Сверхширокополосная антенная решетка



Сверхширокополосная антенная решетка
Сверхширокополосная антенная решетка
Сверхширокополосная антенная решетка
Сверхширокополосная антенная решетка

 


Владельцы патента RU 2484563:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве сверхширокополосной антенны с несколькими видами поляризации: вертикальной, горизонтальной и круговой (эллиптической) правого и левого вращения. Техническим результатом является разработка сверхширокополосной антенной решетки с любой формой диаграммы направленности (от «лопатообразной» до «игольчатой») и с любым видом поляризации и даже одновременно с несколькими видами поляризации: линейной - вертикальной и горизонтальной, круговой (эллиптической) - правого и левого вращения. Сверхширокополосная антенная решетка образована двумя электрически идентичными диэлектрическими основами с металлизированными слоями, в которых выполнен излучающий раскрыв, образованный из плоских рупорных излучателей, размещенных в нескольких уровнях. Диэлектрические основы встроены друг в друга вдоль направления излучения таким образом, что образуется ортогональная конструкция. При этом возбуждение каждой диэлектрической основы осуществляется с фазовым сдвигом в 90° для получения эллиптической поляризации правого/левого вращения. 4 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве сверхширокополосной антенны с несколькими видами поляризации: вертикальной, горизонтальной и круговой (эллиптической) правого и левого вращения.

Известны турникетные антенны (X.Мейнке, Ф.Гудлах. Радиотехнический справочник. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960 г., стр.339-342) [1].

Наиболее часто турникетные антенны конструируются в виде наборов вибраторов, питаемых со сдвигом фаз в 90°. Такие конструкции позволяют получить приемлемые технические параметры в ограниченной полосе частот. При попытке создать антенную систему (АС) с полосой пропускания до декады и несколькими видами поляризации возникают значительные конструктивные и технические трудности с обеспечением требуемых электрических параметров. Эти проблемы наиболее хорошо просматриваются на примере антенны Линденбада (RCA-REV, April 1939, стр.387-408) [2]. Главная проблема - это сведение к минимуму влияния раскрывов (апертур) одного элемента на другой и исключения взаимного влияния системы возбуждения каждого из вибраторов (элементов) друг на друга.

Другими словами, конструкция должна быть с развязанными каналами возбуждения и с отсутствием влияния полей апертур друг на друга.

ТЕМ рупор представляет собой двухпроводную АС бегущей волны продольного излучения. В типичной конструкции ТЕМ рупора две параллельные пластины расширяются в одной из плоскостей (электрической - Е, магнитной - Н), чтобы обеспечить плавное преобразование импеданса передающей линии к импедансу свободного пространства. ТЕМ рупор представляет согласующее устройство (трансформатор) между питающей линией (линией возбуждения) с волновым сопротивлением Zл и свободным пространством с волновым сопротивлением Z0=120π Ом. Если открытые боковые стороны ТЕМ рупора каким-либо образом нагрузить продольными, проводящими ребрами, то он обеспечивает частотно-независимое функционирование в полосе частот до 30:1. Структура поля ТЕМ волны в направляющей системе не обладает дисперсией и по своим свойствам близка к структуре поля свободного пространства (Р.Кюн. Микроволновые антенны. - Л.: Судостроение, 1967 г., стр.209-210, 227-229 [3]; С.Щелкунов, Г.Фрис. Антенны. - М.: сов. Радио, 1955, стр.104-114, 120-124, 521-525 [4]; Дж.Слеттер, Передача ультракоротких волн. - ОГИЗ, 1946, стр.108-114, 204-221, 231-234 [5]). Главным недостатком ТЕМ рупора является его громоздкость, ограниченное число видов диаграмм направленности (далее ДН) - широкая в одной плоскости и узкая в другой - (лопатообразная) и ограниченное число видов поляризации - только линейная.

