ВИБРАТОРНАЯ РЕШЕТКА Российский патент 1998 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике.

Известны антенные решетки, составленные из вибраторов и возбуждаемые с помощью системы согласующе-распределительных линий [1-3]. Известны волноводно-щелевые антенные решетки, представляющие собой протяженный волновод, в одной из стенок которого соответствующим образом прорезаны щели, которые создают решетку, формирующую диаграмму направленности в направлении, перпендикулярном волноводу (аналог) [3, 4]. Указанные традиционные построения антенных решеток имеют ряд недостатков, которые особенно сильно проявляются в случае их применения в СМ и ММ диапазонах волн. Применение волноводно-щелевых антенных решеток встречает ряд трудностей: сложность изготовления, относительно узкая рабочая полоса частот, изменение режима излучения в случае необходимости, например, при смене поляризации излученного или принимаемого поля. Наличие распределительно-согласующих цепей в вибраторных антенных решетках приводит к их усложнению и делает малопригодными в области СМ и ММ диапазонов.

Существуют антенные решетки, построенные на основе микрополосковых (ленточных) линий передачи электромагнитной энергии, где используются в качестве элементарных излучателей плоские полуволновые вибраторы, расположенные по определенному закону вдоль ленточной линии передачи и возбуждаемые за счет электромагнитной связи между излучателем и ленточной линией передачи (прототип [6] ). Изменением расположения излучающих элементов относительно ленточной линии передачи можно варьировать связь антенной решетки с питающей линией, а также получать различные виды поляризации.

Построение антенных решеток на основе микрополосковых линий передачи связано с учетом многочисленных факторов, влияющих на их характеристики излучения. К ним относятся: выбор материала подложки, диэлектрическая проницаемость которой изменяется в условиях перепада температуры, влажности, изменения частоты, следует учитывать механическую прочность, устойчивость к химическим и другим воздействиям и т.д. Также следует учитывать возможность паразитного излучения за счет появления поверхностных волн в подложке. Кроме того, расположение излучающих элементов имеет достаточно ограниченную степень свободы.

Предлагаемое изобретение свободно от указанных недостатков. Сущность его состоит в том, что около однопроводной линии передачи (ОЛП) (линия Губо) размещают соответствующим образом группы вибраторов, возбуждение которых осуществляется ее полем. Конфигурацию антенной решетки можно реализовать печатным способом, а степень связи вибраторов с однопроводной линией передачи осуществлять изменением расстояния между ОЛП и вибраторами. Таким образом, возбуждение вибраторов электромагнитным полем однопроводной линии передачи дает возможность получить диаграмму направленности не только за счет возбуждения совокупности вибраторов вдоль однопроводной линии передачи, но и путем фокусировки вдоль линии излучения.

Чертеж иллюстрирует предлагаемое изобретение. Вдоль однопроводной линии передачи 1, возбуждаемой коаксиальными рупорами 2 и нагруженной на согласованную нагрузку 3, группами установлены вибраторы 4 по обе стороны линии. Оптимальное расстояние между вибраторами в группе составляет одну длину волны, а расстояние между вибраторами в группах - половину длины волны. На фиг. 1а приведен вариант вибраторной решетки с поляризацией, перпендикулярной оси однопроводной линии. На фиг.1 б представлены варианты включения вибраторов, излучающих поле с круговой поляризацией. При этом варианты (сплошная и пунктирная линии) идентичны друг другу и позволяют получить круговую поляризацию поля. На фиг. 1в представлены варианты из двух ортогональных пар вибраторов. В случае расположения пар симметрично однопроводной линии достигается линейная поляризация с вектором электрического поля, параллельным оси провода (данный вариант соответствует сплошным линиям), и при смещении пар вдоль провода на половину длину волны (вариант представлен пунктирными линиями) позволяет изменить поляризацию вектора электрического поля на перпендикулярную первой.

Вибраторная решетка, представленная на чертеже, работает следующим образом. Известно, в однопроводной линии передачи при распространении квази ТЕМ-волны 90% энергии распространяется около провода. Структура электромагнитного поля имеет круговую симметрию вектора напряженности электрического поля относительно провода, периодически изменяющуюся вдоль однопроводной линии и во времени. Расстояние между сечениями со сходящимися и расходящимися линиями E равно половине длины волны в однопроводной линии [7]. В этой связи вибратор, помещенный в поле однопроводной линии передачи перпендикулярно проводу или под углом 45 ^oили другим несимметричным способом относительно нее, эффективно возбуждается, т.к. его концы оказываются под разными потенциалами.

Следует подчеркнуть, что на фиг.1а представлен вариант антенной решетки, составленной из оптимально возбуждаемых вибраторов. В вариантах антенных решеток, построенных на основе пар ортогональных вибраторов, учтена структура поля и условие получения круговой поляризации: поля ортогональных вибраторов должны быть сдвинуты во времени на 90^o.

Литература:
1. Антенные решетки. Методы расчета и проектирование. Под общей ред. Бененсона Л.С. - М.: Сов.радио, 1966, 368 с.

2. Христиансен У., Хегбом И. Радиотелескопы. - М.: Мир, 1988, 304 с.

3. Конструирование и расчет полосковых устройств./Под ред. Ковалева И.С. - М.: Сов.радио, 1974, 296 с.

4. Антенны и устройства СВЧ. Под ред. Воскресенского Д.И. - М.: Радио и связь, 1981, 432 с.

5. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. - М.: Энергия, 1975, 528 с.

6. Нефедов Е.И., Козловский В.В., Згурский А.В. Микрополосковые излучающие и резонансные устройства. - Киев: Тэхника, 1990, 160 с.

7. Ефимов И.Е. Радиочастотные линии передачи. - М.: Сов.радио, 1964, 600 с.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к антенной технике. Предлагается антенная решетка из вибраторов, которые возбуждаются открытой однопроводной линией передачи с различными режимами излучения. Достигается исключением распределительно-согласующих линий для возбуждения вибраторов и металлического волновода, функции которого выполняет однопроводная линия передачи. В отличие от волноводно-щелевой решетки в предлагаемом решении возможно применение прогрессивной технологии изготовления печатных плат вместо механообработки. Предполагается использование данного решения при разработке антенн радиолокационной станции сантиметрового и миллиметрового диапазонов. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Вибраторная решетка, содержащая линию передачи и вибраторы, возбуждаемые ее электромагнитным полем, отличающаяся тем, что используют однопроводную линию передачи, в электромагнитном поле который по обе стороны провода однопроводной линии передачи расположены вибраторы. 2. Решетка по п. 1, отличающаяся тем, что для получения оптимального сложения электромагнитного поля линейной поляризации, перпендикулярной проводу, вибраторы расположены перпендикулярно проводу на расстоянии длины волны в однопроводной линии передачи один от другого с обеих сторон провода со сдвигом групп вдоль провода одна от другой на половину длины волны в однопродольной линии передачи. 3. Решетка по п. 1, отличающаяся тем, что для получения параллельной проводу поляризации вибраторы расположены наклонно и симметрично относительно провода. 4. Решетка по п. 1, отличающаяся тем, что для оптимального сложения электромагнитного поля круговой поляризации вибраторы попарно перпендикулярны друг другу и симметричны относительно провода, причем ближние к проводу концы вибраторов разнесены на четверть длины волны в однопроводной линии передачи.