Антенна с электрическим сканированием

 

Использование: в антенной технике миллиметровых волн для создания плоских сканирующих приемопередающих антенн с горизонтальной и вертикальной поляризациями . Сущность изобретения: устройство содержит N ферритовых элементов, N первых диэлектрических стержней и управляющих проводников внутри ферритовых элементов, N-1 вторых диэлектрических стержней, N-1 третьих диэлектрических стержней. На ферритовых элементах расположены вертикальные вибраторы, а на третьих диэлектрических стержнях - горизонтальные вибраторы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э Н Ot 0 3/26, 13/10. ГОСУДАРСТВЕ ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕИТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4884ф01 /09 (22) 16,11.90, (46) 23,07.93. Бюл N. 27

PS) Э.Ф.Зайцев; Ю.А.Комаров и Ю.П.Язон (66) Авторское свидетельство СССР

М 1596413, кл. H.01 0 3/26, 13/10, 1987. (54) АНТЕННА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СКАНИРОВАНИЕМ (57) Использование: в антенной технике миллиметровых волн для создания плоских сканирующих приемопередающих. антенн

Изобретение относится к антенной технике миллиметровых волн и может быть ис. пользовано при создании плоских сканирующих, приемопередающих антенн, позволяющих одновременно работать с горизонтальиойи вертикальной поляризациями излучения.

Целью изобретения является устранение основного из отмеченных недостатков, а именно реализация электрического сканирования на волнах двух opToroHBIII Hblx Воляризаций без увеличения площади апертуры антенны, то есть без ее удвоения.

Эта цель достигается тем, что в антенне с электрическим сканированием, содержащей тороидальный ферритовый элемент, на внешней поверхности которого вдоль Ilpoдольной оси размещены N строк плоской решетки вертикальных электрических вибраторов, а во внутренней его области параллельно оси на всю длину размещены управляющие проводники и N диэлектрических стержней прямоугольного сечения. плотно примыкающих широкими гранями к внутренней поверхности тороидального элемента. Тороидальный ферритовый элемент выполнен в виде N идентичных тороидов. Внутри каждого тороида размещены Ж 1829064 А 1 с горизонтальной и вертикальной поляризациями. Сущность изобретения: устройство содержит Nферритовых элементов,,N первых диэлектрических стержней и управляющих проводников внутри ферритовых элементов, N-1 вторых диэлектрических стержней, N-1 третьих диэлектрических стержней. На ферритовых элементах расположены вертикальные вибраторы. а на третьих диэлектрических стержнях — горизонтальные вибраторы. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. один из М первых диэлектрических стержней и управляющие проводники, Количество проводников внутри всех тороидов одинаково. Между тороидами на всю их длину вдоль продольной оси размещены N-1 вторых диэлектрических стержней прямоугольного сечения. Широкие боковые грани этих стержней перпендикулярны широким граням первых диэлектрических стержней и плотно примыкают к ферритовым.тороидам.

На узкие верхние грани вторых диэлектри- ©© ческих стержней вдоль оси тороидов установлены N-1 третьих диэлектрических стержней. Концы вторых диэлектрических О стержней снабжены скосами. покрытыми C) слоем металлиэации. На верхних гранях (Ь третьих стержней размещены N-1 строк ф, плоской решетки горизонтальных электрических вибраторов. Над каждым вертикальным и горизонтальным вибратором размещен параллельный ему третий директорный вибратор. Ферритовые тороиды и отверстия в них могут иметь прямоугольное или Il-образное сечение. Если тороиды и отверстия имеют прямоугольное сечение, первые и вторые диэлектрические стержни идентичны, высота вторых стержней равна высоте тороидов, а третьи диэлектрические

1829064 стержни плотно примыкают к верхним широким стенкам тороидов. Если ферритовые тороиды и отверстия в них имеют П-образное сечение, Первые диэлектрические стержни размещены в части отверстий, а управляющие проводники размещены.в частях полостей, третьи диэлектрические стержни размещены между тороидами.

