Микрополосковая антенная решетка с поляризационной адаптацией

 

Данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к плоским микрополосковым антенным решеткам СВЧ-диапазона с поляризационной адаптацией к излучаемому или принимаемому сигналам, и может найти применение в поляриметрических радиолокаторах для измерения параметров матрицы Мюллера, в радиоинтроскопах, в медицинских СВЧ электромагнитных аппликаторах, в системах связи, в системах передачи и приема информации поляризационно модулированного сигнала. Техническим результатом является создание микрополосковой антенной решетки, способной работать с сигналом любой линейной поляризацией в секторе углов от 0 до 180°, с любой круговой поляризацией, с эллиптической поляризацией, с поляризационно модулированными сигналами, обеспечить в режиме приема разложение принимаемой волны на две ортогонально поляризованные компоненты, обеспечить в режиме излучения и/или приема полную поляризационную адаптацию для любого вида и параметров поляризации. Микрополосковая антенная решетка содержит четное количество излучателей в форме прямоугольника, которые размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделены между собой зазорами. Средние излучатели четырех лучей прямоугольной координатной сетки выполнены в форме прямоугольника, одна сторона которого равна длине волны, другая, смежная с ней сторона равна половине длине волны. По средней линии контактным элементом средние излучатели соединены с земляной поверхностью, остальные излучатели выполнены в форме квадрата со стороной, равной длине волны. К каждому среднему излучателю в точке, расположенной на середине боковой кромки, подключен одним концом возбуждающий элемент, а вторые концы соединены с разводкой питания. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к плоским микрополосковым антенным решеткам СВЧ-диапазона с поляризационной адаптацией к излучаемому или принимаемому сигналам, и может найти применение в поляриметрических радиолокаторах для измерения параметров матрицы Мюллера, в радиоинтроскопах для дефектоскопии с помощью СВЧ-волн в строительстве, в медицинских диагностических и терапевтических СВЧ электромагнитных аппликаторах, в системах связи и метрологии, в системах передачи и приема информации поляризационно модулированного сигнала.

Известна микрополосковая антенна (Daniel H. Schaubert, Frederick G. Farrar, Arthur Sindoris, Scott T. Hayes/ Microstrip Antennas with Frequency Agility and Polarization Diversity, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. AP-29, 1981, N 1, January, pp.118-123), содержащая излучатель, выполненный в форме квадрата, к которому подключены четыре независимых коаксиальных входа для формирования четырех различных видов поляризации: линейной - вертикальной и горизонтальной, круговой - правосторонней и левосторонней. Вид поляризации устанавливается коммутацией соответствующего входа излучателя на источник СВЧ-энергии. При формировании управляемых по поляризации приемопередающих антенных решеток на основе таких излучателей требуются достаточно сложные (ветвистые) фидерные цепи с большим количеством делителей мощности и коммутирующих устройств, что приводит к значительным потерям СВЧ-мощности, большой мощности источника постоянного напряжения для коммутирующих устройств, сложного алгоритма управления коммутирующими устройствами.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является плоская микрополосковая антенная решетка (патент Российской Федерации N 2087058, кл. H 01 Q 1/38 С1, 1997 г.), содержащая нечетное количество излучателей, выполненных в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделены между собой зазорами одинаковой ширины, стороны излучателей расположены параллельно соответствующим осям этой координатной сетки, при этом центральный излучатель выполнен в форме квадрата, сторона которого равна половине длины волны, средние излучатели одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольника, одна сторона которого, параллельная соответствующей центральной ветви прямоугольной координатной сетки, равна длине волны, а другая смежная с ней сторона излучателя равна половине длины волны, остальные излучатели плоской антенной решетки выполнены в форме квадрата, сторона которого равна длине волны, при этом возбуждающий элемент центрального излучателя подключен в одном его углу в точке пересечения одной и другой его смежных сторон, а к каждому среднему излучателю одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки в точке, расположенной на середине стороны, равной длине волны и лежащей на одной прямой с одной и другой смежными сторонами центрального излучателя соответственно, подключены возбуждающие элементы, идентичные возбуждающему элементу центрального излучателя, одни концы которого гальванически соединены c соответствующими излучателями, вторые концы возбуждающих элементов центрального и средних излучателей плоской микрополосковой антенной решетки гальванически соединены с введенной разводкой питания, выполненной в виде крестообразного попарно ортогонального соединения четырех отрезков микрополосковых линий, оси которых попарно соосны и расположены параллельно центральным ветвям прямоугольной координатной сетки соответственно, при этом диэлектрическая подложка разводки питания установлена параллельно диэлектрической подложке плоской микрополосковой антенной решетки, причем в центр крестообразного соединения четырех отрезков микрополосковых линий включен второй конец возбуждающего элемента центрального излучателя, а вторые концы возбуждающих элементов средних излучателей одной и другой центральных ветвей прямоугольной координатной сетки включены в соответствующие отрезки микрополосковых линий крестообразного соединения по осевым линиям, при этом отрезок входной линии передачи подключен к продолжению одного из четырех отрезков микрополосковых линий крестообразного соединения, а длина остальных трех отрезков микрополосковых линий ограничивается точкой подключения соответствующего ему второго конца возбуждающего элемента крайнего среднего излучателя центральных ветвей прямоугольной координатной сетки.

