Линейная волноводно-щелевая антенная решетка бегущей волны

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к волноводно-щелевым антеннам, и может быть использовано как самостоятельно, так и в составе фазированной антенной решетки (ФАР) с механическим сканированием в двух плоскостях или электронным сканированием в Е-плоскости и механическим сканированием в Н-плоскости. Техническим результатом является уменьшение размера волновода в плоскости Е. Устройство состоит из отрезка волновода с продольными щелями, выполненными в его широкой стенке и расположенными по разные стороны от ее осевой линии. Технический результат достигается за счет того, что отрезок прямоугольного волновода выполнен П-образного сечения с размерами образующих наружного контура по широкой стенке a1=(0,45±0,05)λ0 и по узкой стенке b1=(0.26±0.05)λ0 и образующих внутреннего контура с размерами широкой стенки а2=(0.27±0.05)λ0 и узкой стенки b2=(0.15±0.05)λ0, где λ0 - длина волны в свободном пространстве. На широкой стенке с излучающими щелями выполнены металлические ребра, являющиеся продолжением узких стенок наружного контура высотой λ0/2 или более, а длины излучающих щелей превышают λ0/2. При этом их размеры и смещение относительно оси П-образного волновода выбраны, исходя из требуемого уровня излучаемого сигнала каждой щели, и соответствуют условию минимального изменения уровня излучаемого сигнала каждой щелью в заданном диапазоне частот. 2 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнике, в частности к волноводно-щелевым антеннам, и может быть использовано как самостоятельно, так и в составе фазированной антенной решетки (ФАР) с механическим сканированием в двух плоскостях или электронным сканированием в Е-плоскости и механическим сканированием в Н-плоскости.

Известна широкополосная нерезонансная волноводно-щелевая антенна (SE № 449540, МКИ H01Q 13/22, 1987), состоящая из двух отрезков прямоугольных волноводов с продольными щелями на широких стенках и одного, запитывающего их Т-образного тройника в Е-плоскости. Шаг щелей в одном отрезке волновода d1в/2, где λв - длина волны в волноводе, а в другом отрезке волновода d2в/2.

Известна волноводно-щелевая антенна (SU № 1075342, опубл. 23.02.1984 г.), содержащая отрезок прямоугольного волновода, фидерную линию, подключенную к его центру, поглощающие нагрузки на обоих концах, продольные щели на широкой стенке, выполненные по разные стороны от ее середины на расстоянии друг от друга λв(1+1/2N) с одной стороны и λв(1-1/2N) с другой, где N - количество щелей каждой из половин щелевой линейки.

Недостатками этих волноводно-щелевых антенн являются нестабильность амплитудно-фазового распределения в широком диапазоне частот и ограниченный сектор однолучевого сканирования в Е-плоскости, определяемые шагом щелей в этой плоскости и ограниченным размером широкой стенки волновода a>λ0/2, при использовании этой антенны в составе ФАР с электронным сканированием в Е-плоскости.

Известна волноводно-щелевая антенная решетка (RU № 2206157, опубл. 10.06.2003 г.), состоящая из двух, вложенных одна в другую, подрешеток, каждая из которых содержит отрезки волноводов с излучающими щелями, наклоненными под углом 45° к осям волноводов, имеющих П-образный профиль поперечного сечения, при этом щели в соседних волноводах взаимно ортогональны и попарно одинаковы.

Недостатком приведенного технического решения является то, что излучающий элемент формируют две щели в соседних волноводах, а в результате шаг излучателей в плоскости Е близок к λо, что является серьезным ограничением при электронном сканировании в этой плоскости.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является волноводно-щелевая нерезонансная антенна (см. «Проектирование фазированных антенных решеток». Сбор. под ред. Д.И.Воскресенского. изд. «Радиотехника», г.Москва, 2003 г., стр.140), содержащая n продольных излучающих щелей, имеющих длину ln и расположенных на широкой стенке волновода через одну по обе стороны от ее средней линии с шагом d λв/2, на расстоянии xn от нее, где n - номер щели. Более точные размеры щелей ln и их координаты xn выбираются, исходя из требуемых значений нормированной активной проводимости Gn и равенства нулю ее реактивной составляющей, что соответствует резонансным щелям, имеющим длину несколько меньше λ0/2 и не вносящим скачка фазы Δφ в магистральном волноводе.

