АНТЕННА Российский патент 2002 года по МПК H01Q1/38 H01Q13/20 

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным антеннам СВЧ диапазона, и может найти применение как отдельная антенна, так и в составе фазированных антенных решеток для метрологии и систем связи.

Известна антенна (патент Англии 1601441, кл. МКИ Н 01 Q 13/20, НКИ H1Q, 1981 г.), выполненная в виде печатной симметричной щелевой линии, экспоненциально расширяющейся от входной линии передачи к раскрыву. Переход с симметричной щелевой линии на коаксиальную линию осуществляется через микрополосковую линию, установленную ортогонально по отношению к симметричной щелевой линии и расположенную на другой стороне диэлектрической подложки. Для расширения полосы пропускания в боковых кромках экспоненциально расширяющейся поверхности симметричной щелевой линии выполняются прямоугольные вырезы. Недостатком такой антенны является значительная неравномерность характеристики согласования (КСВ) в рабочей полосе частот, значительный уровень кросполяризационной составляющей поля, низкий уровень предельной мощности.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является антенна (заявка ФРГ (DE) OS 3215323, кл. МКИ Н 01 Q 13/06, 13/02, 1983 г.), содержащая две пары одинаковых металлических пластин, расположенных одна над другой и выполненных экспоненциально расширяющимися от отрезка входной линии передачи к раскрыву. Боковые кромки каждой пары металлических пластин, со стороны подключения отрезка входной линии передачи, гальванически соединены между собой перемычками, при этом к одной паре подключен земляной проводник отрезка входной линии передачи, а к другой паре - центральный проводник.

Недостатками известного технического решения являются: высокая неравномерность характеристики согласования (КСВ) в рабочей полосе частот и особенно в области высоких частот, низкий уровень предельной мощности, значительный уровень кросполяризационной составляющей поля, несимметричная конструкция перехода от металлических пластин на отрезок входной линии передачи.

Технической задачей данного изобретения является создание антенны с расширенным диапазоном рабочих частот в область высоких частот, с высоким уровнем согласования во всем рабочем диапазоне частот, с высоким уровнем предельной мощности, с низким уровнем кросполяризационной составляющей поля, с сверхширокополосным переходом от антенны на отрезок входной линии передачи.