Недостатками известного технического решения являются: - наличие поляризационных потерь принимаемого антенной решеткой сигнала с ориентацией линейного вектора поляризации электрического поля в секторе углов больше 90^o и меньше 135^o; - невозможность приема антенной решеткой сигнала с ориентацией линейного вектора поляризации электрического поля под углом 135^o; - невозможность перестройки направления ориентации линейного вектора поляризации электрического поля антенной решеткой в режиме излучения; - невозможность адаптации поляризационной характеристики антенной решетки в режиме приема под ориентацию линейного вектора поляризации электрического поля принимаемого сигнала; - невозможность формирования антенной решеткой круговой или эллиптической поляризации сигнала в режиме излучения; - невозможность работы антенной решетки в режиме приема и в режиме передачи с поляризационно модулированными сигналами.

Технической задачей данного изобретения является создание микрополосковой антенной решетки, способной: - работать в режиме излучения и в режиме приема СВЧ-сигнала с любой линейной поляризацией, ориентированной произвольно в секторе углов от 0^o до 180^o; - работать в режиме излучения и режиме приема с любой круговой поляризацией с правосторонним или левосторонним направлением вращения вектора поляризации; - в режиме приема принимать, а режиме излучения формировать сигнал эллиптической поляризации с любым углом ориентации эллипса поляризации, с любым углом эллиптичности, с любым коэффициентом поляризации; - обеспечить в режиме излучения и в режиме приема полную поляризационную адаптацию для любого вида и параметров поляризации СВЧ-сигнала; - обеспечить в режиме приема разложение принимаемой волны на две ортогонально поляризованные компоненты и выделение их в различные выходные каналы; - обеспечить работу в режиме излучения и в режиме приема с любым видом поляризационно модулированного сигнала; - формировать различный вид диаграммы направленности антенной решетки.