Предложенное техническое решение обладает существенными отличиями от 10 уже известных. В частности, оригинальны конфигурация ферритодиэлектрической волноведущей структуры и взаимное расположение ее элементов. Ортогональность

15 широких граней чередующихся первых и вторых диэлектрических стержней, плотно примыкающих к внутренним и внешним по-. верхностям ферритовых тороидов шириной около л,/к, приводит к новым свойствам не20 извесной ранее открытой многомодовой волноведущей структуры; состоящей из двух вложенных одйа в другую(также многомодовых).структур, содержащих плоские решетки первых и BTopbtx диэлектрических стержней, одинаково периодичных с перио- 25 дом околол,/2, Благодаря ортогональности соседних стержней взаимодействие рабочих.мод вложенных открытых волноведущих структур практически отсутствует, что делает возможным независимое возбуждение З0 этих структур. Вместе с тем .ферритовые тороиды с управляющими проводниками являются общими для обеих. структур, что делает зависимым управление фазовыми постоянными их рабочих мод. Совокупность 5 указанных новых свойств волноведущей ферритодиэлектрической структуры способствует достижению цели изобретения и определяет особенности сканирования лучей антенны с ортогональными поляризаци- 40 ями. Кроме того, неизвестным райее техническим решением является использование ферритовых тороидов шириной it./2

П-образного сечения с оригинальным взаимным расположением диэлектрических "5 стержней и управляющих проводников внутри П-образной полости, которое позволят независимо влиять на фазовые постоянные рабочих мод обеих волноведущих многомодовых структур и пределы управле- 50 ния.ими, Также новым элементом технического решения является система излучателей, содержащая ортогональные директорные пары электрических вибраторов. Комбинация активного вибратора, рас- 55 положенного на поверхности ферритового. тороида или диэлектрического стержня в поле возбуждающей рабочей моды, и пас-. сивного вибратора, расположенного на некотором удалении от поверхности волноведущей структуры, то есть находящегося практически вне возбуждающего поля, образуют директорную излучающую пару над ферритодиэлектрической волноведущей структурой, которая обладает в достаточной степени направленным по одну сторону от структуры излучением, что позволяет отказаться от металлического экрана. служащего для этой же цели. Ортогональность соседних активных и пассивных пар электрических вибраторов практически исключает их взаимосвязь через внешнее пространство, что в совокупности с отсутствием взаимосвязи рабочих мод позволяет решить новую техническую задачу- обеспечить независимое излучение или прием на одной рабочей частоте волн двух ортогональных поляризаций одной антенной, содержащей фактически две разные вложенные одна в другую сканирующие антенны.

На фиг,1 и 2 показан общий вид различных вариантов реализации предложенной антенны.

Антенна содержит тороидальный ферритовый элемент f B виде N идентичных ферритовых тороидов. Внутри тороидов размещены управляющие проводники 2, состоящие из двух секций, и диэлектрические стержни 3 прямоугольного сечения. Между тороидами размещены вторые диэлектрические стержни 4 также прямоугольного сечения. Вдоль оси тороида на узкие грани диэлектрических стержней 4 установлены третьи диэлектрические стержни 5. На ферpNTQB0M тороиде 1 размещены поперечные, электрические вибраторы 6, а на диэлектрическом стержне 5 — продольные вибраторы

7. Над вибраторами 6 и 7 размещены директорные вибраторы 10. Ферритовый тороид

1 может иметь как прямоугольное (фиг.1),так и П-образное сечение (фиг,2), В случае П-образного тороида диэлектрические стержни 3 располагаются внутри тороида в горизонтальной части отверстия, а управляющие провода 2 — в вертикальных частях отверстия. Диэлектрический стержень 5 при этом размещается между соседними тороидами

1. К краям антенны подсоединяются дополнительные возбуждающие элементы: диэлектрические стержни 8 с диэлектрическим трансформатором 9 (фиг.2), установленные на нижнюю узкую грань диэлектрических стержней 4,либо только диэлектрический трансформатор 9, установленный в том же месте. Элементы 8 и 9 возбуждают подрешетку продольных вибраторов, для возбуждения подрешетки поперечных вибраторов используются диэлектрические трансфор1829064 маторы 11, установленные на торцы диэлектрических стержней 3, Таким образом, антенна имеет два независимых ортогональных входа, соответствующих каждой подрешетке.