Недостатками этого известного технического решения являются большие поперечные размеры, определяемые размером широкой стенки волновода a>λ0/2, где λ0 - длина волны в свободном пространстве, что ограничивает возможность использования его в составе ВЩАР с электронным сканированием в плоскости Е, также ограничение рабочего диапазона частот, обусловленное изменением амплитудно-фазового распределения в апертуре антенны и связанным с ним снижением коэффициента усиления или изменением наклона диаграммы направленности при изменении частоты.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что линейная волноводно-щелевая антенная решетка бегущей волны состоит из отрезка волновода с продольными щелями, выполненными в его широкой стенке и расположенными по разные стороны от ее осевой линии.

Новыми признаками заявляемой линейной волноводно-щелевой антенной решетки бегущей волны являются выполнение отрезка прямоугольного волновода П-образного сечения с размерами образующих наружного контура по широкой стенке a1=(0,45±0,05)λ0 и узкой стенке b1=(0,26±0,05)λ0 и образующих внутреннего контура с размерами по широкой стенке а2=(0,27±0,05)λ0 и узкой стенке b2=(0,15±0,05)λ0, где λ0 - длина волны в свободном пространстве, причем на широкой стенке с излучающими щелями выполнены металлические ребра, являющиеся продолжением узких стенок наружного контура высотой ≥λ0/2, а длины излучающих щелей превышают λ0/2, при этом их размеры и смещение относительно оси отрезка П-образного волновода выбраны исходя из требуемого уровня излучаемого сигнала каждой щели и соответствуют условию минимального изменения уровня излучаемого сигнала каждой щелью в заданном диапазоне частот.

Техническим результатом предлагаемого решения является уменьшение размера сечения волновода в плоскости Е при сохранении других основных характеристик этого волновода - постоянной распространения и характеристик продольных излучающих щелей, расположенных на широкой стенке a1 в зоне над П-образным выступом, размером a2, образованным внутренним контуром П-образного волновода. При таких размерах, образующих внешнего и внутреннего контуров П-образного волновода и соответствующих размерах и расположении излучающих щелей обеспечивается весь спектр характерных для систем с высокой энергетической эффективностью уровней излучаемого сигнала, при этом в составе двухмерной ВЩАР существенно (≈ в 1,4 раза) уменьшается размер элементарной ячейки волновода Флоке - элементарного пространственного волновода (см. «Сканирующие антенные системы СВЧ», т.II, Р.С.Хансен, изд. «Советское радио», 1966 г., стр.312) в плоскости Е, определяемого в случае применения предлагаемого П-образного волновода размером а1 (расстояние между ребрами). В этом случае в волноводе Флоке удается довести пакет волн практически до одного основного типа - волны Н10. При использовании же ряда таких линейных ВЩАР в составе двухмерной ВЩАР с электронным сканированием в Е-плоскости удается расширить сектор однолучевого сканирования.

На фиг.1 приведен схематический чертеж линейной волноводно-щелевой антенной решетки бегущей волны.

На фиг.2, а представлены зависимости переходного затухания Lп (Lп=-101gPотв/Pвх), где Pвх - мощность сигнала на входе П-образного волновода, Pотв - мощность, излучаемая щелью, и фазы коэффициента прохождения Δφ12 одиночной излучающей продольной щели, расположенной на широкой стенке П-образного волновода и нагуженной на волновод Флоке, от длины этой щели 1 при фиксированном ее смещении «x» относительно оси волновода.

На фиг.2, б приведены аналогичные зависимости для эквивалентного прямоугольного волновода (одинаковые постоянные распространения с выбранным П-образным волноводом) с излучаемой продольной щелью, нагруженной на тот же волновод Флоке, с размерами сечения, равными расстоянию между узкими стенками П-образного волновода и шагу расположения щелей в ВЩАР.

Линейная волноводно-щелевая антенная решетка бегущей волны содержит П-образный волновод 1 с продольными щелями 2 в широкой стенке наружного контура, согласованную нагрузку 3 в конце волновода и металлические ребра 4 в зоне излучающих щелей, являющиеся продолжением узких стенок наружного контура и выступающие над широкой стенкой с излучающими щелями на высоту, равную λ0/2 или более.