Поставленная задача решается тем, что в микрополосковой антенной решетке, содержащей излучатели, выполненные в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки, и разделенные между собой по каждой ветви прямоугольной координатной сетки зазорами, а стороны излучателей расположены параллельно соответствующим ветвям этой прямоугольной координатной сетки, при этом средние излучатели четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольника, одна сторона которого, параллельная соответствующему лучу прямоугольной координатной сетки, равна длине волны, а другая, смежная c ней сторона излучателя равна половине длины волны, остальные излучатели микрополосковой антенной решетки выполнены в форме квадрата, сторона которого равна длине волны, при этом к каждому среднему излучателю в точке, расположенной на середине одной стороны, равной длине волны, и лежащей на четырех взаимно перпендикулярных попарно лучах прямоугольной координатной сетки соответственно подключены возбуждающие элементы, выполненные в виде металлического штыря, одни концы которых гальванически соединены с соответствующими излучателями, а вторые концы гальванически соединены с разводкой питания, выполненной в виде четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий, оси которых расположены параллельно четырем взаимно перпендикулярным попарно лучам средних излучателей прямоугольной координатной сетки соответственно, диэлектрическая подложка разводки питания установлена параллельно диэлектрической подложке микрополосковой антенной решетки, отрезок входной линии передачи подключен к продолжению одного отрезка микрополосковой линии разводки питания, количество излучателей микрополосковой антенной решетки выбрано четным, при этом четыре средних излучателя соответственно четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки, расположены в форме квадрата, каждая сторона которого образована двумя внешними, по отношению к начала координат микрополосковой антенной решетки, сторонами двух средних излучателей, одной стороной, равной длине волны, одного среднего излучателя и одной стороной, равной половине длины волны, другого среднего излучателя двух взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки соответственно; причем каждый средний излучатель четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки по средней линии, параллельной стороне, равной длине волны, гальванически соединен контактным элементом с земляной поверхностью микрополосковой антенной решетки, при этом к каждому среднему излучателю в точке, расположенной на середине другой стороны, равной длине волны, и лежащих на четырех взаимно перпендикулярных попарно лучах прямоугольной координатной сетки соответственно подключены одним концом введенные возбуждающие элементы, выполненные в виде металлического штыря, вторые концы которых включены в введенную дополнительную разводку питания, выполненную в виде четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий, оси которых расположены параллельно четырем взаимно перпендикулярным попарно лучам средних излучателей прямоугольной координатной сетки соответственно, причем длина четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий разводки питания и дополнительной разводки питания с одной стороны ограничена точкой подключения второго конца возбуждающего элемента четырех средних излучателей четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей прямоугольной координатной сетки, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки соответственно, а к продолжению второго, третьего и четвертого взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий разводки питания подключены введенные второй, третий и четвертый отрезки входных линий передачи соответственно, а к продолжению четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий дополнительной разводки питания подключены дополнительно введенные четыре отрезка входных линий передачи соответственно.

Микрополосковая антенная решетка структурно состоит из четырех субрешеток, размещенных в единой апертуре, каждая из которых расположена в соответствующем квадранте прямоугольной системы координат, проходящей по средней линии средних излучателей соответствующих центральных ветвей. Апертура каждой субрешетки представляет собой две независимые взаимно перпендикулярные системы линеек излучателей, продольные оси которых параллельны соответствующим лучам прямоугольной координатной сетки. Каждая линейка излучателей состоит из цепочки электромагнитно связанных между собой пассивных излучателей в форме квадрата со стороной, равной длине волны, на краю которой расположен средний активный излучатель в форме прямоугольника с закороченной боковой кромкой со сторонами, равными длине и четверти длины волны соответственно, и соединенный возбуждающим элементом с соответствующим отрезком микрополосковой линии разводки питания. Каждой системе линеек излучателей присуще только то направление ориентации линейного вектора поляризации электрического поля, при котором продольная ось линейки излучателей будет параллельна соответствующему лучу прямоугольной координатной сетки. Поскольку каждый излучатель квадратной формы микрополосковой антенной решетки соответствующей парой сторон одновременно входит в состав одной и другой систем линеек излучателей, то в каждом излучателе квадратной формы одновременно могут возбуждаться колебания двух независимых и ортогональных между собой линейных поляризаций - вертикальной и горизонтальной со своими амплитудами и фазами. Каждая из восьми систем средних активных излучателей соответствующего луча прямоугольной координатной сетки объединена соответствующим из восьми отрезков микрополосковых линий разводки питания и дополнительной разводки питания с подключенной к нему соответствующей одной из восьми входной линии передачи. Первая и третья системы средних излучателей соответственно первого и третьего лучей прямоугольной координатной сетки параллельны между собой и адекватны вертикальной поляризации, а вторая и четвертая системы средних излучателей соответственно первого и третьего лучей параллельны между собой и адекватны горизонтальной поляризации электрического поля микрополосковой антенной решетки.