Поставленная задача решается тем, что в антенне, содержащей первую и вторую металлические пластины одинаковых размеров, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок входной линии передачи, при этом первая и вторая металлические пластины точками начала первых боковых кромок расположены на первой координатной плоскости, а поверхности первой и второй металлических пластин параллельны и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости соответственно, при этом координатная линия, соответствующая пересечению второй и третьей координатных плоскостей, является продольной осью антенны, а поверхности первой и второй металлических пластин со стороны третьей координатной плоскости в направлении продольной оси антенны от первой координатной поверхности к первой координатной плоскости выполнены расширяющимися по нелинейному закону, описываемому показательной функцией, а точки начала боковой кромки поверхности расширения первой и второй металлических пластин совмещены с третьей координатной плоскостью, причем плоскость симметрии первой металлической пластины совмещена со второй координатной плоскостью, а вторая металлическая пластина установлена с зазором относительно первой металлической пластины, при этом в разрыв между вторыми боковыми кромками поверхностей первой и второй металлических пластин и центральным и земляным проводниками отрезка входной линии передачи соответственно гальванически включены введенные первая и вторая дополнительные металлические пластины соответственно, поверхности каждой из которых установлены параллельно и размещены относительно третьей координатной плоскости в верхней и нижней полуплоскостях второй, причем первые боковые кромки первой и второй дополнительных металлических пластин лежат на одной прямой с третьими боковыми кромками первой и второй металлических пластин, соответственно, дальними по отношению к третьей координатной плоскости, при этом в поверхности второй дополнительной металлической пластины, расположенной в нижней полуплоскости, выполнен вырез в форме усеченного овала Кассини, усечение которого образовано металлической полоской с параллельными боковыми кромками, внешней из которых является первая боковая кромка второй дополнительной металлической пластины, и один конец внутренней боковой кромки усечения расположен на первой координатной поверхности, а ось выреза перпендикулярна третьей координатной плоскости и расположена на второй координатной поверхности, параллельной первой координатной плоскости, при этом форма поверхности второй дополнительной металлической пластины, расположенной в верхней полуплоскости, образована боковой кромкой в форме части усеченного овала Кассини, являющейся зеркальным отображением относительно третьей координатной плоскости выреза на отрезке от другого конца внутренней боковой кромки поверхности усечения до второй координатной поверхности, и боковой кромкой нелинейной формы, соединенными между собой, при этом вторая дополнительная металлическая пластина подключена к земляному проводнику отрезка входной линии передачи, причем форма поверхности первой дополнительной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности до второй координатной поверхности соответствует форме части второй дополнительной металлической пластины, являющейся зеркальным отображением относительно третьей координатной плоскости, которое спроецировано на вторую координатную плоскость, при этом первая дополнительная металлическая пластина на отрезке от второй координатной поверхности до боковой кромки, расположенной на третьей координатной поверхности, выполнена в виде металлической полоски, продольная ось симметрии которой совмещена с продольной осью антенны и к которой подключен центральный проводник отрезка входной линии передачи, при этом введены дополнительно четыре металлические полоски, выполненные одинаковой ширины, причем первая дополнительная металлическая полоска выполнена длиной, равной расстоянию от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности, и толщиной, равной толщине первой дополнительной металлической пластины, вторая дополнительная металлическая полоска выполнена длиной, равной расстоянию от второй координатной поверхности до первой координатной плоскости, и толщиной, равной толщине второй дополнительной металлической пластины, а третья и четвертая дополнительные металлические полоски выполнены длиной, равной расстоянию от первой координатной плоскости до третьей координатной поверхности, при этом толщина третьей дополнительной металлической полоски равна величине зазора между первой и второй металлическими пластинами плюс толщина первой металлической пластины, а толщина четвертой дополнительной металлической полоски равна величине зазора между первой и второй металлическими пластинами, при этом первая дополнительная металлическая полоска подсоединена гальванически и соосно, в плоскости второй координатной поверхности к торцевой боковой кромке усечения первой дополнительной металлической пластины, вторая дополнительная металлическая полоска подсоединена в плоскости второй координатной поверхности гальванически и соосно к торцевой боковой кромке усечения второй дополнительной металлической пластины, третья дополнительная металлическая полоска гальванически установлена на второй и второй дополнительной металлических пластинах между первой координатной плоскостью и третьей координатной поверхностью, причем боковые кромки третьей дополнительной металлической полоски совмещены с боковыми кромками усечения выреза, а четвертая дополнительная металлическая полоска установлена симметрично третьей дополнительной металлической полоске относительно третьей координатной плоскости и гальванически соединяет между собой по всей длине первую металлическую пластину, усечение первой дополнительной металлической пластины, первую дополнительную металлическую полоску с второй дополнительной металлической полоской, с усечением второй дополнительной металлической пластины и с частью второй дополнительной металлической пластины.