Принцип действия антенны рассмотрим на примере устройства, изображенного на фиг.1. Ко входам подрешеток (элементы

11, 9) подсоединяются возбуждающий рупор или прямоугольный волновод с отводами (не показаны). Согласование рупора или волновода осуществляется с помощью четвертьволновых диэлектрических трансформаторов 9 или 11. В феррит-диэлектрической структуре, образованной диэлектрическими стержнями 3., 4 и прилегающими к ним участками тороида 1, возбуждаются две слабосвязанные эдектромагнитные волны. Распространяясь по этой структуре в продольном направлении, одна волна возбуждает вибраторы 6, другая волна — вибраторы 7, которые излучают (принимают) электромагнитную энергию двух взаимно ортогональных поляризаций по закону диаграммы направленности антенны. Диэлектрические стержни 5 служат для реализации требуемого коэффициента связи вибраторов 7 с феррит-диэлектрическим волноводом, Однонаправленность излучения обеспечивается директорными вибраторами 8. Для исключения отражения. электромагнитной энергии от конца антенны может быть установлена поглощающая нагрузка (не показана). Фазовое распределение и положение главного луча ДН в продольной плоскости устанавливается изменением тока в управляющих проводниках 2; секции которых расположены внутри ферритового тороида 1, под апертурой с излучателями 6 и 7. Фазовое распределение и положение луча в поперечной плоскости устанавливается изменением тока в секциях управляющих проводников 12, расположенных на крайних участках тороидов, которые выполняют роль трактовых вазовращателей., В 8 мм-диапазоне волн может быть реализован сектор сканирования, равный+40 град. в обеих плоскостях, уровень боковых лепестков 20 дБ, ширина диаграммы направленности 1-2 град. Антенна имеет малую толщину и является маловыступающей.

Антенна может работать с памятью и высоким быстродействием, так как выполнена на основе тороидальных феррит-диэлектрических структур.

Формула изобретения t. Антенна с электрическим сканированием, содержащая ферритовый элемент, на

20

30

35 на верхних гранях которых расположены дополнительно введенные строки плоской ре40

45 2.Антенна по п1,отл ичающая ся тем, что ферритовые элементы и отверстия

5

10 внешней плоской поверхности которого параллельно продольной оси расположены N строк плоской решетки вертикальных вибраторов, под каждой строкой которой во внутренней области ферритового элемента параллельно продольной оси на всю его длину выполнено отверстие, в котором расположены управляющие проводники и соответствующий первый диэлектрический стержень прямоугольного сечения, плотно примыкающий широкими гранями к поверхности ферритового элемента, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью независимого сканирования на волнах двух ортогональных поляризаций при сохранении площади апертуры антенны, ферритовый элемент выполнен в виде N ферритовых элементов, ширина внешней поверхности каждого из которых выбрана равной А/2, при "-„- соответствующий первый диэлектрический элемент. расположен в отверстии соответствующего ферритового элемента, дополнительно ведены N-1 вторых диэлектрических стержней прямоугольного сечения, широкие боковые грани которых перпендикулярны широким граням первых диэлектрических стержней, расположенных соответственно между соседними ферритовыми элементами на всю их длину, и плотно примыкающие к ним своими широкими боковыми гранями, на узких верхних гранях каждого из N-1 вторых диэлектрических стержней расположены дополнительно введенные третьи диэлектрические стержни, шетки горизонтальных вибраторов, над каждым вертикальным и горизонтальным вибратором расположен параллельный ему соответствующий дополнительный директорный вибратор, при этом на концах вторых диэлектрических стержней выполнены скосы, которые металлизированы. в них выполнены прямоугольного сечения, первые и вторые диэлектрические стержни идентичны, при этом высота вторых диэлектрических стержней выбрана равной высоте боковой грани ферритового элемента, третьи диэлектрические стержни расположены на верхних широких гранях ферритовых элементах без зазоров.

З.Антенна поп.1, отличаю щаяся тем. что фероитовые элементы и отверстия в них выполнены П-образного сечения, первые диэлектрические стержни расположены в горизонтальной части отверстия, а управ1829064

8 ляющие проводники s вертикальных частях отверстия, третьи диэлектрические стержни расположены между ферритовыми элементами, 1829064

Ю Составитель Э.Зайцев

Редактор Т.Куркова Техред М.Моргентал Корректор М.Петрова

Заказ 24Т7 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101