Плоская антенная решетка и возбуждающий элемент для плоской антенной решетки

 

Изобретение относится к полосковым антенным решеткам для непосредственного приема спутникового телевидения. Техническим результатом является обеспечение приема/передачи сигналов различных поляризаций с высоким коэффициентом усиления, простота и надежность конструкции и высокую технологичность изготовления. Плоская антенная решетка содержит диэлектрическую крышку с отражателями, каждый из которых выполнен в виде группы проводящих площадок, проводящую пластину со множеством излучающих отверстий, диэлектрическую плату и экранирующую пластину, размещенные в виде многослойной структуры, образующей микрополосковые излучатели с возбуждающими элементами, имеющими, по меньшей мере, один выход для сигналов заданной поляризации, по меньшей мере, одну систему питания микрополосковых излучателей. На диэлектрической крышке размещены перегородки, образующие ячейки для отделения отражателей друг от друга. Перегородки выполнены за одно целое с диэлектрической крышкой и имеют проводящее покрытие. Возбуждающий элемент для плоской антенной решетки содержит два ортогональных зонда и расположенную перпендикулярно биссектрисе прямого угла между ними проводящую площадку, размещенные на диэлектрической плате. Проводящая площадка гальванически связана с ортогональными зондами. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, технике СВЧ, к антеннофидерным устройствам, а более конкретно - к полосковым антенным решеткам для непосредственного приема спутникового телевидения, и может быть использовано при создании плоских антенн для непосредственного приема спутникового телевидения, имеющих эффективность более 0,7 при размерах апертуры, лежащих в пределах от 15 до 30 длин волн, работающих в полосе рабочих частот до 10% с двумя линейными или круговыми поляризациями.

Известна плоская антенная решетка с различными поляризациями, содержащая диэлектрическую крышку с отражателями, каждый из которых выполнен в виде группы проводящих площадок, и проводящими полосками, разделяющими отражатели друг от друга, проводящую пластину со множеством излучающих отверстий и перегородками, образующими ячейки для отделения отражателей друг от друга, диэлектрическую плату и экранирующую пластину, размещенные в виде многослойной структуры, образующей микрополосковые излучатели с возбуждающими элементами, имеющими выходы для сигналов различных поляризаций (в том числе правой и левой круговой поляризации), две системы питания микрополосковых излучателей для приема/передачи сигналов различных поляризаций, включающие элементы питания и выходные зонды, расположенные в выходном волноводе, размещенном в центральной части антенной решетки, при этом защитная диэлектрическая крышка расположена от поверхности проводящей пластины на расстоянии от 0,3 до 0,7 длины волны, экранирующая пластина выполнена с углублениями, расположенными под излучающими отверстиями в проводящей пластине и образующими резонаторы для их возбуждения, проводящая и экранирующая пластины имеют выступы для обеспечения их установки на определенном расстоянии от диэлектрической платы, возбуждающие элементы и две системы питания микрополосковых излучателей для приема/передачи сигналов различных поляризаций размещены на одной поверхности диэлектрической платы, а каждая из систем питания для приема/передачи сигналов различных поляризаций имеет пару соосных выходных зондов, причем оси пар соосных выходных зондов ортогональны и лежат в одной плоскости поперечного сечения выходного волновода с пересечением в его центре, выходы для сигналов различных поляризаций одной половины возбуждающих элементов подключены соответственно к одним выходным зондам пар соосных выходных зондов, а выходы для сигналов различных поляризаций другой половины возбуждающих элементов подключены к другим выходным зондам пар соосных выходных зондов (см. патент РФ N 2075259, МКИ H 01 Q 21/24, публ. 10.03.97 г.).

В известной плоской антенной решетке перегородки для отделения отражателей друг от друга на проводящей пластине могут быть изготовлены в виде отдельных деталей и затем припаяны или приварены к ней или, например, выфрезерованы вместе с проводящей пластиной.