Предлагаемая линейная волноводно-щелевая решетка бегущей волны (ВЩАР) работает следующим образом.

Энергия электромагнитного поля, поступающая в отрезок П-образного волновода 1 с размерами образующих наружного контура a1=0,45λ0 и b1=0,26λ0 и образующих внутреннего контура с соответствующими размерами a2=0,27λ0 и b2=0,14λ0 последовательно возбуждает n продольных щелей 2 шириной t=0,06λ0 и длиной ln. При этом размеры щелей отличаются от λ0/2 и меняются от размера l1.=0,503λ0 в начале линейки ВЩАР до размера ln=0,55λ0 в конце с одновременным изменением xn (смещение оси щели относительно оси волновода) от 0,015λ0 до 0,12λ0. Остаток электромагнитной энергии в П-образном волноводе после возбуждения всех щелей рассеивается в согласованной нагрузке 3.

Закон изменения параметров ln и xn при изменении номера щели n определяется заданным амплитудным распределением, при этом щели располагаются по стенке a1, с шагом d=0,444λв поочередно (через одну) по обе стороны от оси волновода. Металлические ребра 4 уменьшают искажения электромагнитного поля, обусловленные краевыми эффектами в линейной ВЩАР.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом позволяет уменьшить размер линейной ВЩАР в плоскости Е и сократить пакет возбуждаемых в волноводах Флоке каждой излучающей щелью линейной ВЩАР волн высших типов и довести его практически до одного основного типа - волна Н10. При использовании предлагаемой ВЩАР в составе двумерной фазированной антенной решетки (ФАР) это техническое решение позволяет расширить сектор однолучевого сканирования в Е-плоскости до ±80 градусов.

Линейная волноводно-щелевая антенная решетка бегущей волны, состоящая из отрезка прямоугольного волновода с продольными щелями, выполненными в его широкой стенке и расположенными по разные стороны от ее осевой линии, отличающаяся тем, что отрезок прямоугольного волновода выполнен П-образного сечения с размерами образующих наружного контура по широкой стенке a1=(0,45±0,05)λ0 и по узкой стенке b1=(0,26±0,05)λ0 и образующих внутреннего контура с размерами широкой стенки а2=(0,27±0,05)λ0 и узкой стенки b2=(0,15±0,05)λ0, где λ0 - длина волны в свободном пространстве, причем на широкой стенке с излучающими щелями выполнены металлические ребра, являющиеся продолжением узких стенок наружного контура высотой λ0/2 или более, а длины излучающих щелей превышают λ0/2, при этом их размеры и смещение относительно оси П-образного волновода выбраны, исходя из требуемого уровня излучаемого сигнала каждой щели, и соответствуют условию минимального изменения уровня излучаемого сигнала каждой щелью в заданном диапазоне частот.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенно-фидерным устройствам, в частности к резонаторным антеннам. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к гипертермии злокачественных новообразований. .

Изобретение относится к печатным антеннам с двойной поляризацией с питанием от расположенного на печатной плате коммутационного поля. .

Изобретение относится к малогабаритным и высокоэффективным антеннам для мобильных и микротелефонных устройств связи. .

Изобретение относится к моноимпульсным антенным устройствам (АУ) с суммарно-разностной обработкой сигнала, используемым в радиолокационных системах точного автоматического сопровождения цели и в обзорных моноимпульсных радиолокационных системах.

Изобретение относится к антенной СВЧ-технике. .

Изобретение относится к области подземных сейсмоустойчивых приемопередающих антенных устройств, работающих на частотах электромагнитных волн нижней части мертвого диапазона.

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к конструкции многощелевой антенны для малогабаритной навигационной ВЛС плавучего средства ограниченного водоизмещения.

Изобретение относится к области антенн летательных аппаратов (ЛА). .