В режиме излучения и/или приема при определенной амплитуде возбуждения и в зависимости от фазы СВЧ-сигнала, подаваемого на каждую из четырех входных линий передачи разводки питания и четырех линий передачи дополнительной разводки питания четырех субрешеток, формируется необходимое амплитудно-фазовое распределение, соответствующее электромагнитному полю заданного вида поляризации: - с любой линейной поляризацией, ориентированной произвольно в секторе углов от 0^o до 180^o; - с любой круговой поляризацией с правосторонним или левосторонним направлением вращения вектора поляризации; - с сигналами эллиптической поляризации с любым углом ориентации эллипса поляризации, с любым углом эллиптичности, с любым коэффициентом поляризации; - возможно обеспечить полную поляризационную адаптацию для любого вида и параметров поляризации СВЧ-сигнала; - обеспечить в режиме приема разложение принимаемой волны на две ортогонально поляризованные компоненты и выделение их в различные выходные каналы; - обеспечить работу с любым видом поляризационно модулированного сигнала; - формировать различный вид диаграммы направленности антенной решетки.

В режиме приема на апертуру антенной решетки падает поляризованная электромагнитная волна. На микрополосковых излучателях четырех субрешеток вектор напряженности электрического поля принятого сигнала раскладывается как суперпозиция двухкоординатно ориентированных в принятой прямоугольной координатной сетке на две координатные составляющие сигнала - вертикальную и горизонтальную, каждая из которых возбуждает соответствующую ей систему линеек излучателей с последующим построчным и постолбцевым суммированием в соответствующем для каждой линейки среднем активном излучателе. Суммирование сигналов со средних излучателей происходит в соответствующем отрезке микрополосковой линии разводки питания и дополнительной разводке питания и, результирующие амплитудные и фазовые составляющие, адекватные вертикальной и горизонтальной составляющим принятого сигнала, поступают в соответствующие восемь отрезков входных линий передачи микрополосковой антенной решетки.

При раздельной запитке субрешеток антенной решетки каждая из них может формировать самостоятельную диаграмму направленности. При этом если запитываются не все субрешетки, то остальные нагружаются на согласованные нагрузки.

Микрополосковая антенная решетка может быть выполнена с подключением к четырем линейкам крайних пассивных излучателей, выполненных в форме квадрата со стороной, равной длине волны, четырех введенных линеек излучателей, выполненных в форме квадрата со стороной, равной длине волны. Центры введенных излучателей расположены в узлах прямоугольной координатной сетки микрополосковой антенной решетки, при этом введенные четыре линейки излучателей установлены со стороны внешних сторон четырех линеек крайних излучателей соответственно, причем первая линейка введенных излучателей установлена к первой линейке излучателей, ограниченной первым и вторым взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна первому лучу прямоугольной координатной сетки, вторая линейка введенных излучателей установлена к второй линейке излучателей, ограниченной вторым и третьим взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна второму лучу прямоугольной координатной сетки, третья линейка введенных излучателей установлена к третьей линейке излучателей, ограниченной третьим и четвертым взаимно перпендикулярными лучам прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна третьему лучу прямоугольной координатной сетки, четвертая линейка введенных излучателей установлена к четвертой линейке излучателей, ограниченной четвертым и первым взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна четвертому лучу прямоугольной координатной сетки, при этом количество излучателей квадратной формы, заключенных в соответствующих взаимно перпендикулярных поперечно лучах прямоугольной координатной сетки, одинаково и равно количеству излучателей в строке и в столбце.

Такое выполнение микрополосковой антенной решетки создает симметрию апертуры, что позволяет обеспечить: - точное воспроизведение заданных поляризационных характеристик; - высокую степень симметрии амплитудного распределения по апертуре относительно средних активных излучателей; - полную симметрию диаграммы направленности антенной решетки в ортогональных плоскостях прямоугольной координатной сетки; - низкий уровень боковых лепестков.

На фиг. 1 изображена конструкция микрополосковой антенной решетки; на фиг. 2 - конструкция микрополосковой антенной решетки с симметричной аппертурой; на фиг. 3 - конструкция разводки питания микрополосковой антенной решетки; на фиг.4 - конструкция металлического экрана, разделяющего диэлектрические подложки антенной решетки и разводки питания.