Недостатками такой антенной решетки являются низкая технологичность и относительно высокая стоимость. Невозможно выполнить перегородки на проводящей пластине, например штамповкой или иными высокопроизводительными способами.

При этом необходимость совместного применения указанных перегородок на проводящей пластине и проводящих полосок на диэлектрической крышке для отделения отражателей друг от друга с образованием ячеек с резонансными размерами 2λ усложняет конструкцию. Это снижает надежность, повторяемость параметров антенной решетки и уменьшает коэффициент усиления.

Известен возбуждающий элемент для плоской антенной решетки, содержащий размещенные на диэлектрической плате два ортогональных зонда, шлейф и проводящую площадку, причем шлейф имеет длину от 0,35 до 0,45 длины волны, расположен по биссектрисе прямого угла между указанными ортогональными зондами и гальванически связан с ними, а проводящая площадка имеет длину от 0,2 до 0,35 длины волны, размещена перпендикулярно шлейфу и расположена на расстоянии от точки пересечения осей зондов не более двух десятых длин волны (см. патент РФ N 2075256, МКИ H 01 Q 1/38, публ. 10.03.97 г.).

Наличие на диэлектрической плате питания проводящих площадок, гальванически не связанных с ортогональными зондами, не позволяет применить наиболее высокопроизводительный способ изготовления платы - нанесение рисунка платы через трафарет с последующим гальваническим покрытием металлом с низкой проводимостью.

В известной конструкции выполнение проводящей пластины с перегородками и диэлектрической платы с системами питания и изолированными от общей схемы проводящими площадками не позволяет применить высокопроизводительные способы изготовления, что приводит к большой трудоемкости и стоимости изготовления.

В основу изобретения положена задача создания плоской антенной решетки для приема/передачи сигналов различных поляризаций, в том числе линейных (горизонтальной и вертикальной) и/или круговых (левой и/или правой), в которой бы обеспечивались высокий коэффициент усиления, простота и надежность конструкции, высокая технологичность изготовления, повторяемость параметров и низкая стоимость при сохранении высокого коэффициента полезного действия в широкой полосе частот.

Решение задачи достигается тем, что перегородки для отделения отражателей друг от друга выполнены только на внутренней поверхности диэлектрической крышки, предпочтительно, заодно с ней и имеют проводящее (металлизированное) покрытие.

Поставленная задача достигается тем, что в плоской антенной решетке, содержащей диэлектрическую крышку с отражателями, каждый из которых выполнен в виде группы проводящих площадок, перегородки, образующие ячейки для отделения отражателей друг от друга, проводящую пластину со множеством излучающих отверстий, диэлектрическую плату и экранирующую пластину, размещенные в виде многослойной структуры, образующей микрополосковые излучатели с возбуждающими элементами, имеющими, по меньшей мере, один выход для сигналов различных поляризаций, по меньшей мере, одну систему питания микрополосковых излучателей, перегородки, образующие ячейки для отделения отражателей друг от друга, размещены на диэлектрической крышке.

Предпочтительно перегородки, образующие ячейки для отделения отражателей друг от друга, выполнить за одно целое с диэлектрической крышкой и с проводящим покрытием.

Целесообразно перегородки для отделения отражателей друг от друга выполнить с высотой от 0,1 до 0,7 длины волны в свободном пространстве.

Целесообразно на внешней поверхности диэлектрической крышки расположить фокусирующие элементы с размещением их на одной оси с излучающими отверстиями проводящей пластины.

Предпочтительно фокусирующие элементы выполнить в виде выступов на диэлектрической крышке, в том числе выпуклостей или линз.

Целесообразно фокусирующие элементы выполнить за одно целое с диэлектрической крышкой.

Целесообразно в каждом отражателе проводящие площадки выполнить одной или различной геометрической формы, в том, числе в виде прямоугольников, и/или треугольников, и/или трапеций, и/или кругов, и/или многоугольников.