Антенна структурно представляет собой две плоскопараллельные металлические пластины, разделенные зазором, которые со стороны внешних боковых кромок, параллельных продольной оси антенны, гальванически соединены между собой. Излучающая часть антенны представляет собой неоднородную, секторного типа, несимметричную щелевую линию (НЩЛ) без перекрытия, которая плавно сужается по нелинейному закону от раскрыва антенны до точки с нулевым перекрытием НЩЛ, когда боковые кромки металлических пластин, образующих НСЩ, находятся друг против друга. От точки с нулевым перекрытием НСЩ, соответствующей началу выполнения поверхностей первой и второй дополнительных металлических пластин в форме овала Кассини до оси овала Кассини происходит модо-импедансное преобразование НЩЛ в двухпроводную полосковую линию (ДПЛ), а от оси овала Кассини до его края происходит преобразование ДПЛ в несимметричную полосковую линию (НПЛ). Овал Кассини представляет собой плоскую кривую 4-го порядка и, например, может быть выполнен в форме эллипсообразного овала или в форме эллипсообразного овала с "талией" (Математическая энциклопедия: Гл. ред. И. М. Виноградов, т.2 Д - Коо. - М.: "Советская Энциклопедия", 1979, стр. 759). В НПЛ первая дополнительная металлическая пластина является полосковым токонесущим проводником, а вторая дополнительная металлическая пластина является земляным проводником, к которым подключается отрезок входной линии передачи (Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ. - М.: Наука. 1985. - 256с.). Таким образом, антенна представляет собой последовательное согласованное, с плавным переходом, соединение трех разнотипных линий передачи: - НЩЛ, без перекрытия от максимального раскрыва до точки с нулевым перекрытием, переход в ДПЛ и затем переход в НПЛ. В переходах различных типов линий передачи происходит одновременно и трансформация импедансов и трансформация типов волн - волны волноводного типа Н₁₀ в НЩЛ в волну квази ТЕМ в ДПЛ и затем в волну квази ТЕМ в НПЛ. Такая конструкция перехода с НЩЛ на НПЛ и гальваническое соединение внешних боковых кромок, параллельных продольной оси антенны, плоскопараллельных первой и второй металлических пластин первой и второй дополнительных металлических пластин антенны дает возможность свести к минимуму условия для возбуждения высших типов волн и поверхностных волн в области, близкой к нулевому перекрытию в НЩЛ и соответственно в ДПЛ и НПЛ, а это позволяет расширить частотный диапазон антенны в область высоких частот с высоким уровнем согласования. Каждая в отдельности НЩЛ, ДПЛ и НПЛ имеет высокий уровень предельной мощности. Используемое последовательное плавное соединение этих типов линий передачи обеспечивает высокий уровень предельной мощности данной антенне. Проводники НЩЛ, ДПЛ и НПЛ могут быть выполнены конечной толщины из металлических пластин и расположены с воздушным заполнением, а также могут быть выполнены на диэлектрической подложке в печатном исполнении.

Антенна может быть выполнена с введением третьей металлической пластины, идентичной второй металлической пластине и идентично соединенной с первой металлической пластиной посредством введенных двух дополнительных контактных металлических полосок, идентичных четвертой дополнительной металлической полоски.

Введение третьей металлической пластины, идентичной второй и соединенной с ней второй дополнительной металлической пластиной, и симметрично ей расположенной относительно первой металлической пластины, соединенной гальванически боковыми кромками, параллельными продольной оси антенны, с первой металлической пластиной создает геометрическую и электрическую симметрию первой металлической пластине. Таким образом структурно антенна представляет собой три плоскопараллельные металлические пластины, разделенные зазором. Излучающая часть антенны представляет собой неоднородную, секторного типа, трехуровневую несимметричную щелевую линию (ТНЩЛ) без перекрытия, которая плавно сужается по нелинейному закону от максимального раскрыва до точки с нулевым перекрытием. От точки с нулевым перекрытием происходит преобразование ТНЩЛ в симметричную полосковую линию (СПЛ), где металлическая полоска первой дополнительной металлической пластины является полосковым токонесущим проводником, а металлические полосы второй дополнительной и третьей металлических пластин являются земляными проводниками СПЛ, которые гальванически соединены и к ним подключается отрезок входной линии передачи. Таким образом антенна представляет собой последовательный импедансно - модовый преобразователь двух разнотипных линий передачи - ТНЩЛ в СПЛ с одновременным преобразованием импедансов и типов волн - волны волноводного типа Н₁₀ в ТНЩЛ в волну ТЕМ в СПЛ. Симметричное расположение первой металлической пластины относительно второй и третьей металлических пластин излучающей части антенны и перехода с ТНЩЛ на СПЛ позволяет свести к минимуму возможность возбуждения высших типов волн и поверхностных волн в области, близкой к нулевому перекрытию в ТНЩЛ и соответственно в переходе на СПЛ, одновременно позволяет значительно уменьшить кроссполяризационную составляющую электрического поля, улучшить согласование в полосе рабочих частот антенны и значительно повысить предельный уровень мощности антенны. Проводники ТНЩЛ и СПЛ могут быть выполнены конечной толщины из металлических пластин и расположены с воздушным заполнением, а также могут быть выполнены на диэлектрических подложках в печатном исполнении.

Антенна из трех металлических пластин по сравнению с антенной из двух металлических пластин имеет значительно более низкий уровень кросполяризационной составляющей электрического поля.

На основе антенны можно создавать одномерные и двумерные сверхширокополосные антенные решетки (АР), как не сканирующие, так и с электромеханическим или электрическим сканированием.