Известны технические решения, описанные в патентах РФ №2052877, 2052878 [6], 2407118 [7], где описаны сверхширокополосные антенные решетки (АР) в виде плоского свернутого (укороченного) рупора, так называемый «FH»-рупор (Fold Horn). Продольное укорочение FH-рупора достигается посредством формирования многоуровневого раскрыва, в котором точки электрического контакта «О», образующих рупора предыдущего уровня «N-1», находятся внутри апертуры рупора следующего «N» уровня и влияют только на формирование структуры поля (амплитудное распределение) апертуры только этого «N» уровня. Такие плоские структуры формируют приемлемые ДН с линейной поляризацией, широкие в одной плоскости и узкие в другой. Ширина ДН в плоскости апертуры (плоскости Е) может быть оценена как 2 Θ 0.5 p E = A × λ / α ортогональной плоскости - 2 Θ 0.5 H = B × λ . / .. , где коэффициенты пропорциональности А=(50-65), В=(75-108) и зависят от линейного размера апертуры - «α» и пространственной протяженности - «ℓ».

Широкополосная антенная решетка по патенту РФ №2407118 [7] принята за прототип.

Необходимо отметить, что подобные структуры в электрической плоскости (плоскости Е) ведут себя подобно синфазным АР с параллельно включенными элементами, а в ортогональной плоскости (плоскости Н) - как АР с последовательно включенными элементами. Основным недостатком таких конструкций (структур) является ограниченное число видов ДН, широкая в одной плоскости и узкая в другой - «лопатообразная» и поляризация - только линейная.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является разработка сверхширокополосной АР с любой формой ДН (от «лопатообразной» до «игольчатой») и с любым видом поляризации и даже одновременно с несколькими видами поляризации: линейной - вертикальной и горизонтальной, круговой (эллиптической) - правого и левого вращения.

Это достигается тем, что сверхширокополосная антенная решетка, включающая диэлектрическую основу с металлизированными слоями, в которых выполнен излучающий раскрыв, образованный из плоских рупорных излучателей, размещенных в нескольких уровнях, отличается тем, что сверхширокополосная антенная решетка образована двумя электрически идентичными диэлектрическими основами, встроенными друг в друга вдоль направления излучения таким образом, что образуется ортогональная конструкция.

Возбуждение каждой диэлектрической основы осуществляется с фазовым сдвигом в 90°.

Представленные чертежи поясняют суть предлагаемого устройства.

На фиг.1 изображена антенная решетка с двухуровневой апертурой, исполненная как диэлектрическая основа с металлизированными слоями (плоская плата) с образующими в виде металлических прутков;

На фиг.2 представлена конструкция из двух ортогонально встроенных друг в друга диэлектрических основ (плоских плат), формирующих плоскую апертуру, перпендикулярную направлению излучения;

На фиг.3 представлено гибридное устройство возбуждения, посредством которого обеспечивается формирование требуемых видов поляризации;

На фиг.4 изображены расчетные ДН двухуровневой антенной решетки в плоскости азимута (горизонтальная плоскость), в плоскости угла места (вертикальная плоскость) и трехмерная (пространственная) ДН.

На фиг.1, 2, 3 обозначены:

1 - образующие плоских рупоров, исполненные в виде металлических проводников (прутков), которые обеспечивают контакт с токонесущей жилой системы возбуждения;

2 - образующие плоских рупоров, исполненные в виде металлических проводников (прутков), которые обеспечивают контакт с экранной стороной плоской платы;

3 - плоский рупор нулевого «N-1» уровня;

4 - плоский рупор первого «N» уровня;

5 - пазы типа «ласточкин хвост», выполненные на оси симметрии каждой плоской платы, в направлении оси излучения, обеспечивающие ортогональное встраивание плат друг в друга;

6 - регулируемая линия задержки, фазовращатель;

О - точка соединения (электрического контакта) образующих 1, 2 рупоров соответствующих уровней.