Микрополосковая антенная решетка 1 (фиг.1) содержит четное количество излучателей, выполненных в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки, и разделенных между собой по каждой ветви прямоугольной координатной сетки зазорами 2 и 3 соответственно, а стороны излучателей расположены параллельно соответствующим ветвям этой прямоугольной координатной сетки. Средние излучатели 4 четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей 5, 6, 7 и 8 прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольника, одна сторона 9 которого, параллельная соответствующему лучу 5, 6, 7, 8 прямоугольной координатной сетки, равна длине волны, а другая смежная с ней сторона 10 излучателя 4 равна половине длины волны, остальные излучатели 11 микрополосковой антенной решетки 1 выполнены в форме квадрата, сторона 12 которого равна длине волны. К каждому среднему излучателю 4 четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей 5, 6, 7, 8 прямоугольной координатной сетки в точке, расположенной на середине стороны 9 длиной, равной длине волны, подключены возбуждающие элементы 13, выполненные в виде металлического штыря, одни концы которых соединены о соответствующими средними излучателями 4, а вторые концы гальванически соединены с разводкой питания, размещенной на диэлектрической подложке 14. Четыре средних излучателя 15 соответственно четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей 5, 6, 7, 8 прямоугольной координатной сетки, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки 1, расположены в форме квадрата, каждая сторона которого образована двумя внешними, по отношению к началу координат микрополооковой антенной решетки 1, сторонами двух средних излучателей 15, одной стороной 9 длиной, равной длине волны одного среднего излучателя 15, и одной стороной 10 длиной, равной половине длины волны другого среднего излучателя 15 двух взаимно перпендикулярных лучей 5 и 6, 6 и 7, 7 и 8, 8 и 9 прямоугольной координатной сетки соответственно. Каждый средний излучатель 15 четырех взаимно перпендикулярных попарно лучей 5, 6, 7 и 8 прямоугольной координатной сетки по средней линии, параллельной стороне, равной длине волны, гальванически соединен контактным элементом 16 с заземленной поверхностью 17 микрополосковой антенной решетки 1, при этом к каждому среднему излучателю 18 в точке, расположенной на середине другой стороны 19 длиной, равной длине волны, и лежащих на четырех взаимно перпендикулярных попарно лучах 5, 6, 7 и 8 прямоугольной координатной сетки соответственно, подключены одним концом введенные возбуждающие элементы 20, выполненные в виде металлических штырей, вторые концы которых включены в введенную дополнительную разводку питания, размещенную на диэлектрической подложке 14. Разводка питания выполнена в виде четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий 21, 22, 23 и 24, оси которых расположены параллельно четырем взаимно перпендикулярным попарно лучам 5, 6, 7 и 8 средних излучателей 15 прямоугольной координатной сетки соответственно. Дополнительная разводка питания выполнена в виде четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий 25, 26, 27 и 28, оси которых расположены параллельно четырем взаимно перпендикулярным попарно лучам 5, 6, 7 и 8 средних излучателей 18 прямоугольной координатной сетки соответственно. Диэлектрическая подложка 14 разводки питания и дополнительной разводки питания установлена параллельно диэлектрической подложке микрополосковой антенной решетки 1. Длина четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков 21, 22, 23 и 24 микрополосковых линий разводки питания и четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков 25, 26, 26 и 28 микрополосковых линий дополнительной разводки питания с одной стороны ограничена точкой подключения второго конца возбуждающего элемента 13 четырех средних излучателей 15 и возбуждающего элемента 20 четырех средних излучателей 18, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки 1 соответственно, а к продолжению четырех взаимно перпендикулярных попарно отрезков микрополосковых линий 21, 22, 23 и 24 разводки питания и отрезков микрополосковых линий 25, 26, 27 и 28 дополнительной разводки питания подключены отрезки 29, 30, 31, 32 и отрезки 33, 34, 35, 36 входных линий передачи соответственно. Диэлектрическая подложка 14 разводки питания и диэлектрическая подложка антенной решетки 1 разделены между собой общим металлическим экраном 17, в котором в местах расположения возбуждающих элементов 13 и 20 выполнены круглые отверстия 37, образующие отрезки межуровневых коаксиальных переходов.

В микрополосковую антенную решетку 1 (фиг.2) к четырем линейкам крайних пассивных излучателей 11, выполненных в форме квадрата, со стороны их внешних сторон 12 подключены четыре введенные линейки излучателей 38, 39, 40 и 41, идентичных пассивным излучателям 11, центры которых расположены в системе координат микрополосковой антенной решетки 1. Первая введенная линейка излучателей 38 установлена к первой линейке излучателей 11, ограниченной первым 5 и вторым 6 взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна первому лучу 5 прямоугольной координатной сетки, вторая введенная линейка излучателей 39 установлена ко второй линейке излучателей 11, ограниченной вторым 6 и третьим 7 взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна второму лучу 6 прямоугольной координатной сетки, третья введенная линейка излучателей 40 установлена к третьей линейке излучателей 11, ограниченной третьим 7 и четвертым 8 взаимно перпендикулярными лучам прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна третьему 7 лучу прямоугольной координатной сетки, четвертая введенная линейка излучателей 41 установлена к четвертой линейки излучателей 11, ограниченной четвертым 8 и первым 5 взаимно перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна четвертому лучу 8 прямоугольной координатной сетки. Количество излучателей квадратной формы 38, 39, 40 и 41, заключенных в соответствующих взаимно перпендикулярных попарно лучах 5 и 6, 6 и 7, 7 и 8, 8 и 5 прямоугольной координатной сетки, одинаково и количество излучателей в строке равно количеству излучателей в столбце.

Контактный элемент 16 может быть выполнен в виде металлической пластины или в виде ряда металлических штырей.

Микрополосковая антенная решетка работает следующим образом.

В режиме излучения на каждый из восьми отрезков входных линий передачи 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, и 36 отрезков микрополосковых линий 21, 22, 23, 24 и 25, 26, 27, 28 разводки питания и дополнительной разводки питания систем средних излучателей 15 и 18 соответственно взаимно перпендикулярных попарно лучей 5, 6, 7, 8 микрополосковой антенной решетки 1 подается сигнал с определенной амплитудой и фазой, соответствующих заданному виду поляризации результирующего излучаемого электромагнитного поля. Так, например, при равноамплитудном распределении на отрезках микрополосковых линий 21, 22, 23, 24 и 25, 26, 27, 28 разводки питания и дополнительной разводки питания микрополосковой антенной решетки 1 при следующих фазовых распределениях будет иметь следующий вид поляризации: - при 21-180^o, 23-0^o, 25-0^o, 27-180^o или 21-0^o, 23-180^o, 25-180^o, 27-0^o, a 22, 24, 26 и 28 подключение к согласованной нагрузке излучает сигнал вертикальной поляризации; - при 22-0^o, 24-180^o, 26-180^o, 28-0^o или 22-180^o, 24-0^o, 26-0^o, 28-180^o, a 21, 23, 25 и 27 подключение к согласованной нагрузке излучает сигнал горизонтальной поляризации; - при 21-180^o, 22-0^o, 23-0^o, 24-180^o, 25-0^o, 26-180^o, 27-180^o, 28-0^o излучает сигнал с ориентацией линейного вектора поляризации под углом 45^o; - при 21-180^o, 22-180^o 23-0^o, 24-0^o, 25-0^o, 26-0^o, 27-180^o, 28-180^o излучает сигнал с ориентацией линейного вектора поляризации под углом 135^o; - при 21-180^o, 22-270^o, 23- 0^o, 24-90^o, 25-0^o, 26-90^o, 27-180^o 28-270^o или 21-0^o, 22-90^o, 23-180^o, 24-270^o, 25-180^o, 26-270^o, 27-0^o, 28-90^o излучает сигнал круговой поляризации левостороннего направления вращения вектора электрического поля; - при 21-180^o 22-(360^o+90^o), 23-0^o, 24-270^o, 25-0^o, 26-270^o, 27-180^o, 28- (360^o+90^o) или 21-0^o, 22-270^o, 23-180^o, 24-(360^o+90^o), 25-180^o, 26-(360^o+90^o), 27-0^o, 28-270^o излучает сигнал круговой поляризации правостороннего направления вращения вектора электрического поля. Устанавливая амплитудно-фазовое распределение на системах средних излучателей 15 и 18 по другим законам можно: - формировать излучаемый сигнал эллиптической поляризации, менять угол эллиптичности, менять угол ориентации эллипса поляризации и соотношение амплитуд большой и малой осей эллипса поляризации (коэффициент эллиптичности); - работать с любой линейной поляризацией, ориентированной произвольно в секторе углов от 0^o до 180^o.