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к конструкции многощелевой антенны для малогабаритной радиолокационной системы (РЛС) плавучего средства ограниченного водоизмещения.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным печатным антеннам СВЧ диапазона, и может найти применение в системах связи, радиодефектоскопии, радиомониторинге и других системах

Изобретение относится к шлицевой антенне, в особенности к передающей антенне для идентификации частоты радиоволн (RFID)

Изобретение относится к антенной технике и может быть применено для приема сигналов Глобальных навигационных спутниковых систем, включая ГЛОНАСС, GPS, GALILEO и OmniSTAR. Технический результат - улучшение технических характеристик антенны, а именно: уменьшение коэффициента эллиптичности, увеличение подавления кросс-поляризации и расширение рабочего диапазона частот. Щелевая полосковая антенна вытекающей волны с круговой поляризацией, включающая диэлектрическую подложку, на нижней металлизированной стороне которой выполнена подводящая микрополосковая линия, имеющая форму спирали, а на верхней металлизированной стороне выполнены основные щелевые излучатели, закрученные по спирали вокруг геометрического центра антенны и включающие прямые и изогнутые сегменты различной длины, на верхней металлизированной стороне диэлектрической подложки между основными щелевыми излучателями выполнены дополнительные щели с меньшей электрической длиной, чем электрическая длина основных щелевых излучателей, дополнительные щели не соединены с основными щелевыми излучателями и выполнены в виде концентрических дуг, расположенных вокруг геометрического центра антенны, или в виде отрезков спиралей. 1 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано при создании антенных систем в радионавигации и радиолокации. Технический результат - расширение рабочего диапазона частот без ухудшения коэффициента направленного действия и согласования антенны при сохранении направления главного лепестка диаграммы направленности, а также низкой стоимости и высокой технологичности. Для этого в волноводную линию, на одной из стенок которой находятся излучающие элементы, а на конце - элемент настройки, введены фазосдвигающие устройства, установленные между излучающими элементами и между излучающим элементом и элементом настройки, и связанные с волноводом элементами связи, причем фазосдвигающие устройства в широких пределах меняют фазу проходящего СВЧ сигнала в зависимости от уровня его мощности. 1 ил.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к области антенн летательных аппаратов (ЛА). Технический результат заключается в упрощении конструкции излучателя, уменьшении габаритов, повышении технологичности изготовления, расширении функциональных возможностей, повышении надежности. Антенна ЛА содержит открытый с одного конца цилиндрический резонатор (ЦР), частично заполненный диэлектриком, согласующий элемент, коаксиальный соединитель, настроечный элемент, излучатель, верхнюю крышку. Центральный проводник коаксиального соединителя удлинен внутрь ЦР и соединен с излучателем. Согласующий элемент выполнен в виде двух шлейфов. Первый шлейф установлен параллельно центральному проводнику коаксиального соединителя. Второй шлейф одним концом соединен с боковой стенкой ЦР, а другим - с участком излучателя, расположенным между точками соединения с центральным проводником и первым шлейфом. Излучатель выполнен в виде кольца и жестко закреплен на диэлектрике. Излучатель установлен таким образом, что оси симметрии излучателя и цилиндрического резонатора и прямая, проходящая через середину указанного участка излучателя параллельно оси симметрии излучателя, расположены в одной плоскости продольного сечения антенны. Настроечный элемент установлен в нижней крышке ЦР под излучателем с возможностью осевого перемещения. 6 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенно-фидерным устройствам. Широкополосная резонаторная антенна, включающая в себя первый объемный резонатор с частично прозрачной стенкой и второй объемный резонатор с отверстиями связи, при этом второй резонатор установлен внутри первого резонатора. Дополнительно содержит устройство поворота второго резонатора вокруг своей оси (УП), датчик и объемную диэлектрическую опору, расположенную в первом объемном резонаторе. УП представляет собой резьбовое соединение первого и второго объемных резонаторов. Датчик выполнен в виде рамки либо несимметричного электрического диполя, расположенного во внутренней области первого объемного резонатора. Диэлектрическая опора представляет собой полый усеченный конус, расположенный во внутренней области первого объемного резонатора Технический результат заключается в повышении механической прочности антенны, обеспечении регулировки согласования антенны с фидером, обеспечении контроля излучаемых антенной сигналов, не зависимого от влияния метеорологических факторов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 12 ил.