Предпочтительно в каждом отражателе проводящие площадки расположить симметрично относительно оси соответствующей ячейки для отделения отражателей друг от друга.

Кроме того, каждая система питания микрополосковых излучателей для приема/передачи сигналов заданной поляризации может иметь элементы питания и, по меньшей мере, один выходной зонд, расположенный в выходном волноводе, который целесообразно разместить в центральной части антенной решетки.

Для приема/передачи сигналов различных поляризаций возбуждающие элементы микрополосковых излучателей и две системы питания микрополосковых излучателей могут быть размещены на одной поверхности диэлектрической платы, а каждая из систем питания может иметь пару соосных выходных зондов, причем оси пар соосных выходных зондов ортогональны и лежат в одной плоскости поперечного сечения выходного волновода с пересечением в его центре, выходы для сигналов заданных поляризаций одной половины возбуждающих элементов подключены соответственно к одним выходным зондам пар соосных выходных зондов, а выходы для сигналов заданных поляризаций другой половины возбуждающих элементов подключены к другим выходным зондам пар соосных выходных зондов.

Целесообразно экранирующую пластину выполнить с углублениями, расположенными под излучающими отверстиями в проводящей пластине и образующими резонаторы для их возбуждения.

Целесообразно диэлектрическую плату разместить между двумя дополнительно введенными прокладочными листами.

Решение задачи достигается также тем, что в возбуждающем элементе, содержащем два ортогональных зонда и расположенную перпендикулярно биссектрисе прямого угла между ними проводящую площадку, размещенные на диэлектрической плате, проводящая площадка гальванически связана с указанными ортогональными зондами.

Предпочтительно проводящую площадку выполнить длиной от 0,3 до 0,7 длины волны в микрополосковой линии и шириной от 0,01 до 0,3 длины волны в микрополосковой линии.

В предлагаемой антенной решетке исключены перегородки на проводящей пластине и проводящие полоски на диэлектрической крышке для образования ячеек с отражателями.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства, технического результата не имеется.

На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

В дальнейшем настоящее изобретение поясняется описанием конкретного (не ограничивающего) варианта осуществления изобретения, в частности в плоской антенной решетке с различными поляризациями, и следующими чертежами: Фиг.1 изображает плоскую антенную решетку, выполненную согласно изобретению, в прямоугольной изометрической проекции; Фиг.2 изображает фрагмент плоской антенной решетки в разрезе; Фиг. 3 изображает фрагмент диэлектрической крышки с отражателями, вид со стороны, обращенной к возбуждающим элементам; Фиг. 4 изображает системы питания антенной решетки на диэлектрической плате; Фиг.5 изображает возбуждающий элемент на фиг.4; Фиг. 6 изображает центральную часть диэлектрической платы (на фиг.4) с выходными зондами; Фиг. 7 изображает фрагмент диэлектрической крышки с фокусирующими элементами в виде отдельных линз на ее поверхности, вид на диэлектрическую крышку с внешней стороны; Фиг.8 изображает фрагмент вида снизу на антенную решетку со стороны нижней крышки - выходное отверстие волновода с выходными зондами; Фиг. 9 - приведены зависимости коэффициента усиления антенны в диапазоне частот (кривая "П" - для сигналов правой круговой поляризации, кривая "Л" - для сигнала левой круговой поляризации);
Фиг. 10 - приведены зависимости развязки по поляризации в диапазоне частот (кривая "П" - для сигналов правой круговой поляризации, кривая "Л" - для сигнала левой круговой поляризации).