Конструкция каждой из плоских плат имеет самостоятельные (независимые) системы возбуждения, которые не оказывают друг на друга никакого влияния [6], [7]. Поскольку платы расположены ортогонально, то электромагнитное поле в апертуре каждой из них также не оказывает никакого влияния друг на друга. Значит, система на фиг.2 имеет две линейные поляризации, которые перпендикулярны друг другу и могут быть сориентированы в пространстве как вертикальная и горизонтальная. Для получения круговой поляризации правого или левого вращения система возбуждения каждой из плат должна иметь фазовый (временной) сдвиг друг относительно друга в 0,5π, что относительно просто может быть реализовано посредством регулируемой линии задержки (фазовращателя) 6.

Таким образом, предложенная конструкция решает все перечисленные выше проблемы, связанные с турникетными антеннами.

Возбуждение плат вертикальной и горизонтальной поляризации (диэлектрические основы с металлизированными слоями) посредством гибридного устройства (фиг.3 «а») позволяет одновременно реализовать два вида круговой поляризации правого и левого вращения, а посредством гибридного устройства (фиг.3 «б») получить одновременно четыре вида поляризации - вертикальную, горизонтальную и круговые правого и левого вращения.

Кроме того, из фиг.2 следует, что внешние (наружные) образующие 1, 2 каждой из ортогональных плоских плат выступают в качестве продольных проводящих ребер, которые расположены над открытыми боковыми сторонами направляющей системы (плоского рупора). Взаимодействие каждого из этих ребер с полем ортогональной платы характеризуется распределенной реактивной емкостью, которая обеспечивает поддержание постоянного входного импеданса системы в широкой полосе частот.

Поскольку плоские платы вертикальной и горизонтальной поляризации идентичны по электрическим параметрам и только повернуты относительно друг друга на 90°, то результирующая ДН предложенной конструкции есть произведение ДН каждой из плоских структур с учетом этого поворота. В силу отмеченных особенностей свойств плоских АР это приводит к «обострению» результирующей ДН, увеличению ее направленных свойств. Этим объясняется и симметрия ДН не только в сечении главных плоскостей (фиг.4, б, в), но и в диагональных плоскостях, что наглядно демонстрирует пространственная ДН на фиг.4, а.

Из изложенного становится очевидно, что цели, поставленные при разработке данного технического решения, полностью решены предлагаемой конструкцией антенной решетки.

Сверхширокополосная антенная решетка, включающая диэлектрическую основу с металлизированными слоями и линейной поляризацией, в которых выполнен излучающий раскрыв, образованный из плоских рупорных излучателей, размещенных в нескольких уровнях, отличающаяся тем, что сверхширокополосная антенная решетка образована двумя идентичными диэлектрическими основами, встроенными друг в друга вдоль направления излучения таким образом, что образуется ортогональная конструкция, причем возбуждение каждой диэлектрической основы осуществляется с фазовым сдвигом в 90° для получения эллиптической поляризации правого/левого вращения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к конструкции микрополосковой антенны, предназначенной для использования в рассеивающем электромагнитное излучение устройстве, которое уменьшает воздействия нежелательного электромагнитного излучения.

Антенна // 2264007

Изобретение относится к области радиоэлектротехники и может быть использовано при конструировании широкополосных антенн, где известны поперечные и продольные излучатели.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве широкодиапазонной всенаправленной антенны в горизонтальной плоскости, где известны биконические рупоры и дискоконусные антенны.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкополосных антеннах, где известны поперечные и продольные излучатели. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в широкополосных антеннах, где применяются поперечные и продольные излучатели. .

