ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА Российский патент 1995 года по МПК H01Q13/10 

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиолокации, радиосвязи.

Известны волноводно-щелевые антенны с переменнофазносвязанными щелями (Антенны и устройства СВЧ./Под ред.проф. Воскресенского Д.И. М. Радио и связь, 1981).

Известны также волноводно-щелевые антенны (ВЩА) с рупорными козырьками, используемыми для формирования диаграммы направленности в поперечной плоскости (Корбанский И. Н. Антенны. М: ВВИА им.проф. Н.Е. Жуковского, 1966, с. 294).

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной ВЩА является ВЩА с рупорными козырьками, присоединенными посредством параллельных проводящих пластин к стенкам волновода по обе стороны щелей, параллельно продольной оси волновода (Антенны эллиптической поляризации. В сб. под ред. Шпунтова А.И. М. ИИЛ, 1961, с. 224-228).

За счет выбора расстояния l между стенкой волновода и линией, за которой проводящие пластины переходят в рупорные козырьки, можно управлять поляризацией антенны прототипа.

Техническое решение в соответствии с изобретением использует проводящие пластины, переходящие в рупорные козырьки. Для ослабления или устранения дифракционных боковых лепестков ВЩА с продольно смещенными и связанными переменнофазно щелями, период щелевой структуры равен удвоенному расстоянию между щелями.

Это достигается тем, что в волноводно-щелевой антенне, содержащей волновод, в стенке которого выполнены щели, продольно смещенные и связанные переменнофазно, два рупорных козырька, присоединенных посредством приводящих пластин к стенкам волновода по обе стороны щелей, параллельно продольной оси волновода, расстояние между проводящими пластинами h λ_кр./2 на участке, примыкающем к стенке волновода, протяженностью не менее λ/2 в направлении перпендикуляра к стенке, где λ длина волны в свободном пространстве; λ_кр. критическая длина волны в волноводе.

Для ВЩА на основе прямоугольного волновода λ_кр.=2а и расстояние между проводящими пластинами h<a, где а размер широкой стенки прямоугольного волновода.

Предположим для простоты рассуждений, что проводящие пластины параллельны. В этом случае можно считать, что щели излучают в плоскопараллельный волновод, образованный проводящими пластинами, который затем переходит в рупор.

Поле в плоскопараллельном волноводе можно представить в виде совокупности собственных волн волновода, постоянные распространения которых вдоль оси волновода К_хn и в перпендикулярном направлении К_znсвязаны соотношением
K2k

Из этой формулы видно, что при h <a< λ распространяющимися являются только два типа Н-волн: n=0 и n=1.

Волны типа Е при продольной ориентации щелей не возбуждаются.

Комплексные амплитуды этих волн, возбуждаемых каждой из подрешеток, определяются их диаграммами направленности. В силу идентичности амплитудных диаграмм амплитуды одноименных волн, возбуждаемых каждой из под решеток, равны между собой.

В силу взаимного сдвига подрешеток на шаг d_x вдоль оси фазы этих волн равны для направления главного максимума диаграммы направленности θ θ_o:
θ_o=arcsin (2) где
γ= (3) и противоположны для направления дифракционного максимума θ θ_бл:
θ_бл=arcsinsinθ_o + =arcsinγ (4)
С учетом противоположного знака электрического поля в щелях подрешеток отсюда нетрудно видеть, что в направлении θ θ_o суммарная амплитуда волны n=0 удваивается (главный лепесток), а амплитуда волны n=1 обращается в нуль; в направлении θ θ_бл наоборот: амплитуда волны n=0 обращается в нуль, а волны n=1 удваивается (дифракционный боковой лепесток). В силу противофазного распределения поля волны n=1 в поперечном направлении диаграмма направленности дифракционного лепестка в поперечной плоскости разностного типа.

Продольная постоянная распространения для волны, определяющей дифракционный лепесток, К_х= Кsin θ_бл K γ. Поэтому из соотношений (1), (3) K=K
(5)
Если взять h< a, то K_z1 станет мнимой величиной и дифракционный лепесток окажется подавленным на величину затухания волны n=1 на длине l отрезка плоскопараллельного волновода, на котором h<a. Длина l может быть выбрана по требуемой величине ослабления бокового лепестка, который может быть сколь угодно ослаблен вплоть до полного подавления.

Условие плоскопараллельности проводящих пластин на участке l не является обязательным и взято лишь для простоты рассуждений.

Волновод также может быть не обязательно прямоугольным, а, например, круглым или другого поперечного сечения.

В случае ВЩА с наклонносмещенными щелями на широкой стенке прямоугольного волновода предлагаемое решение позволяет ослабить или подавить также кроссполяризационную составляющую диаграммы направленности, поскольку она формируется Е-волной в горловине рупора с n=1, постоянная распространения которой определяется тем же соотношением (1), а направление распространения формулой (4).

В случае ВЩА с наклонными щелями на узкой стенке волновода предлагаемое решение также позволяет частично подавить кроссполяризационную составляющую диаграммы направленности, только в этом случае главный максимум диаграммы направленности формируется Е-волной n=1, а боковые дифракционные лепестки Н-волнами n=0 и n-1. Предлагаемое изобретение позволяет подавить только одну из этих волн, а именно n=1.

На чертеже показана предлагаемая ВЩА на основе прямоугольного волновода с продольными смещенными щелями на широкой стенке волновода.

Антенна состоит из прямоугольного волновода 1 с прорезанными в нем щелевыми излучателями 2; рупорных козырьков 3, переходящих в проводящие пластины 4, и поглощающей нагрузки 5.

Волноводно-щелевая антенна работает следующим образом.

СВЧ-сигнал, поступающий на вход антенны, распространяется по волноводу 1, возбуждает щели 2, которые в свою очередь возбуждают Н-волны n=0 и n=1 между проводящими пластинами 4. Волна n=0, распространяясь, переходит в рупор 3 и излучается, и формируя диаграмму направленности.

Волна n= 1 оказывается в закритическом режиме, экспоненциально затухает между проводящими пластинами 4 и излучается лишь в той степени, в которой не успевает затухнуть на длине l. Неизлучившаяся часть мощности поглощается в оконечной нагрузке 5.

Использование: антенны для систем радиолокации и связи. Сущность изобретения: в волноводно-щелевой антенне с переменно фазными продольносмещенными щелями по обе стороны щелей установлены рупорные козырьки, присоединенные к стенке волновода посредством проводящих пластин. Расстояние между рупорными козырьками выбрано из предложенного соотношения. Достигнуто уменьшение уровня боковых лепестков диаграммы направленноси. 1 ил.

ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВАЯ АНТЕННА, содержащая волновод, в стенке которого выполнены щели, продольно-смещенные и связанные переменно-фазно, два рупорных козырька, присоединенных посредством проводящих пластин к стенкам волновода по обе стороны щелей, параллельно продольной оси волновода, отличающаяся тем, что расстояние между проводящими пластинами h меньше λ_кр/2 на участке, примыкающем к стенке волновода, протяженностью не менее λ/2 в направлении перпендикуляра к стенке, где λ длина волны в свободном пространстве; l_кр критическая длина волны в волноводе.