В режиме приема на апертуру микрополосковой антенной решетки падает поляризованная, с любым видом поляризации, электромагнитная волна. На микрополосковых излучателях 11 вектор напряженности электрического поля принятого сигнала раскладывается как суперпозиция двухкоординатно ориентированных, в принятой прямоугольной координатной сетке микрополосковой антенной решетки 1, на две координатные составляющие сигнала: одна - это проекция, параллельная лучам 5 и 7 и соответствует горизонтальной составляющей; другая - это проекция, параллельная лучам 6 и 8 и соответствует вертикальной составляющей. Каждая из составляющих сигнала возбуждает соответствующую ей систему линеек излучателей 11. Результирующий сигнал с линейки излучателей выделяется на соответствующем ей активном среднем излучателе 15 или 18 луча 5, 6, 7, 8 прямоугольной координатной сетки соответственно. Через возбуждающие элементы 13 и 20 сигнал со средних излучателей 15 и 18 поступает в соответствующие им отрезки микрополосковых линий 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28 разводки питания. Поскольку расстояние между возбуждающими элементами 13 и 20 равно или кратно длине волны, то в отрезках микрополосковых линий 21, 22, 23, 24, 25, 28, 27 и 28 разводки питания происходит синфазное суммирование сигналов с подключенных к ним средних излучателей 15 и 18. Результирующий сигнал с отрезков микрополосковых линий 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28 поступает в отрезки входных линий передачи 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 и 36 соответственно, которые адекватны вертикальной и горизонтальной составляющим принятого сигнала.

В микрополосковой антенной решетке 1 (фиг.2) подключение четырех линеек излучателей 38, 39, 40 и 41 и выполнения равенства излучателей 11 в строке и в столбце, заключенных в соответствующих взаимно перпендикулярных попарно лучах 5 и 6, 6 и 7, 7 и 8, 8 и 9 прямоугольной координатной сетки, обеспечивает: - точное воспроизведение заданных поляризационных характеристик; - высокую степень симметрии амплитудного распределения по апертуре относительно средних активных излучателей; - полную симметрию диаграммы направленности антенной решетки в ортогональных плоскостях прямоугольной координатной сетки; - низкий уровень боковых лепестков.

Электронное управление амплитудно-фазовым распределением на отрезках микрополосковых линий 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28 разводки питания позволяет обеспечить в режиме излучения и/или приема полную поляризационную адаптацию для любого вида и параметров поляризации СВЧ-сигнала с различными видами поляризационной модуляции.

Раздельное регулирование параметрами четырех субрешеток, т.е. амплитудно-фазовыми распределениями на отрезках микрополосковых линий разводки питания 21 и 26, 22 и 27, 23 и 28, 25 и 32, образующих соответствующий квадрант апертуры субрешетки, можно формировать различные диаграммы направленности с различными поляризационными характеристиками, а также можно реализовать переключаемые диаграммы направленности.