Нелинейный закон расширения поверхности первой, второй и третьей металлических пластин может быть описан функцией y = ax^±m/n, где а - коэффициент, задается действительным числом; m, n - целые положительные простые числа, причем m ≠ n и n > m; x - координата, соответствующая продольной оси антенны (Математическая энциклопедия: Гл. ред. И.М. Виноградов, т.5. Слу - Я - M., "Советская Энциклопедия", 1984. стр.215). Данное уравнение описывает кривую параболического вида, ориентированную вдоль продольной оси антенны и имеет характер вогнутости.

Выполнение поверхности расширения пластин по параболическому закону позволяет выделять поддиапазон частот из диапазона рабочих частот антенны с незначительным изменением ширины ДН и с высоким уровнем согласования.

Нелинейный закон расширения поверхноси первой, второй и третьей металлических пластин может быть описан функцией y = ae^bx+c^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительным числом; x - координата, соответствующая продольной оси антенны (Математическая энциклопедия: Гл. ред. И.М. Виноградов. - М.: Советская Энциклопедия, т.4. Ок - Сло. 1984. стр.390). Данное уравнение описывает кривую экспоненциального вида, ориентированную вдоль продольной оси антенны и имеющую характер выпуклости.

Выполнение поверхности расширения пластин по экспоненциальному закону обеспечивает плавное изменение ширины ДН, за счет плавного изменения размера апертуры, при высоком уровне согласования во всем рабочем диапазоне частот антенны.

На фиг.1 изображена конструкция антенны, состоящая из двух металлических пластин в форме прямоугольника; на фиг.2 - конструкция антенны, состоящая из трех металлических пластин в форме прямоугольника; на фиг.3 - проекция второй металлической пластины на первую металлическую пластину, например, с экспоненциальным законом расширения первой и второй металлических пластин; на фиг. 4 - проекция второй металлической пластины на первую металлическую пластину с законом расширения первой и второй металлических пластин, например, вида y = x^2/3; на фиг.5 - проекция второй металлической пластины на первую металлическую пластину с законом расширения первой и второй металлических пластин, например, вида y = x^1/3; на фиг.6 - пример выполнения овала Кассини в форме усеченного эллипсообразного овала; на фиг.7 - пример выполнения овала Кассини в форме усеченного эллипсообразного овала с "талией"; на фиг. 8 - вид на антенну со стороны апертуры, состоящую из двух металлических пластин; на фиг. 9 - вид на антенну со стороны апертуры, состоящую из трех металлических пластин.

Антенна 1 (фиг.1) содержит первую и вторую металлические пластины 2 и 3 соответственно, одинаковых размеров, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок входной линии передачи 4, при этом первая 2 и вторая 3 металлические пластины точками начала первых боковых кромок 5 и 6 соответственно расположены на первой координатной плоскости 7, а поверхности первой 2 и второй 3 металлических пластин параллельны и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости 9 соответственно, при этом координатная линия, соответствующая пересечению второй 8 и третьей 9 координатных плоскостей, является продольной осью 10 антенны 1, а поверхности первой 2 и второй 3 металлических пластин со стороны третьей координатной плоскости 9 в направлении продольной оси 10 антенны 1 от первой координатной поверхности 13 к первой координатной плоскости 7 выполнены расширяющимися по нелинейному закону, описываемому показательной функцией, а точки начала боковой кромки поверхности расширения первой 2 и второй 3 металлических пластин совмещены с третьей координатной плоскостью 9, причем плоскость симметрии первой металлической пластины 2 совмещена со второй координатной плоскостью 8, а вторая металлическая пластина 3 установлена с зазором 16 относительно первой металлической пластины 2, при этом в разрыв между вторыми боковыми кромками 11 и 12 поверхностей первой 2 и второй 3 металлических пластин и центральным 14 и земляным 15 проводниками отрезка входной линии передачи 4 соответственно гальванически включены введенные первая 17 и вторая 18 дополнительные металлические пластины соответственно, поверхности каждой из которых установлены параллельно и размещены относительно третьей координатной плоскости 9 в верхней и нижней полуплоскостях, причем первые боковые кромки 19 и 20 соответственно первой 17 и второй 18 дополнительных металлических пластин лежат на одной прямой с третьими боковыми кромками 21 и 22 первой 2 и второй 3 металлических пластин, соответственно, дальними по отношению к третьей координатной плоскости 9, при этом в поверхности второй дополнительной металлической пластины 18, расположенной в нижней полуплоскости, выполнен вырез 23 в форме усеченного овала Кассини, например эллипсообразного овала, усечение 24 которого образовано металлической полоской с параллельными боковыми кромками, внешней из которых является первая боковая кромка 20 второй дополнительной металлической пластины 18, и один конец 25 внутренней боковой кромки 26 усечения 24 расположен на первой координатной поверхности 13, а ось 27 выреза 23 перпендикулярна третьей координатной плоскости 9 и расположена на второй координатной поверхности 28, параллельной первой координатной плоскости 7, при этом форма поверхности второй дополнительной металлической пластины 18, расположенной в верхней полуплоскости, образована боковой кромкой в форме части усеченного овала Кассини 29, являющейся зеркальным отображением относительно третьей координатной плоскости 9 выреза 23 на отрезке от другого конца 30 внутренней боковой кромки 26 поверхности усечения 24 до второй координатной поверхности 28, и боковой кромкой нелинейной формы, соединенными между собой, при этом вторая дополнительная металлическая пластина 18 подключена к земляному проводнику 15 отрезка входной линии передачи 4, причем форма поверхности первой дополнительной металлической пластины 17 на отрезке от первой координатной поверхности 13 до второй координатной поверхности 28 соответствует форме части второй дополнительной металлической пластины 18, являющейся зеркальным отображением относительно третьей координатной плоскости 9, которое спроецировано на вторую координатную плоскость 8, при этом первая дополнительная металлическая пластина 17 на отрезке от второй координатной поверхности 28 до боковой кромки 35, расположенной на третьей координатной поверхности 33, выполнена в виде металлической полоски 36, продольная ось симметрии которой совмещена с продольной осью 10 антенны 1 и к которой подключен центральный проводник 14 отрезка входной линии передачи 4, при этом введены дополнительно четыре металлические полоски 37, 38, 39 и 40, выполненные одинаковой ширины, причем первая дополнительная металлическая полоска 37 выполнена длиной, равной расстоянию от второй координатной поверхности 28 до третьей координатной поверхности 33, и толщиной, равной толщине первой дополнительной металлической пластины 17, вторая дополнительная металлическая полоска 38 выполнена длиной, равной расстоянию от второй координатной поверхности 28 до первой координатной плоскости 7, и толщиной, равной толщине второй дополнительной металлической пластины 18, а третья 39 и четвертая 40 дополнительные металлические полоски выполнены длиной, равной расстоянию от первой координатной плоскости 7 до третьей координатной поверхности 33, при этом толщина третьей дополнительной металлической полоски 39 равна величине зазора между первой 2 и второй 3 металлическими пластинами плюс толщина первой металлической пластины 2, а толщина четвертой дополнительной металлической полоски 40 равна величине зазора между первой 2 и второй 3 металлическими пластинами, при этом первая дополнительная металлическая полоска 37 подсоединена гальванически и соосно в плоскости второй координатной поверхности 28 к торцевой боковой кромке усечения 41 первой дополнительной металлической пластины 17, вторая дополнительная металлическая полоска 38 подсоединена в плоскости второй координатной поверхности 28 гальванически и соосно к торцевой боковой кромке усечения 24 второй дополнительной металлической пластины 18, третья дополнительная металлическая полоска 39 гальванически установлена на второй 3 и второй дополнительной 18 металлических пластинах между первой координатной плоскостью 7 и третьей координатной поверхностью 33, причем боковые кромки третьей дополнительной металлической полоски 39 совмещены с боковыми кромками усечения 24 выреза 23, а четвертая дополнительная металлическая полоска 40 установлена симметрично третьей дополнительной металлической полоске 39 относительно третьей координатной плоскости 9 и гальванически соединяет между собой по всей длине первую металлическую пластину 2, усечение 41 первой дополнительной металлической пластины 17, первую дополнительную металлическую полоску 37 с второй дополнительной металлической полоской 38, с усечением второй дополнительной металлической пластины 18 и с частью второй дополнительной металлической пластины 18.

Антенна 1 может быть выполнена с третьей металлической пластиной 42 (фиг. 2), идентичной второй 3 металлической пластине и идентично соединена с первой металлической пластиной 2 посредством введенных двух дополнительных контактных металлических полосок 43 и 44, идентичных четвертой дополнительной металлической полоске 40.

Антенна 1 (по фиг.1 и фиг.2) может быть выполнена с расширением поверхности металлических пластин по нелинейному закону, описываемому функцией y = ax^±m/n (фиг. 4 и 5), где a - числовой коэффициент, задаваемый рациональным числом; m, n - целые положительные простые числа.

Антенна 1 (по фиг. 1 и фиг.2) может быть выполнена с расширением поверхности металлических пластин по нелинейному закону, описываемому функцией y = ae^bx+ce^dx (фиг. 3) где а, b, с, d, - числовые коэффициенты, задаваемые рациональным числом.

Антенна работает следующим образом.

Антенна 1 (фиг. 1) представляет собой неоднородную секторного типа НЩЛ без перекрытия, образованную металлическими пластинами 2 и 3, которые плавно расширяются по нелинейному закону от первой координатной поверхности 13 (точки с нулевым перекрытием) до первой координатной плоскости 7.

В режиме излучения входной СВЧ сигнал через отрезок входной линии передачи 4, например коаксиального типа, поступает в НПЛ, в которой металлическая полоска 36 является полосковым токонесущим проводником, а металлическая полоска 34 является земляным проводником НПЛ соответственно. В НПЛ возбуждается и распространяется квази - ТЕМ волна на отрезке от третьей 33 до второй 28 координатной поверхности. На отрезке от второй 28 до первой 13 координатной поверхности происходит плавный переход от НПЛ в ДПЛ, которая в данной конструкции идентична НЩЛ с перекрытием, с последовательной модо - импедансной трансформацией: квази-ТЕМ волны НПЛ--> в квази -ТЕМ волну ДПЛ--> в волну Н₁₀ НЩЛ. На плавно расширяющемся отрезке НЩЛ, секторного типа, в направлении от первой координатной поверхности 13 до первой координатной плоскости 7 распространяется волна Н₁₀, как описано, например (Janaswamy R, Snaubert D. H. , Radio Science, vol. 21, 5, Sept-Oct 1986, pp. 797-804). Раскрыв сектора НЩЛ на первой координатной плоскости 7 является раскрывом антенны 1, который согласован со свободным пространством. Размер раскрыва определяет максимальную длину волны λ_max рабочего диапазона длин волн антенны 1 и выбирается из условия порядка λ_max/2. Антенна 1 излучает электромагнитные волны линейной поляризации с ориентацией вектора напряженности электрического поля, параллельного первой 2 и второй 3 металлическим пластинам. Минимальная длина волны λ_min рабочего диапазона длин волн антенны 1 определяется сечением НЩЛ, с которого начинается возбуждение паразитных поверхностных волн в области, близкой к точке с нулевым перекрытием НЩЛ.

Один вырез 23 в поверхности второй дополнительной металлической пластины 18 выполняется в форме усеченного овала Кассини, который представляет собой плоскую кривую 4-го порядка и, например, может быть выполнен в форме эллипсообразного овала (фиг.6). Один вырез 23 может быть выполнен также в форме эллипсообразного овала с "талией" (фиг.7) (Математическая энциклопедия: Гл. ред. И. М. Виноградов, т.2 Д - Коо. - М.: "Советская Энциклопедия", 1979, стр. 759).

Длина третьей боковой кромки 21 и 22 соответственно первой 2 и второй 3 металлических пластин определяет диапазонные свойства антенны 1, характеристики диаграммы направленности в диапазоне частот и характеристики согласования в низкочастотной области. Форма овала Кассини и геометрические размеры его поверхности усечения 24 определяют характеристики согласования антенны 1 в коротковолновой области диапазона частот.

Введение в антенну 1 (фиг.2) третьей металлической пластины 42, идентичной второй 3 и соединенной с ней второй дополнительной 18 металлическими пластинами, установленной симметрично относительно первой металлической пластины 2, образует полную геометрическую и электрическую симметрию для первой металлической пластины 2, обеспечивает только один модо-импедансный трансформатор с СПЛ с волной ТЕМ --> в ТНЩЛ с волной Н₁₀. Такая конструкция антенны 1 позволяет уменьшить кросполяризационную составляющую электрического поля волны, распространяющейся в ТНЩЛ, и соответственно волны, излучающейся в свободное пространство.

Антенна 1 (фиг.1 и фиг.2) может быть выполнена с нелинейным законом расширения поверхности первой, второй и третьей металлических пластин, описываемым функцией вида y = ax^±m/n, например, при: а=1, m=2, n=3 (фиг.4) или, например, при: а= 1, m=1, n=2 (фиг.5), что соответствует кривым параболического вида, ориентированным вдоль продольной оси 10 антенны 1, и имеют вогнутый характер.

Антенна 1 (фиг.1 и 2) может быть выполнена с нелинейным законом расширения поверхности первой, второй и третьей металлических пластин, описываемым функцией вида y = ae^bx+ce^dx (фиг.3) например, при: а=0,019, b=0,118, c= 0, d=0 (патент США 5036335, НКИ 343-767, МКИ Н 01 Q 1/38) или, например, а= 0,125, b= 0,052, c= 0, d= 0 (патент Англия 16014416, НКИ H1Q, МКИ Н 01 Q 13/20), что соответствует экспоненциальным кривым, ориентированным вдоль продольной оси 10 антенны 1 и имеющим выпуклый характер.

Изобретение относится к области сверхширокополосных антенн СВЧ-диапазона и может найти применение в составе фазированных антенных решеток систем связи, сверхширокополосной радиолокации и метрологии. Техническим результатом является создание антенны с расширенным диапазоном рабочих частот, с высоким уровнем согласования во всем рабочем диапазоне частот, с высоким уровнем предельной мощности, с низким уровнем кросполяризованной составляющей поля. Антенна содержит первую и вторую металлические пластины, гальванически соединенные с ними первую и вторую дополнительные металлические пластины соответственно и отрезок входной линии передачи, центральный и земляной проводники которого подсоединены к боковым кромкам первой и второй металлических пластин соответственно, первая и вторая металлические пластины, расширяющиеся по нелинейному закону, описываемому показательной функцией, в направлении от отрезка входной линии передачи к первой боковой кромке соответственно. В нижней полуплоскости поверхности второй дополнительной металлической пластины выполнен один вырез в форме усеченного овала Кассини, например эллипсообразного овала, а форма в верхней полуплоскости образована сопряжением усеченного овала Кассини и боковой кромкой поверхности нелинейной формы. Первая дополнительная металлическая пластина выполнена в виде металлической полоски. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Антенна, содержащая первую и вторую металлические пластины одинаковых размеров, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок входной линии передачи, при этом первая и вторая металлические пластины точками начала первых боковых кромок расположены на первой координатной плоскости, а поверхности первой и второй металлических пластин параллельны и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости соответственно, при этом координатная линия, соответствующая пересечению второй и третьей координатных плоскостей, является продольной осью антенны, а поверхности первой и второй металлических пластин со стороны третьей координатной плоскости в направлении продольной оси антенны от первой координатной поверхности к первой координатной плоскости выполнены расширяющимися по нелинейному закону, отличающаяся тем, что плоскость симметрии первой металлической пластины совмещена со второй координатной плоскостью, а вторая металлическая пластина установлена с зазором относительно первой металлической пластины, при этом закон расширения поверхности первой и второй металлических пластин описывается показательной функцией, а точки начала боковой кромки поверхности расширения первой и второй металлических пластин совмещены с третьей координатной плоскостью, при этом в разрыв между вторыми боковыми кромками поверхностей первой и второй металлических пластин и центральным и земляным проводниками отрезка входной линии передачи соответственно гальванически включены введенные первая и вторая дополнительные металлические пластины соответственно, поверхности каждой из которых установлены параллельно и размещены относительно третьей координатной плоскости в верхней и нижней полуплоскостях, причем первые боковые кромки первой и второй дополнительных металлических пластин лежат на одной прямой с третьими боковыми кромками первой и второй металлических пластин соответственно, дальними по отношению к третьей координатной плоскости, при этом в поверхности второй дополнительной металлической пластины, расположенной в нижней полуплоскости, выполнен вырез в форме усеченного овала Кассини, усечение которого образовано металлической полоской с параллельными боковыми кромками, внешней из которых является первая боковая кромка второй дополнительной металлической пластины, и один конец внутренней боковой кромки усечения расположен на первой координатной поверхности, а ось выреза перпендикулярна третьей координатной плоскости и расположена на второй координатной поверхности, параллельной первой координатной плоскости, при этом форма поверхности второй дополнительной металлической пластины, расположенной в верхней полуплоскости, образована боковой кромкой в форме части усеченного овала Кассини, являющейся зеркальным отображением относительно третьей координатной плоскости выреза на отрезке от другого конца внутренней боковой кромки поверхности усечения до второй координатной поверхности, и боковой кромкой нелинейной формы, соединенными между собой, при этом вторая дополнительная металлическая пластина подключена к земляному проводнику отрезка входной линии передачи, причем форма поверхности первой дополнительной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности до второй координатной поверхности соответствует форме части второй дополнительной металлической пластины, являющейся зеркальным отображением относительно третьей координатной плоскости, которое спроецировано на вторую координатную плоскость, при этом первая дополнительная металлическая пластина на отрезке от второй координатной поверхности, до боковой кромки, расположенной на третьей координатной поверхности, выполнена в виде металлической полоски, продольная ось симметрии которой совмещена с продольной осью антенны, и к которой подключен центральный проводник отрезка входной линии передачи, при этом введены дополнительно четыре металлические полоски, выполненные одинаковой ширины, причем первая дополнительная металлическая полоска выполнена длинной, равной расстоянию от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности, и толщиной, равной толщине первой дополнительной металлической пластины, вторая дополнительная металлическая полоска выполнена длиной, равной расстоянию от второй координатной поверхности до первой координатной плоскости, и толщиной, равной толщине второй дополнительной металлической пластины, а третья и четвертая дополнительные металлические полоски выполнены длиной, равной расстоянию от первой координатной плоскости до третьей координатной поверхности, при этом толщина третьей дополнительной металлической полоски равна величине зазора между первой и второй металлическими пластинами плюс толщина первой металлической пластины, а толщина четвертой дополнительной металлической полоски равна величине зазора между первой и второй металлическими пластинами, при этом первая дополнительная металлическая полоска подсоединена гальванически и соосно в плоскости второй координатной поверхности к торцевой боковой кромке усечения первой дополнительной металлической пластины, вторая дополнительная металлическая полоска подсоединена в плоскости второй координатной поверхности гальванически и соосно к торцевой боковой кромке усечения второй дополнительной металлической пластины, третья дополнительная металлическая полоска гальванически установлена на второй и второй дополнительной металлических пластинах между первой координатной плоскостью и третьей координатной поверхностью, причем боковые кромки третьей дополнительной металлической полоски совмещены с боковыми кромками усечения выреза, а четвертая дополнительная металлическая полоска установлена симметрично третьей дополнительной металлической полоске относительно третьей координатной плоскости и гальванически соединяет между собой по всей длине первую металлическую пластину, усечение первой дополнительной металлической пластины, первую дополнительную металлическую полоску с второй дополнительной металлической полоской, с усечением второй дополнительной металлической пластины и с частью второй дополнительной металлической пластины. 2. Антенна по п. 1, отличающаяся тем, что введена третья металлическая пластина, идентичная второй металлической пластине и идентично соединенная с первой металлической пластиной посредством введенных двух дополнительных контактных металлических полосок, идентичных четвертой дополнительной металлической полоске. 3. Антенна по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что нелинейный закон расширения поверхностей первой и второй металлических пластин описывается функцией y = ax^±m/n, где а - коэффициент, задается действительным числом; m, n - целые положительные простые числа; x - координата, соответствующая продольной оси антенны. 4. Антенна по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что нелинейный закон расширения поверхности первой и второй металлических пластин описывается функцией y= ae^bx+се^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами; х - координата, соответствующая продольной оси антенны. 5. Антенна по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что один вырез выполнен в форме усеченного эллипсообразного овала. 6. Антенна по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что один вырез выполнен в форме усеченного эллипсообразного овала с "талией".