Плоская антенная решетка с различными поляризациями содержит диэлектрическую крышку 1 с отражателями 2, каждый из которых выполнен в виде группы симметрично расположенных проводящих площадок 3, в частности различной геометрической формы, и перегородками 4, образующими ячейки 5 для отделения отражателей 2 друг от друга, проводящую пластину 6 со множеством излучающих отверстий 7, диэлектрическую плату 8, помещенную, в частности, между двумя прокладочными листами 9, 10, экранирующую пластину 11, выполненную с цилиндрическими углублениями 12, расположенными под излучающими отверстиями 7 проводящей пластины 6 и образующими резонаторы для возбуждения указанных отверстий 7, нижнюю крышку 13. На одной поверхности диэлектрической платы 8 размещены возбуждающие элементы 14, расположенные под излучающими отверстиями 7 в проводящей пластине 6 и электромагнитно связанные с ними, и две схемы питания для приема/передачи сигналов различных поляризаций. При этом размещенные с соблюдением заданного расстояния в виде многослойной структуры диэлектрическая крышка 1, проводящая пластина 6, диэлектрическая плата 8, экранирующая пластина 11 образуют микрополосковые излучатели.

Диэлектрическая крышка 1 расположена от поверхности проводящей пластины 6 (фиг.2) на расстоянии (В) от 0,3 до 0,7 длины волны.

В диэлектрической крышке 1 перегородки 4 (фиг.2) для отделения отражателей 2 друг от друга имеют высоту (Н) от 0,1 до 0,7 длины волны в свободном пространстве.

Перегородки 4, образующие ячейки 5 для отделения отражателей 2 друг от друга, предпочтительно выполнить за одно целое с диэлектрической крышкой 1 (из материала диэлектрической крышки 1) и с проводящим покрытием 15.

В каждом отражателе 2 проводящие площадки 3 могут быть выполнены одной геометрической формы или различной геометрической формы (фиг.3), в том числе в виде прямоугольников, и/или треугольников, и/или трапеций, и/или кругов, и/или многоугольников. Отражатели 2 расположены на внутренней поверхности защитной диэлектрической крышки 1 в соответствующих ячейках 5 (фиг.3).

На внешней поверхности защитной диэлектрической крышки 1 могут быть выполнены фокусирующие элементы 16 в виде выступов (выпуклостей), расположенных на одной оси с соответствующими ячейками 5 для отделения отражателей 2 друг от друга и излучающими отверстиями 7 проводящей пластины 6 и выполненных, в частности, за одно целое с диэлектрической крышкой 1 (фиг.2). При выполнении фокусирующих элементов 16 в виде отдельных элементов (линз) (фиг. 7) обеспечивается возможность их приклейки к поверхности диэлектрической крышки 1.

Для построения антенных решеток с различными видами поляризаций применены возбуждающие элементы 14 (фиг.5) с выходами 17, 18 соответственно для сигналов различных поляризаций (правой и левой круговой поляризации или вертикальной и горизонтальной линейной поляризации), содержащие два ортогональных зонда 19, 20 и расположенную перпендикулярно биссектрисе прямого угла между ними проводящую площадку 21, размещенные на диэлектрической плате 8, причем проводящая площадка 21 гальванически связана с указанными ортогональными зондами 19, 20.

Проводящая площадка 21 имеет длину (l) от 0,3 до 0,7 длины волны в микрополосковой линии, а ширину (b) от 0,01 до 0,3 длины волны в микрополосковой линии. Взаимосвязь ортогональных зондов 19, 20 с проводящей площадкой 21 при выбранных размерах и топологии приводит к тому, что при возбуждении одного зонда поле в другом, пассивном, равно по амплитуде полю в активном и сдвинуто по фазе на угол, приблизительно равный 90^o, т.е. выполняются условия, необходимые для возбуждения волны круговой поляризации.

Системы питания (фиг.4) содержат элементы питания (в виде отрезков полосковых линий 22 и элементов 23 деления мощности - Т-образных разветвителей мощности) и четыре выходных зонда 24, 25, 26, 27 (два соосных выходных зонда 24, 25 - для одной системы питания и два других соосных выходных зонда 26, 27 - для другой системы питания). Выходные зонды 24, 25, 26, 27 расположены в центральной части 28 диэлектрической платы 8 (фиг.6) таким образом, что оси каждой пары выходных зондов (24, 25 и 26, 27) ортогональны.

