ВОЛНОВОДНЫЙ ЩЕЛЕВОЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК H01Q13/10 

Изобретение относится к антенной технике и может использоваться в приемных, передающих, приемо-передающих многофункциональных антенных устройствах радиотехнических систем различного назначения, в частности в активных фазированных антенных решетках (ФАР) с широкоугольным сканированием.

Известны щелевые, крестообразные излучатели волн круговой поляризации, выполненные на проводящем экране с квадратурным возбуждением крестообразных щелей коаксиальными или полосковыми устройствами (заявка Англии N 2202379, кл. H 01 Q 13/18, заявка Японии N 63-139406, H 01 Q 21/24, патенты США N 4672386, 4958165, 4242685, кл. 343-770, заявки ЕР N 0295003, 0527417, H 01 Q 13/18), которые не могут работать в многочастотном режиме.

Известны крестообразные вибраторные излучатели, расположенные над экраном с различными типами квадратурных возбуждающих устройств (авт.св. N 1712995, кл. H 01 Q 21/26), но однако такие излучатели могут работать только в одном диапазоне частот, что ограничивает их применение, а также функциональные возможности ФАР, создаваемые на их основе, не обладают возможностью работы в различных диапазонах частот.

Известна также конструкция, выбранная за прототип, волноводного щелевого, резонансного, двухканального, крестообразного излучателя круговой поляризации, выполненная на отрезке прямоугольного волновода, на одной широкой стенке которого прорезана резонансная, крестообразная щель. (Антенны эллиптической поляризации. Сб. статей под ред. А.И.Шпунтова, Иностранная литература, 1961, с.123-128).

Недостатком такого излучателя является невозможность работы в различных диапазонах частот, что ограничивает их применение, а также функциональные возможности ФАР, создаваемые с их использованием.

Задача изобретения создание излучателя, работающего в различных диапазонах кратных частот.

Поставленная задача решается следующим образом.

В волноводном щелевом двухканальном излучателе круговой поляризации, содержащем отрезки волновода с крестообразной щелью на широкой стенке, рассчитанным для работы на частоте f₀ основного диапазона, широкая щелевая стенка состоит из дополнительных отрезков волновода с крестообразными щелями на широкой стенке, рассчитанными для работы на частоте другого диапазона (2f₀, 3f₀). При этом все отрезки волноводов имеют П-образный профиль поперечного сечения, т. к. содержат в каждом отрезке волновода параллельно его широким стенкам внутреннюю перегородку, в которой выполнены на ее краях две четвертьволновые возбуждающие щели, причем все отрезки волновода имеют короткозамыкающие заглушки, контактирующие по торцам отрезков волновода. Короткозамыкающие заглушки и узкие стенки дополнительных отрезков волновода образуют крестообразную щель основного волновода.

Конструкция многоканального излучающего устройства становится при этом двухярусной (в общем случае многоярусной). Излучающее устройство приобретает новое существенное качество из плоского превращается в объемное с совмещением двух излучающих систем в одном раскрыве, открывая тем самым новый класс объемных многоканальных излучающих устройств, в котором каждое излучающее устройство более высокой частоты является фрагментом щелевого излучателя более низкой частоты. Кроме того, наличие перегородки, параллельной широким стенкам с двумя возбуждающими щелями и двух заглушек в каждом отрезке волновода позволяет получить П-образный профиль всех излучающих отрезков волновода с двумя каналами возбуждения, что обеспечивает малый апертурный размер излучающего устройства.

Наличие вышеизложенных преимуществ данной конструкции позволяет использовать ее для создания ФАР с широкоугольным сканированием с плотной упаковкой элементов, работающих в нескольких диапазонах частот.

На фиг.1 изображен десятиканальный излучатель, работающий на частотах f₀ и 2f₀ (два канала на частоте f₀ и восемь каналов на частоте 2f₀); на фиг.2 восемнадцатиканальный излучатель, работающий на частотах f₀ и 3f₀; на фиг.3 структурная схема излучателя.