Формула изобретения

1. Микрополосковая антенная решетка, содержащая излучатели, выполненные в форме прямоугольника, центры которых размещены в узлах прямоугольной координатной сетки и разделенные между собой по каждой ветви прямоугольной координатной сетки зазорами, а стороны излучателей расположены параллельно соответствующим ветвям этой прямоугольной координатной сетки, при этом средние излучатели четырех перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки соответственно выполнены в форме прямоугольника, одна сторона которых, параллельная соответствующему лучу прямоугольной координатной сетки, равна длине волны, а другая, смежная с ней сторона среднего излучателя, равна половине длины волны, остальные излучатели микрополосковой антенной решетки выполнены в форме квадрата, сторона которого равна длине волны, при этом к каждому среднему излучателю четырех перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки в точке, расположенной на середине одной стороны, длиной, равной длине волн, подключены возбуждающие элементы, выполненные в виде металлического штыря, одни концы которых гальванически соединены с соответствующими средними излучателями, а вторые концы гальванически соединены с разводкой питания, выполненной в виде четырех перпендикулярных отрезков микрополосковых линий, оси которых расположены параллельно четырем перпендикулярным лучам средних излучателей прямоугольной координатной сетки соответственно, диэлектрическая подложка разводки питания установлена параллельно диэлектрической подложке микрополосковой антенной решетке, отрезок входной линии передачи подключен к продолжению одного отрезка микрополосковой линии разводки питания, отличающаяся тем, что микрополосковая антенная решетка содержит четное количество излучателей, при этом четыре средних излучателя соответственно четырех перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки, расположены в форме квадрата, каждая сторона которого образована двумя внешними по отношению к началу координат микрополосковой антенной решетки сторонами двух средних излучателей, одной стороной, равной длине волны одного среднего излучателя, и одной стороной, равной половине длины волны другого среднего излучателя двух перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки соответственно, причем каждый средний излучатель четырех перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки по средней линии, параллельной стороне, равной длине волны, гальванически соединен контактным элементом с земляной поверхностью микрополосковой антенной решетки, при этом к каждому среднему излучателю в точке, расположенной на середине другой стороны, равной длине волны, и лежащей на четырех перпендикулярных лучах прямоугольной координатной сетки соответственно, подключены одним концом введенные возбуждающие элементы, выполненные в виде металлического штыря, вторые концы которых включены в введенную дополнительную разводку питания, выполненную в виде четырех перпендикулярных отрезков микрополосковых линий, оси которых расположены параллельно четырем перпендикулярным лучам средних излучателей прямоугольной координатной сетки соответственно, причем длина четырех перпендикулярных отрезков микрополосковых линий разводки питания и дополнительной разводки питания с одной стороны ограничена точкой подключения второго конца возбуждающего элемента четырех средних излучателей четырех перпендикулярных лучей прямоугольной координатной сетки, ближайших к началу координат микрополосковой антенной решетки соответственно, а к продолжению второго, третьего и четвертого перпендикулярных отрезков микрополосковых линий разводки питания подключены введенные второй, третий и четвертый отрезки входных линий передачи соответственно, а к продолжению четырех перпендикулярных отрезков микрополосковых линий дополнительной разводки питания подключены дополнительно введенные четыре отрезка входных линий передачи соответственно.

2. Микрополосковая антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что к четырем линейкам крайних пассивных излучателей, выполненных в форме квадрата со стороной, равной длине волны, подключены введенные четыре системы излучателей, выполненных в форме квадрата, со стороной, равной длине волны, идентичные излучателям в форме квадрата, со стороной, равной длине волны микрополосковой антенной решетки, центры введенных излучателей расположены в узлах прямоугольной координатной сетки микрополосковой антенной решетки, причем введенные четыре системы излучателей установлены со стороны внешних сторон четырех линеек крайних излучателей соответственно, причем первая система введенных излучателей установлена к первой линейке излучателей, ограниченной первым и вторым перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна первому лучу прямоугольной координатной сетки, вторая система введенных излучателей установлена ко второй линейке излучателей, ограниченной вторым и третьим перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна второму лучу прямоугольной координатной сетки, третья система введенных излучателей установлена к третьей линейке излучателей, ограниченной третьим и четвертым перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна третьему лучу прямоугольной координатной сетки, четвертая система введенных излучателей установлена к четвертой линейке излучателей, ограниченной четвертым и первым перпендикулярными лучами прямоугольной координатной сетки, продольная ось которой параллельна четвертому лучу прямоугольной координатной сетки, при этом количество излучателей в форме квадрата, заключенных в соответствующих перпендикулярных лучах прямоугольной координатной сетки, одинаково и количество излучателей в строке равно количеству излучателей в столбце.

3. Микрополосковая антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что контактный элемент выполнен в виде металлической пластины.

4. Микрополосковая антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что контактный элемент выполнен в виде ряда металлических штырей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4