В нижней крышке 13 в отверстии 29 установлен (фиг.8) выходной волновод 30 (в форме кольца). При этом центр выходного волновода 30 является осью симметрии для соосных выходных зондов (24, 25 и 26, 27).

При этом на одной поверхности диэлектрической платы 9 (фиг. 4), половина возбуждающих элементов 14 своими соответствующими выходами 17, 18 для сигналов различных поляризаций (правой и левой круговой поляризации), подключена через элементы питания 22, 23 соответствующих схем питания, например, к соответствующим выходным зондам 26, 24 этих систем, а другая половина возбуждающих элементов 14 своими выходами 17, 18 подключена через элементы питания 22, 23 соответствующих схем питания к другим выходным зондам (27, 25) пар соосных зондов (24, 25 и 26, 27) соответствующих схем питания. Тогда пара соосных выходных зондов 26, 27 предназначена для приема/передачи соответственно сигналов правой круговой поляризации, пара соосных выходных зондов 24, 25 предназначена для приема/передачи соответственно сигналов левой круговой поляризации, а зоны поперечного сечения выходного волновода 30, расположенные по биссектрисам между выходными зондами 24, 25, 26, 27, предназначены для приема/передачи линейных поляризаций, а остальные зоны указанного, сечения - для приема/передачи эллиптической поляризации с коэффициентом эллиптичности от 0 до 1.

Для фиксации диэлектрической платы 8 между проводящей и экранирующей пластинами 6, 11 применены прокладочные листы 9, 10 из вспененного материала (фиг. 2). Возможно применение и других известных приемов фиксации диэлектрической платы 8 между указанными пластинами 6, 11 с применением выступов, выполняемых на проводящей пластине 6 или на самой диэлектрической плате 8 (не показано).

Таким образом, для создания антенных решеток с несколькими различными поляризациями, выбираемыми по выбору потребителя (линейной горизонтальной, или линейной вертикальной, или левой круговой, или правой круговой, или линейной горизонтальной и вертикальной, или круговой левой и правой) применяют возбуждающие элементы с двумя выходами, выполненными, например, как показано на фиг.5, и две системы питания микрополосковых излучателей, выполненных, в частности, как показано на фиг.4.

Возможно применение предлагаемого технического решения для построения антенных решеток, например, с одной или двумя поляризациями.

Для создания антенной решетки с одной поляризацией (линейной горизонтальной, или линейной вертикальной, или левой круговой, или правой круговой) можно применить известное выполнение возбуждающих элементов с одним выходом (например, в виде одного зонда), при этом питание микрополосковых излучателей осуществляют от одной системы питания (не показано).

Для построения антенной решетки, например, с двумя поляризациями - линейными (горизонтальной и вертикальной) или круговыми (левой и правой) можно применить известное выполнение возбуждающих элементов с двумя выходами (например, в виде двух ортогональных зондов), при этом питание микрополосковых излучателей осуществляют от двух систем питания (не показано).

Плоская антенная решетка, в частности, с различными поляризациями работает следующим образом.