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к активным антенным модулям

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в качестве многодиапазонной приемной или передающей антенны в системах связи

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в радиоэлектронных передающих и приемных устройствах различного назначения. Технический результат - упрощение конструкции электронной решетки. Сверхширокополосная сканирующая ФАР, состоящая из набора излучающих элементов, в которой раскрыв сформирован многоуровневыми рупорными излучателями, каждый из которых имеет линейные размеры больше длины волны и управляемую диаграмму направленности, регулируемую посредством управляющего элемента. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к радиотехнике, и может быть использовано при изготовлении антенных систем с повышенной полосой пропускания посредством использования поперечных и продольных излучателей. Технический результат - расширение полосы пропускания и обеспечение линейности фазочастотной характеристики в полосе частот и управляемости диаграммой направленности при отношении граничных частот диапазона более 1:30. Для этого способ изготовления сверхширокополосной антенной системы с управляемой диаграммой направленности включает формирование излучающего раскрыва антенной системы посредством субрупора «m» порядка, обеспечивающего требуемую полосу пропускания, где m=0, 1, 2, … n, и включение в одно из плеч сумматора правое/левое субрупора порядка «m» управляющего элемента, типа фазовращатель или регулируемая линия задержки, обеспечивающего управление лучом антенной системы. 5 ил.

Изобретение относится к антенному устройству. Технический результат изобретения заключается в обеспечении приема сигналов двух диапазонов частот. Антенное устройство включает в себя антенный элемент и блок подложки, причем антенный элемент включает в себя основание антенны, излучающий электрод, первый и второй элементы подачи питания и заземляющий электрод. Блок подложки включает в себя блок С1 распределительной схемы и блок С2 фазосдвигающей схемы, при этом блок С1 распределительной схемы включает в себя соединительный элемент 321, элементы 322А, 322В трактов, имеющие длину тракта 1/4λ, и резист 323, а блок С2 фазосдвигающей схемы включает в себя элемент 324А тракта к первому элементу подачи питания и элемент 324В тракта ко второму элементу подачи питания, который длиннее, чем элемент 324А тракта, на 1/4 λ. Блок С2 фазосдвигающей схемы и блок С1 распределительной схемы выполнены на одной и той же поверхности блока подложки. Блок С2 фазосдвигающей схемы находится внутри элементов 322А и 322В трактов блока С1 распределительной схемы. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

Настоящее изобретение относится к антенне для радарного детектора, содержащей: блок питания; первую и вторую ветви, отходящие от указанного блока питания; патч-антенну первого частотного диапазона, подсоединенную к указанной первой ветви и имеющую характеристику первого частотного диапазона; патч-антенну второго частотного диапазона, подсоединенную к указанной второй ветви и имеющую характеристику второго частотного диапазона; антенный шлейф второго частотного диапазона, расположенный между указанным блоком питания и указанной патч-антенной первого частотного диапазона на указанной первой ветви; и антенный шлейф первого частотного диапазона, расположенный между указанным блоком питания и указанной патч-антенной второго частотного диапазона. Технический результат заключается в уменьшении размеров и расширении полосы пропускания при высоком коэффициенте усиления. При этом в предлагаемой антенне для радарного детектора с одним блоком питания может сочетаться множество антенн, имеющих различные частотные характеристики, без ущерба для характеристик указанного множества антенн. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к сверхширокополосным (СШП) направленным антеннам с круговой поляризацией поля. Технический результат заключается в создании СШП антенны, в которой однонаправленное излучение формируется естественным образом в широкой или сверхширокой полосе частот, в общем случае, не требуя использования поглотителя с обратной стороны излучающего элемента. Для этого СШП антенна содержит диэлектрическую подложку (103), по меньшей мере одну питающую линию (101, 102), выполненную на диэлектрической подложке (103), спиральный излучающий элемент (107), выполненный на подложке (103) и связанный с питающей линией (101, 102), по меньшей мере одну дополнительную диэлектрическую подложку (108, 109), расположенную параллельно над упомянутой диэлектрической подложкой (103), причем на дополнительной диэлектрической подложке (108, 109) выполнен плоский печатный резонатор (110, 111) осесимметричной формы, расположенный соосно со спиральным излучающим элементом (107). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх