное излучение в дальней зоне антенны в направлении 30 нормали к плоскости АР формируется по принципу работы турникета из четырех ди аметрально противоположных вибраторов, запитанных попарно со сдвигом по фазе на л /2. 35

Недостатком известного устройства является относительно узкий рабочий диапазон вследствие узкополосности элементов решетки и несохранения стабильности электрических расстояний между излучате- 40 лями при изменении частоты.

Цель изобретения- расширение диапазона рабочих частот.

Поставленная цель достигается тем, что, в кольцевой антенной решетке с круго- 45 вой поляризацией, содержащей M идентичных элементов, где M кратно четырем, расположенных с одинаковым угловым интервалом относительно общей вершины, согласно изобретению, элемент выполнен 8 50 виде отрезка волновода, к одному концу которого подключена согласованная нагрузка, а на внешней стороне выполнена продольная щель, в апертуре которой несимметрично относительно центра щели 55 расположен слой проводящего материала с толщиной =- O,041 о где гт — удельная проводимость материала;

Lp — длина участка продольной щели без слоя проводящего материала;

ЛL -- длина участка щели, на котором расположен слой проводящего материала, при этом продольные оси отрезков волноводов расположены радиально, Толщина проводящего слоя в апертуре щелей варьируется в соответствии с изменением величины скин-слоя для заданной частоты, вследствие чего излучатель оказывается резонансным в широкой полосе частот.

В отличие от прототипа, содержащего узкополосные элементы АР, использование в качестве элементов радиально расположенных отрезков волноводов с широкополосными щелевыми излучателями, имеющими изменяющийся с частотой вдоль апертуры щели геометрический и постоянный электрический фазовые центры, за счет располо>кенного в апертуре щели несимметрично относительно ее центра слоя проводящего материала с толщиной, заданной определенной зависимостью, позволяет расширить диапазон рабочих частот AP.

Нэ фиг.1 представлена схема элемента

АР; на.фиг.2 — структурная схема АР; на фиг.3 — ее фрагмент.

Элемент AP содержит электрическую подложку 1, проводящий материал 2, полость волновода 3, причем Lp — длина щели, ограниченная проводящим материалом 2;

L>,... L>„.„LN — длины апертуры щели, резонансные на длинах волн k,..., 4 „... д;

z — толщина слоя проводящего материала

2 (скин-слоя) на длине волны )»,. .Структурная схема предлагаемой AP содержит M радиально расположенных идентичных элементов Vm(m=1 2,3,...,M), где М кратно четырем, Здесь р =2 к„ /М вЂ” угловое поло>кение m-го элемента, выполненного в виде отрезка волновода с продольной щелью на внешней стороне;Тп — вектор тангенциальной составляющей электрического поля на щели. Кщ — расстояние от центра круга до начала щели; Rp,...,R<,...,Rè — расстояние от центра круга до фазового центра излучающей апертуры щели, с4....,дп... „ди— расстояние между фазовыми центрами соседних щелей; Лр = 2 /M — угловое расстояние между осями соседних волноводов, Запитка волноводов производится через широкополосный M-канальный делитель мощности (на чертеже не указан).

На фиксированной частоте синфазное сложение излученных щелями полей в дальней зоне антенны в направлении нормали к апертуре АР обеспечивается синфазно1774410 стью векторов I (фиг.2а) на диаметрально противоположных щелях, что достигается определенной запиткой волноводов, Например, если щели прорезаны в широких стенках прямоугольных или П-образных 5 волноводов, диаметрально противоположные щели должны запитываться синфазно, если же щели выполнены на круглых волноводах или узких стенках прямоугольных волноводов — противофазно. При таком спо- 0 собе зэпитки и условии равномерного деления мощности между каналами делителя обеспечивается необходимое для получения круговой поляризации в дальней зоне антенны равенство амплитуд ортогональ- 15 ных компонент поля, излученного парами ортогональных щелей.

При изменении рабочей частоты широкополосность AP обеспечивается постоянством электрических длин резонансных 20 щелей (и/ 5 =K (фиг,1), стабильностью электрических расстояний между фазовыми центрами щелей и центром решетки Rn/5 = Q (фиг.3), а также между фазовыми центрами соседних щелей d

= Lo/2, фазовый центр AP — в центре круга 35

О с радиусом Ro = Рщ + о/2 (фиг,3). При изменении частоты до А1 >Я граничной становится величина скин-слоя z1, резонансным оказывается участок щели длиной L> =

= Lo+ AL), э расстояние R) = Ro+ AL)/2 = 40

= Вщ + L>/2. На крайней нижней частоте, соответствующей ku, резонирует вся апертура щели Ltu, а расстояние от центра круга до фазового центра щели Ец =- Ro + LN/2.

Таким образом, при непрерывном изменении частоты от до Лд длина резонансной щели изменяется от Lo до Lg, фазовый центр щели перемещается от точки lo до!м, расстояние от центра AP до фазового центра щели изменяется от Ro до Rg, а рассгояние между фазовыми центрами соседних щелей — от d, до dg, Предложенная AP плоской невыступающей конструкции формирует излучение поля с круговой поляризацией в направлении нормали к апертуре антенны и обеспечивает сохранение формы ДН и поляризационных характеристик антенны во всем рабочем диапазоне волновода.

Формула изобретения

Кольцевая антенная решетка с круговой поляризацией, содержащая М элементов, где М вЂ” кратно четырем, расположенных с одинаковым угловым интервалом относительно общей вершины, о т л и ч а ю щ а я- с я тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот, злемент выполнен в виде отрезка волновода. к одному концу которого подключена согласованная нагрузка, а на внешней стороне выполнена продольная щель, в апертуре которой несимметрично относительно центра щели расположен слой проводящего материала. толщина которого выбрана равной т = 0,041

0 где o — удельная проводимость материала;

Lo — длина участка продольной щели без слоя проводящего материала;

h,L — длина участка щели, на которой расположен слой проводящего материала, при этом продольные оси отрезков волноводов расположены радиально.

Составитель К). Пенкин

Техред М.Моргентал Корректор Е, Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патен ", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 3931 Тираж Подписное

8НИИГ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5