Многоканальный волноводный щелевой излучатель круговой поляризации (фиг. 1) содержит двухканальный излучатель основного частотного диапазона (f₁± Δ f) 1 и четыре подобных двухканальных излучателей второго частотного диапазона (2f₁± D f) 2, выполненных на отрезках прямоугольных волноводов, каждый из которых имеет внутреннюю проводящую перегородку 3 (4) с прорезанными в ней четвертьволновыми щелями 5 и 6 соответственно. Излучатели второго частотного диапазона 2 расположены с зазорами по периметру широкой стенки излучателя основного частотного диапазона 1, причем своими узкими стенками 7 образуют крестообразную щель излучателя основного частотного диапазона 8. Отрезки прямоугольных волноводов имеют короткозамкнутые торцевые заглушки 9, 10 и 7. Разъемы возбуждения (не показаны) подключены к верхним кромкам четвертьволновых щелей 5 и 6 в точках 11. Каждый двухканальный излучатель кратной частоты диапазона имеет на широкой излучающей стенке резонансную щель 12. Данный излучатель имеет 10 каналов.

На фиг.2 представлен 18-канальный излучатель. Широкая излучающая стенка двухканального излучателя основного частотного диапазона f₁± D f образована восемью подобными двухканальными излучателями второго частотного диапазона 3f₁± D f.

На фиг. 3 представлена структурная схема двухчастотного многоканального излучателя, поясняющая принцип работы данной конструкции. Двухчастотное излучающее устройство с совмещением двух излучающих систем в одном раскрыве использует двухярусный принцип построения. В нижнем ярусе находится двухканальный излучатель первого частотного диапазона. В верхнем ярусе размещены восемь двухканальных излучателей второго частотного диапазона. Излучающие устройства обоих частотных диапазонов выполнены на отрезках прямоугольных волноводов с П-образным профилем поперечного сечения, каждый из которых является по сути волноводным мостом и предназначается для квадратурного возбуждения крестообразных щелей. Зазоры между излучающими устройствами второго диапазона образуют крестообразную щель излучателя первого диапазона. Крестообразные излучатели возбуждаются основным типом волны ТЕ₀₁ на частотах f₁ или 2f₁, (фиг.1), 3f₁ (фиг.2 и 3).

Предлагаемый излучатель был изготовлен и экспериментально испытан. Эксперимент полностью подтвердил его работоспособность.

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано для создания многофункциональных ФАР с плотной упаковкой элементов и широкоугольным сканированием, работающих в режиме кратных частот в нескольких диапазонах с совмещением нескольких излучающих систем в одном раскрыве. Излучатель по сути открывает новый класс объемных многоканальных излучающих устройств и представляет собой двухярусную конструкцию (в общем случае многоярусную), содержащую в нижнем ярусе двухканальный излучатель круговой поляризации, рассчитанный на частоту основного частотного диапазона и выполненный на отрезке прямоугольного волновода с внутренней проводящей перегородкой, параллельной широким стенкам, в которой прорезаны две возбуждающие волновод четвертьволновые щели. Широкая излучающая стенка волновода представляет собой блочную конструкцию, расположенную в верхнем ярусе, и состоит из нескольких подобных двухканальных излучателей второго частотного диапазона, кратного основному, расположенных по ее периметру с зазорами, образующими крестообразную щель основного частотного диапазона. 3 ил.

Волноводный щелевой многоканальный излучатель круговой поляризации, содержащий волноводный щелевой двухканальный излучатель круговой поляризации, состоящий из отрезка волновода с крестообразной щелью на широкой стенке, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными отрезками волновода с крестообразными щелями на широкой стенке, образующими широкую стенку основного волновода, причем отрезки основного и дополнительного волноводов имеют внутреннюю перегородку, параллельную широким стенкам, на которой выполнены на ее краях две четвертьволновые возбуждающие щели, при этом все отрезки волновода имеют короткозамкнутые заглушки, установленные в торцевых сечениях каждого отрезка волновода, а узкие стенки и короткозамыкающие заглушки дополнительных отрезков волновода образуют крестообразную щель основного волновода.