Рассмотрим работу антенной решетки в режиме передачи. При возбуждении пары соосных выходных зондов 24, 25 сигналы через отрезки микрополосковых линий 22 и делители 23 мощности в виде Т-образных разветвлений поступают на соответствующие входы 18 возбуждающих элементов 14. При запитке возбуждающих элементов 14 (фиг. 5) через вход 18 активный возбуждающий зонд 20 через проводящую площадку 21 возбуждает пассивный зонд 19. Длина (l) проводящей площадки 21 и ее ширина (b) выбраны таким образом, что при запитке возбуждающего зонда 20 (активный зонд) в возбуждающем зонде 19 амплитуда вектора электрического поля, возбуждаемого зондом 20, приблизительно равна амплитуде вектора электрического поля возбуждаемого зондом 19 (пассивный зонд), а фазы векторов отличаются на 90^o. В результате возбуждается волна левой круговой поляризации. При возбуждении другой пары соосных выходных зондов 26, 27 активным становится зонд 19, пассивным - зонд 20, а фазы векторов электрического поля между полями возбуждаемыми этими зондами отличаются на минус 90^o, т.е. возбуждается волна правой круговой поляризации. Волна круговой поляризации возбуждает электромагнитное поле в (микрополосковых) излучателях плоской антенной решетки. Электромагнитное поле возбуждается в полости между проводящей пластиной 6 с возбуждающими (излучающими) отверстиями 7 и отражателями 2, расположенными на внутренней стороне защитной диэлектрической крышки 1. Так как волну круговой поляризации можно представить как сумму двух ортогональных сигналов с линейной поляризацией с одинаковой амплитудой и с фазовым сдвигом 90^o, то каждый отражатель 2 выполнен как группа проводящих площадок 3. В результате в отражателях 2 на поверхности проводящих площадок 3 и в зазорах между их кромками возбуждаются электромагнитные поля. Размеры и форма проводящих площадок 3 выбираются экспериментально.

При этом поле на излучающей поверхности антенной решетки, имеющей квадратную апертуру со стороной от двух до двух с половиной длин волн, близко к равноамплитудному и синфазному.

Так как системы питания выполнены по параллельной схеме, то все возбуждающие элементы антенной решетки синфазны в широкой полосе частот, поле на поверхности антенной решетки синфазно и близко к равноамплитудному, а коэффициент использования плоскости раскрыва приближается к единице. При работе антенны в режиме приема в случае приема волны левой круговой поляризации с учетом принципа взаимности принимаемые волны в обратном порядке последовательно возбуждают электромагнитное поле и токи на проводящих площадках 3 и в зазорах между этими площадками 3, в излучающих отверстиях 7, в ортогональных зондах 19 и 20 возбуждающих элементов 14, а затем через отрезки микрополосковых линий 22 и делители 23 мощности сигналы поступают на пару соосных выходных зондов 24, 25, причем на выходной зонд 24 поступают сигналы с одной половины возбуждающих элементов 14, расположенных на той части антенной решетки, где расположен этот зонд 24, а на выходной зонд 25 - с другой половины возбуждающих элементов 14, расположенных на другой части антенной решетки, где расположен зонд 25.

При приеме волны правой круговой поляризации сигналы, проходя по другой системе запитки, возбуждают другую пару соосных выходных зондов 27, 26.

Кроме приема сигналов двух круговых поляризаций предлагаемая конструкция антенной решетки позволяет принимать сигналы различных поляризаций - линейных и эллиптической поляризации с коэффициентом эллиптичности от 0 до 1.

Для получения двойной круговой поляризации может быть применена конструкция возбуждающих элементов (фиг.5), выполненных в виде двух взаимно ортогональных зондов 19, 20 и расположенной перпендикулярно биссектрисе прямого угла между ними проводящей площадки 21 для получения необходимого амплитудного и фазового распределения. Взаимосвязь ортогональных зондов 19, 20 с проводящей площадкой 21 при выбранных ее размерах и топологии приводит к тому, что при возбуждении одного зонда поле в другом, пассивном, равно по амплитуде долю в активном и сдвинуто по фазе на угол, приблизительно равный 90^o, т. е. выполняются условия, необходимые для возбуждения волны круговой поляризации. При выполнении воэбуждающих элементов 14 по этой топологии, соответствующей п. 12 формулы изобретения, при запитке двух выходных зондов 26, 27, лежащих на одной поперечной оси круглого выходного волновода 28, антенна принимает (излучает) волну одной круговой поляризации (например, правую), при запитке двух других выходных зондов 24, 25, ортогональных первым, антенна принимает волну левой круговой поляризации. Возбуждающие элементы 14 и системы питания (запитки) на одной диэлектрической плате 8 выполнены таким образом, что предлагаемая конструкция антенны имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с известными, так как позволяет производить прием сигналов с любой требуемой поляризацией.

Если для приема сигналов используется конвертор с одним входом и входной зонд конвертора расположен в плоскости, проходящей через продольные оси двух выходных зондов антенны, то принимаются сигналы одной из двух круговых поляризаций. При повороте конвертора с одним входом на 90 вокруг продольной оси выходного волновода 28 антенны принимается сигнал другой круговой поляризации. Если конвертор расположен таким образом, что плоскость, проходящая через входной зонд конвертора не проходит через выходные зонды 24, 25 и 26, 27 антенны, происходит одновременный прием на входной зонд сигналов правой и левой круговых поляризаций с амплитудами, зависящими от положения входного зонда конвертора. Если принимаются одновременно поля с левой и правой круговой поляризацией, то как известно (см. Н. Л. Дробкин, В.Л. Зузенко, Й.Г. Кислов "Антенно-фидерные устройства". М. "Советское радио", 1974.)
E_ПР = A_ПРe^-j(ω^t+ϕ1⁾(1)
E_ЛЕВ = A_ЛЕВ e^-j(ω^t+ϕ2⁾ (2)
где
E_пр, E_лев - векторы электрического поля правого и левого вращения соответственно;
A_пр, A_лев - амплитуды векторов электрического поля;
ϕ₁,ϕ₂ - начальные фазы векторов электрического поля.

Параметры поляризационного эллипса, угол наклона связаны с формулами (1) и (2) зависимостями


В случае, если приемный зонд конвертора расположен по одной из диагоналей к выходным зондам антенны ϕ₁ = 45°,ϕ₂ = -45°, амплитуды принимаемых сигналов равны (A_пр = A_лев).

В этом случае æ = 0, т.е. поляризация линейная, а угол наклона оси эллипса поляризация горизонтальная.

Когда приемный зонд расположен по другой диагонали

- принимается сигнал с вертикальной поляризацией.

В случае установки между антенной и конвертором управляемого волноводного поляризатора при установке плоскости поляризации от 0^o до 135^o через 45^o антенна принимает сигналы с любой поляризацией: правой круговой-вертикальной-левой круговой-горизонтальной, а в сечениях, отличных от ϕ = K·45°, где K=0, 1, 2, 3 - эллиптической поляризации с коэффициентом эллиптичности, определяемой формулой (3). Это позволяет согласовывать по поляризации передающую антенну на геостационарном спутнике и предлагаемую приемную антенну и получать максимальный сигнал на входе конвертора.

Для получения более равноамплитудного и синфазного распределения электромагнитного поля на поверхности антенной решетки и, как следствие, увеличения коэффициента усиления антенны на внешней поверхности диэлектрической крышки 1 заодно с ней в виде выпуклостей (в форме фокусирующих линз) или в виде отдельных линз (в форме выступов) выполнены фокусирующие элементы 16.

Плоская щелевая антенная решетка с различными поляризациями, выполненная согласно изобретению и использованная для непосредственного спутникового телевидения, при размерах излучающей апертуры 456х456 мм и толщине 30 мм имеет для круговой поляризации в диапазоне частот 12,1...12,7 ГГц коэффициент усиления для левой поляризации (фиг.9 - кривая "П") не менее 33,8 дБ, при этом максимальное значение 34,4 дБ, коэффициент усиления для правой круговой поляризации (фиг.9 - кривая "Л") не менее 33,2 дБ, а максимальное значение 34,3 дБ. Коэффициент эллиптичности для правой и левой круговой поляризации не более 1,8 дБ, что соответствует развязке по поляризации не менее 20 дБ.

Формула изобретения

1. Плоская антенная решетка, содержащая диэлектрическую крышку с отражателями, каждый из которых выполнен в виде группы проводящих площадок, перегородки, образующие ячейки для отделения отражателей друг от друга, проводящую пластину со множеством излучающих отверстий, диэлектрическую плату и экранирующую пластину, размещенные в виде многослойной структуры, образующей микрополосковые излучатели с возбуждающими элементами, имеющими, по меньшей мере, один выход для сигналов заданной поляризации, и, по меньшей мере, одну систему питания микрополосковых излучателей, отличающаяся тем, что перегородки, образующие ячейки для отделения отражателей друг от друга, размещены на диэлектрической крышке.

2. Плоская антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что перегородки, образующие ячейки для отделения отражателей друг от друга, выполнены заодно целое с диэлектрической крышкой и имеют проводящее покрытие.

3. Плоская антенная решетка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что перегородки для отделения отражателей друг от друга имеют высоту от 0,1 до 0,7 длины волны в свободном пространстве.

4. Плоская антенная решетка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что она снабжена фокусирующими элементами, расположенными на внешней поверхности диэлектрической крышки на одной оси с соответствующими излучающими отверстиями проводящей пластины.

5. Плоская антенная решетка по п.4, отличающаяся тем, что фокусирующие элементы выполнены в виде выступов на диэлектрической крышке.

6. Плоская антенная решетка по п.5, отличающаяся тем, что фокусирующие элементы выполнены заодно целое с диэлектрической крышкой.

7. Плоская антенная решетка по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что в каждом отражателе проводящие площадки выполнены одной или различной геометрической формы, в том числе в виде прямоугольников, и/или треугольников, и/или трапеций, и/или многоугольников.

8. Плоская антенная решетка по любому из пп.1 - 7, отличающаяся тем, что в каждом отражателе проводящие площадки расположены симметрично относительно оси соответствующей ячейки для отделения отражателей друг от друга.

9. Плоская антенная решетка по любому из пп.1 - 8, отличающаяся тем, что каждая система питания микрополосковых излучателей для приема/передачи сигналов заданной поляризации имеет элементы питания и, по меньшей мере, один выходной зонд, расположенный в выходном волноводе.

10. Плоская антенная решетка по любому из пп.1 - 9, отличающаяся тем, что выходной волновод размещен в центральной части антенной решетки.

11. Плоская антенная решетка по любому из пп.1 - 10, отличающаяся тем, что для приема/передачи сигналов различных поляризаций возбуждающие элементы микрополосковых излучателей и две системы питания микрополосковых излучателей размещены на одной поверхности диэлектрической платы, а каждая из систем питания имеет пару соосных выходных зондов, причем оси пар соосных выходных зондов ортогональны и лежат в одной плоскости поперечного сечения выходного волновода с пересечением в его центре, выходы для сигналов заданных поляризаций одной половины возбуждающих элементов подключены соответственно к одним выходным зондам пар соосных выходных зондов, а выходы для сигналов заданных поляризаций другой половины возбуждающих элементов подключены к другим выходным зондам пар соосных выходных зондов.

12. Плоская антенная решетка по любому из пп.1 - 11, отличающаяся тем, что экранирующая пластина выполнена с углублениями, расположенными под излучающими отверстиями в проводящей пластине и образующими резонаторы для их возбуждения.

13. Плоская антенная решетка по любому из пп.1 - 12, отличающаяся тем, что диэлектрическая плата размещена между двумя дополнительно введенными прокладочными листами.

14. Возбуждающий элемент, содержащий два ортогональных зонда и расположенную перпендикулярно биссектрисе прямого угла между ними проводящую площадку, размещенные на диэлектрической плате, отличающийся тем, что проводящая площадка гальванически связана с указанными ортогональными зондами.

15. Возбуждающий элемент по п.14, отличающийся тем, что проводящая площадка имеет длину от 0,3 до 0,7 длины волны в микрополосковой линии и ширину от 0,01 до 0,3 длины волны в микрополосковой линии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10