Использование: антенная техника, а именно в щелевых полосковых антеннах вытекающей волны с круговой поляризацией, и может быть применено для приема сигналов Глобальных навигационных спутниковых систем, включая ГЛОНАСС, GPS, COMPASS, GALILEO. Сущность: щелевая полосковая антенна вытекающей волны с круговой поляризацией со скачком ширины щелевых излучателей включает диэлектрическую подложку, на верхней металлизированной стороне которой выполнены щелевые излучатели, закрученные по спирали вокруг геометрического центра антенны, не соединенные между собой и включающие прямые и изогнутые сегменты различной длины. При этом щелевые излучатели выполнены с увеличением ширины щели в пучностях высокочастотного электрического поля Н-волны. Технический результат: улучшение технических характеристик антенны, в частности уменьшение коэффициента эллиптичности и увеличение подавления кроссполяризации. 10 ил.

Изобретение относится к антенной технике. Кольцевая щелевая антенна содержит коаксиально расположенные полые металлические внешний и внутренний цилиндры, проводящее кольцо, первый и второй коаксиальные соединители, первую и вторую точки питания, первый и второй проводящие штыри. Проводящее кольцо соединяет цилиндры и установлено со стороны открытого торца внутреннего цилиндра в полости, образованной между внешним и внутренним цилиндрами. Точки питания расположены на внутренней боковой поверхности внутреннего цилиндра. Вторая точка питания радиально смещена относительно первой точки питания на 90°. К первой точке питания подключен первый коаксиальный соединитель, центральный проводник которого удлинен в образованную полость и соединен с внешним цилиндром. Ко второй точке питания подключен второй коаксиальный соединитель. Проводящие штыри установлены в образованную полость и соединяют внешний и внутренний цилиндры соответственно. Точки соединения первого и второго штырей с цилиндрами расположены диаметрально противоположно первой и второй точкам питания соответственно. При этом антенна выполнена с возможностью разделения рабочих каналов по поляризации с развязкой между точками питания 20 дБ. Технический результат - обеспечение возможности одновременной работы в двух частотных диапазонах. 2 ил.

Активная приемопередающая антенна принадлежит к антенной технике и может быть использовано в системах радиосвязи, радионавигации, радиолокации. Особенно полезным применение активной приемопередающей антенны может оказаться при построении антенных решеток. Новым в активной приемопередающей антенне является реализация возможности её работы в режиме приема и передачи одновременно. Активная приемопередающая антенна состоит из полевого транзистора, блокировочного конденсатора и собственно микрополосковой антенны на диэлектрической подложке с экранирующей пластиной. У микрополосковой антенны имеются выводы (отводы), которые через отверстия в экранирующей пластине соединены с полевым транзистором в различных схемных конфигурациях и высокочастотным разъемом подачи и съема радиочастотных сигналов. Соединения выводов микрополосковой антенны с полевым транзистором образуют положительную обратную связь, которая обеспечивает регенеративное усиление сигналов. Причем это усиление осуществляется как принимаемых антенной сигналов и съемом уже усиленных сигналов на высокочастотном разъеме активной антенны, так и сигналов, подаваемых на этот высокочастотный разъем, и далее усиливаемых регенеративным усилителем с последующим излучением электромагнитных волн собственно микрополосковой антенной. Для устранения самовозбуждения схемы необходимо либо подбирать параметры полевого транзистора и местоположение отводов микрополосковой антенны, либо подавать внешнее управляющее напряжение на полевой транзистор в различных схемных конфигурациях.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в дециметровом диапазоне длин волн в качестве передающей или приемной антенны. Антенна содержит открытый с одного конца цилиндрический резонатор, частично заполненный диэлектриком, на котором жестко закреплен излучатель, коаксиальный соединитель, первый настроечный элемент, установленный в диэлектрике. Излучатель выполнен в виде печатной платы, в металлизированном слое которой выполнена излучающая щель Н-образной формы. Дополнительно введены второй настроечный элемент, крышка и возбудитель, выполненный в виде печатной платы, в металлизированном слое которой выполнены полосковые проводники, возбудитель и второй настроечный элемент расположены в диэлектрике. При этом первый и второй настроечные элементы установлены под полосковыми проводниками возбудителя, центральный проводник коаксиального соединителя удлинен внутрь диэлектрика и соединен с полосковыми проводниками возбудителя, а дополнительная крышка выполнена из радиопрозрачного материала и закреплена на цилиндрическом резонаторе над излучателем. Технический результат заключаются в повышении технологичности изготовления и расширении функциональных возможностей щелевой антенны ЛА. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх