АНТЕННА Российский патент 2003 года по МПК H01Q1/38 H01Q13/20 

Данное 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, систем связи, радиодефектоскопии и радиоконтроля.

Известна антенна (патент Англии 1601441, кл. МКИ Н 01 Q 13/20, НКИ H1Q, 1981г. ), 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 кроссполяризационной 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, 1983г.), содержащая две пары одинаковых металлических пластин, расположенных одна над другой и выполненных экспоненциально расширяющимися от отрезка входной линии передачи к раскрыву антенны. Боковые кромки каждой пары металлических пластин, со стороны подключения отрезка входной линии передачи, гальванически соединены между собой перемычками, при этом к одной паре соединенных металлических пластин подключен земляной проводник отрезка входной линии передачи, а к другой паре - центральный проводник.

Недостатками известного технического решения являются высокий уровень неравномерности характеристики согласования (КСВН) в рабочей полосе частот, низкий уровень предельной мощности в области высоких частот, значительный уровень кроссполяризационной составляющей поля, несимметричная конструкция перехода от антенны на отрезок входной линии передачи.

Технической задачей данного изобретения является создание антенны с высоким уровнем согласования во всем рабочем диапазоне частот, с высоким уровнем предельной мощности, с низким уровнем кроссполяризационной составляющей поля, с симметричной конструкцией перехода от антенны на отрезок входной линии передачи.

Поставленная задача решается тем, что в антенне, содержащей первую и вторую основные металлические пластины одинаковых размеров, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок входной линии передачи, при этом первая и вторая основные металлические пластины точками окончания первых боковых кромок расположены на первой координатной плоскости, а поверхности первой и второй основных металлических пластин параллельны второй координатной плоскости 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 основных 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 первой боковой кромки поверхности расширения первой и второй основных металлических пластин соответственно расположены на прямой пересечения третьей координатной плоскости с первой координатной поверхностью, причем плоскость симметрии первой основной металлической пластины совмещена со второй координатной плоскостью, а вторая основная металлическая пластина установлена с зазором относительно первой основной металлической пластины, при этом к первой и второй основным металлическим пластинам в плоскости первой координатной поверхности гальванически подключены введенные первая и вторая дополнительные металлические пластины соответственно, поверхности каждой из которых установлены параллельно второй координатной плоскости и размещены относительно третьей координатной плоскости в верхней и нижней полуплоскостях, и к ним подключены центральный и земляной проводники отрезка входной линии передачи соответственно, расположенные на третьей координатной поверхности, параллельной первой координатной плоскости, причем внешние боковые кромки первой и второй основных металлических пластин и внешние боковые кромки первой и второй дополнительных металлических пластин соответственно, дальние по отношению к третьей координатной плоскости, лежат на одной прямой соответственно, а продолжение каждой из прямых, в направлении от первой координатной плоскости к первой координатной поверхности, до точки пересечения с третьей координатной плоскостью образует с ней острый угол, причем в поверхности второй дополнительной металлической пластины, расположенной в верхней полуплоскости, выполнен вырез в форме усеченного овала Кассини, усечение которого образовано металлической полоской второй дополнительной металлической пластины, при этом внешней боковой кромкой металлической полоски усечения является внешняя боковая кромка второй дополнительной металлической пластины, а ось выреза перпендикулярна третьей координатной плоскости и расположена на второй координатной поверхности, параллельной первой координатной плоскости, а поверхность второй дополнительной металлической пластины, расположенной в нижней полуплоскости, на интервале между второй и третьей координатными поверхностями, выполнена в форме, являющейся зеркальным отображением второй дополнительной металлической пластины относительно третьей координатной плоскости, а на интервале от второй координатной поверхности до первой координатной поверхности вторая дополнительная металлическая пластина выполнена с боковой кромкой нелинейной формы, соединяющей между собой боковую кромку выреза с точкой начала боковой кромки поверхности расширения, расположенной на первой координатной поверхности. При этом форма поверхности первой дополнительной металлической пластины, расположенной в нижней полуплоскости, на отрезке от первой координатной поверхности до второй координатной поверхности соответствует форме второй дополнительной металлической пластины в верхней полуплоскости на этом же отрезке, являющейся зеркальным отображением относительно третьей координатной плоскости, которое спроецировано на вторую координатную плоскость расположения первой дополнительной металлической пластины, а на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности первая дополнительная металлическая пластина выполнена в виде металлической полоски, продольная ось симметрии которой совмещена с продольной осью антенны и к которой со стороны третьей координатной поверхности подключен центральный проводник отрезка входной линии передачи, при этом введены четыре дополнительные металлические полоски, выполненные одинаковой ширины, равной ширине металлической полоски усечения второй дополнительной металлической пластины, 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 основными металлическими пластинами плюс толщина первой основной металлической пластины, а толщина четвертой дополнительной металлической полоски равна величине зазора между первой и второй основными металлическими пластинами. Причем первая дополнительная металлическая полоска соединена в плоскости второй координатной поверхности соосно и гальванически с металлической полоской усечения первой дополнительной металлической пластины, вторая дополнительная металлическая полоска соединена в плоскости второй координатной поверхности соосно и гальванически с металлической полоской усечения второй дополнительной металлической пластины, третья дополнительная металлическая полоска установлена между первой координатной плоскостью и третьей координатной поверхностью гальванически на второй основной и дополнительной металлических пластинах, причем боковые кромки третьей дополнительной металлической полоски совмещены с соответствующими боковыми кромками металлической полоски усечения второй дополнительной металлической пластины, а четвертая дополнительная металлическая полоска установлена симметрично третьей дополнительной металлической полоски относительно третьей координатной плоскости.

Антенна структурно представляет собой две плоскопараллельные металлические пластины, разделенные зазором, внешние боковые кромки которых попарно через соответствующие дополнительные металлические полоски гальванически соединены между собой, а продолжение прямых, соответствующих внешним боковым кромкам основной и дополнительной первой и второй металлических пластин, в направлении от первой координатной плоскости к третьей координатной поверхности до точки пересечения с продольной осью антенны за пределами третьей коодинатной плоскости образует с ней острый угол. В этом случае профиль антенны в плоскости третьей координатной плоскости, ограниченный первой координатной плоскостью, третьей координатной поверхностью и прямыми, соответствующие внешним боковым кромкам основной и дополнительной первой и второй металлических пластин соответственно верхней и нижней полуплоскости, представляет собой трапецеидальную форму.

Излучающая часть антенны представляет собой двухуровневую, неоднородную, секторного типа несимметричную щелевую линии (ДНЩЛ) без перекрытия, которая сужается по нелинейному закону от раскрыва антенны (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием ДНЩЛ (первая координатная поверхность), когда боковые кромки основных металлических пластин, образующих ДНЩЛ, находятся друг против друга. От точки с нулевым перекрытием ДНЩЛ, соответствующей началу выполнения поверхностей первой и второй дополнительных металлических пластин с вырезом в форме усеченного овала Кассини, и до оси выреза происходит модоимпедансное преобразование ДНЩЛ в двухпроводную полосковую линию (ДПЛ), а от оси выреза до его края происходит преобразование ДПЛ в несимметричную полосковую линию (НПЛ). Овал Кассини представляет собой плоскую кривую 4-ого 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 отрезке НПЛ первая дополнительная металлическая пластина является полосковым токонесущим проводником, а вторая дополнительная металлическая пластина является земляным проводником, к которым соответственно в плоскости третьей координатной поверхности подключается отрезок входной линии передачи. Таким образом, антенна представляет собой последовательное согласованное соединение трех разнотипных полосковых линий (ПЛ) передачи - ДНЩЛ без перекрытия, от максимального раскрыва (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность) переходит в ДПЛ и затем переходит в НПЛ. В переходах различных типов ПЛ передачи происходит одновременно и трансформация типов волн - волны волноводного типа Н₁₀ в ДНЩЛ в волну квази ТЕМ в ДПЛ и затем в волну квази ТЕМ в НПЛ и соответственно трансформация импедансов. Такая конструкция перехода с ДНЩЛ на НПЛ и гальваническое соединение внешних боковых первой и второй основных металлических пластин и первой и второй дополнительных металлических пластин антенны через соответствующие дополнительные металлические полоски дает возможность свести к минимуму условия для возбуждения высших типов волн и поверхностных волн в области нулевого перекрытия в ДНЩЛ и соответственно в ДПЛ и НПЛ, что позволяет расширить частотный диапазон антенны в область высоких частот с высоким уровнем согласования. Каждая в отдельности ДНЩЛ, ДПЛ и НПЛ имеет высокий уровень предельной мощности, поэтому используемое последовательное согласованное соединение позволяет обеспечить высокий уровень предельной мощности антенны в диапазоне рабочих частот. Проводники ДНЩЛ, ДПЛ и НПЛ могут быть выполнены конечной толщины из металлических пластин и расположены с воздушным заполнением, с диэлектрическим заполнением, а также могут быть выполнены на диэлектрической подложки в печатном исполнении (Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ. - М.: Наука. 1985. - 256с.).

Антенна может быть выполнена с введением третьей металлической пластины, идентичной второй основной и соединенной с ней второй дополнительной металлическим пластинам, продольная ось симметрии которой расположена на третьей координатной плоскости, при этом третья металлическая пластина установлена симметрично второй основной и соединенной с ней второй дополнительной металлическим пластинам относительно второй координатной плоскости, при этом введены две дополнительные контактные металлические полоски, идентичные третьей дополнительной металлической полоске, причем первая и вторая дополнительные контактные металлические полоски одной поверхностью гальванически установлены на поверхность третьей металлической пластины симметрично третьей и четвертой дополнительным металлическим полоскам относительно второй координатной плоскости соответственно, а другой поверхностью, противоположной одной поверхности, первая и вторая дополнительные контактные металлические полоски по всей длине гальванически соединены с соответствующими поверхностями первой основной и соединенной с ней первой дополнительной металлическими пластинами и с соответствующей поверхностью четвертой дополнительной металлической полоски соответственно, при этом величина зазора между поверхностями первой и второй металлическими пластинами равна величине зазора между поверхностями первой и третьей металлическими пластинами.

Введение третьей металлической пластины, расположенной симметрично второй основной и второй дополнительной металлическим пластинам относительно первой основной и первой дополнительной металлическим пластинам и соединенной гальванически через дополнительные контактные металлические полоски с первой основной и первой дополнительной металлическими пластинами и соединенной с ней первой дополнительной металлической полоской создает полную геометрическую и электрическую симметрию первой основной и первой дополнительной металлическим пластинам.

Таким образом, структурно антенна представляет собой три плоскопараллельные металлические пластины, разделенные одинаковыми зазорами. Излучающая часть антенны представляет собой неоднородную, секторного типа, трехуровневую несимметричную щелевую линию (ТНЩЛ) без перекрытия, которая плавно сужается по нелинейному закону от максимального раскрыва (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность). 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 вторая дополнительная и третья металлические пластины являются земляными проводниками СПЛ, и к ним на третьей координатной плоскости подключен отрезок входной линии передачи. Таким образом, антенна представляет собой последовательный импедансно-модовый трансформатор двух разнотипных линий передачи - ТНЩЛ в СПЛ с одновременной трансформацией импедансов и типов волн - волны волноводного типа Н₁₀ в ТНЩЛ в волну ТЕМ в СПЛ. Симметричное расположение первой основной и дополнительной металлических пластин относительно второй основной и дополнительной и третьей металлических пластин позволяет уменьшить кроссполяризационную составляющую электрического поля в излучающей части антенны, а в области перехода с ТНЩЛ на СПЛ свести к минимуму возможность возбуждения высших типов волн и поверхностных волн в области нулевого перекрытия ТНЩЛ и соответственно в области перехода на СПЛ, что позволяет значительно улучшить согласование в полосе рабочих частот антенны и повысить предельный уровень мощности антенны. Проводники ТНЩЛ и СПЛ могут быть выполнены конечной толщины из металлических пластин и расположены с воздушным заполнением, с диэлектрическим заполнением в области зазора, а также могут быть выполнены на диэлектрических подложках в печатном исполнении.

Антенна может быть выполнена с введением третьей металлической пластины, идентичной второй основной и второй дополнительной металлическим пластинам и установленной второй дополнительной металлической полоске, и введением четвертой металлической пластины, идентичной первой основной и первой дополнительной металлическим пластинам и установленной первой дополнительной металлической полоске, причем третья и четвертая металлические пластины размещены параллельно второй координатной плоскости, при этом четвертая металлическая пластина одной плоскостью установлена со стороны первой основной и первой дополнительной металлических пластин, противоположной стороне установки второй основной и второй дополнительной металлических пластин, на расстоянии d, причем четвертая металлическая пластина идентично второй основной и второй дополнительной металлическим пластинам и установленной второй дополнительной металлической полоске соединена с первой основной и первой дополнительной металлическими пластинами и установленной первой дополнительной металлической полоской посредством введенных первой и второй симметрирующих металлических полосок, идентичных по длине и ширине третьей и четвертой дополнительным металлическим полоскам соответственно, при этом толщина первой симметрирующей металлической полоски равна расстоянию d между первой основной и четвертой металлическими пластинами, а толщина второй симметрирующей металлической полоски равна расстоянию d между первой основной и четвертой металлическими пластинами плюс толщина четвертой металлической пластины, причем металлическая полоска первой дополнительной металлической пластины и металлическая полоска четвертой металлической пластины гальванически соединены между собой на третьей координатной поверхности. При этом со стороны другой плоскости четвертой металлической пластины установлена третья металлическая пластина, размещенная на расстоянии, равном величине зазора между первой и второй основными металлическими пластинами, и идентично второй основной и второй дополнительной металлическим пластинам и установленной второй дополнительной металлической полоске, соединена с четвертой металлической пластиной посредством введенных третьей и четвертой симметрирующих металлических полосок, идентичных третьей дополнительной металлической полоске.

Введение четвертой и третьей металлических пластин в совокупности с первой и второй основными металлическими пластинами образует четырехуровневую плоскопараллельную структуру, обладающую полной геометрической симметрией относительно координатной поверхности, проходящей посередине между первой основной и четвертой металлическими пластинами, параллельной второй координатной плоскости. Гальваническое соединение металлической полоски первой дополнительной металлической пластины и четвертой металлической пластины на третьей координатной поверхности и подключение в место соединения центрального проводника отрезка входной линии передачи обеспечивает металлическим пластинам одинаковые потенциалы, что эквивалентно размещению между ними магнитной стенки.

Таким образом, полная структура антенны - это четыре плоскопараллельные металлические пластины, разделенные в плоскости d/2 магнитной стенкой, а излучающими являются две пары пластин: одна пара - первая основная и первая дополнительная металлические пластины; вторая пара - четвертая и третья металлические пластины, причем для выполнения электрической симметрии парных пластин необходимо выбирать размер d равным 2S. Таким образом, излучающая часть антенны представляет собой две идентичные структуры, разделенные между собой магнитной стенкой, а каждая структура представляет собой ДНЩЛ, аналогичную структуре антенны п.1 формулы изобретения в точке с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность). От точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность) происходит преобразование двух ДНЩЛ в структуру высокодобротной полосковой линии (ВДПЛ) в режиме четного возбуждения (Е.И. Нефедов, В.В. Козловский, А.В. Згурский. Микрополосковые излучающие и резонансные устройства. - К.: Тэхника, 1990. - 160 с.). Таким образом, антенна представляет собой последовательный импедансно-модовый трансформатор двух разнотипных линий передачи - двух ДНЩЛ в ВПЛ с одновременной трансформацией импедансов и типов волн - волны волноводного типа Н₁₀ в ДНЩЛ в четного режима волны ТЕМ в ДПЛ. (К. Гупта, Р. Гардж, Р. Чадха. Машинное проектирование СВЧ-устройств. Пер. с англ. под ред. В.Г. Шейнкмана. М.: Радио и Связь. 1987, 429 с.) Двойная структура излучающей части антенны позволяет уменьшить кроссполяризационную составляющую электрического поля, а в области перехода с двух ДНЩЛ - на четного режима возбуждения ДПЛ - свести к минимуму возможность возбуждения высших типов волн и поверхностных волн в области нулевого перекрытия ДНЩЛ и соответственно в области перехода на ДПЛ, что позволяет значительно улучшить согласование в полосе рабочих частот антенны и повысить предельный уровень мощности антенны, а в ДПЛ уменьшить прямые потери тракта. Проводники ДНЩЛ и ДПЛ могут быть выполнены конечной толщины из металлических пластин и расположены с воздушным заполнением, с диэлектрическим заполнением в области зазоров S и между первой основной и четвертой металлическими пластинами, а также могут быть выполнены на диэлектрических подложках в печатном исполнении.

Нелинейный закон расширения поверхности металлических пластин может быть описан функцией y = ax^±m/n, где а - коэффициент, задается действительным числом; m, n - целые положительные взаимно простые числа, причем m≠n и n>m; х - 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 имеющую характер вогнутости.

Выполнение паверхности расширения металлических пластин по параболическому закону позволяет выделять поддиапазон частот из диапазона рабочих частот антенны с незначительным изменением ширины ДН, высоким уровнем согласования и низким уровнем кроссполяризационной составляющей электрического поля.

Нелинейный закон расширения поверхноси металлических пластин может быть описан функцией y=ae^bx+с^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительным числом; х - координата, соответствующая продольной оси антенны (Математическая энциклопедия: Гл. ред. И. М. Виноградов. - M.: 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 металлических пластин по экспоненциальному закону обеспечивает плавное изменение ширины ДН за счет плавного изменения размера апертуры, при высоком уровне согласования во всем диапазоне рабочих частот антенны и низком уровне кроссполяризационной составляющей электрического поля.

Введение систем директорных металлических излучателей внутри апертуры, т. е. в области поверхностей расширения металлических пластин или перед апертурой позволяет формировать остронаправленные ДН в определенных поддиапазонах рабочих частот антенны. Причем системы директорных излучателей, в зависимости от конструктивного выполнения структуры антенны, могут быть выполнены в отдельном конструктиве, что позволяет сделать их съемными. Системы директорных излучателей могут выполняться в печатном исполнении.

Заполнение зазоров между металлическими пластинами антенны диэлектрическим материалом, например диэлектрическими пластинами, в различных комбинационных сочетаниях относительной диэлектрической проницаемости, т.е. многослойные с послойно неоднородным диэлектрическим заполнением, а также размещение диэлектрических пластин с внешней стороны металлических пластин антенны позволяет улучшить согласование, уменьшить продольные и поперечные геометрические размеры антенны, обеспечить жесткость конструкции при механических воздействиях. Диэлектрические пластины с внешней стороны металлических пластин могут выполнять роль защитного покрытия (обтекателя) от внешних климатических воздействий при использовании на открытом пространстве.

Размещение с каждой стороны одной и другой внешних боковых кромок металлических пластин антенны металлического экрана соответственно, например, в форме трапеции, установив их перпендикулярно второй координатной плоскости, причем продольная ось каждого металлического экрана расположена на второй координатной плоскости, образуя тем самым рупор без боковых стенок, позволяет сузить ДН антенны в Н плоскости, уменьшить уровень боковых лепестков.

Размещение металлических пластин антенны в четыре металлических экрана, каждый из которых выполнен трапецеидальной формы и соединен в рупор, причем два противоположных друг другу металлических экрана перпендикулярны второй координатной плоскости и продольная ось каждого из них расположена на второй координатной плоскости, позволяет сузить ДН антенны в Е и Н плоскостях, уменьшить уровень боковых лепестков в обеих плоскостях, корректировать фазовый фронт волны, повысить коэффициент усиления (КУ) антенны.

Торцевая сторона металлических экранов со стороны третьей координатной поверхности может быть закрыта дополнительным металлическим экраном, что позволяет свести к минимому уровень обратного излучения антенны.

Выполнение одних вырезов в металлических пластинах антенны в форме усеченного эллипсообразного овала Кассини или эллипсообразного овала Кассини с "талией" позволят варьировать уровнем согласования антенны.

На фиг.1 изображена конструкция антенны, состоящая из двух металлических пластин; на фиг. 2 - конструкция антенны, состоящая из трех металлических пластин; на фиг.3 - конструкция антенны, состоящая из четырех металлических пластин; на фиг.4 - общий вид антенны, состоящей из двух металлических пластин; на фиг.5 - общий вид антенны, состоящей из трех металлических пластин; на фиг. 6 - проекция второй металлической пластины на первую металлическую пластину, например, с экспоненциальным законом расширения первой и второй металлических пластин; на фиг.7 - проекция второй металлической пластины на первую металлическую пластину с законом расширения первой и второй металлических пластин, например, вида у=х^2/3; на фиг.8 - проекция второй металлической пластины на первую металлическую пластину с законом расширения первой и второй металлических пластин, например, вида у=х^1/3; на фиг.9 - пример установки системы директорных излучателей перед апертурой антенны с экспоненциальным законом расширения металлических пластин; на фиг.10 - пример установки системы директорных излучателей перед апертурой антенны с законом расширения у=x^2/3 металлических пластин; на фиг.11 - пример установки системы директорных излучателей перед апертурой антенны с законом расширения металлических пластин у=х^1/3; на фиг.12 - пример установки системы директорных излучателей внутри апертуры антенны с экспоненциальным законом расширения металлических пластин; на фиг.13 - пример установки системы директорных излучателей внутри апертуры антенны с законом расширения у=х^2/3 металлических пластин; на фиг.14 - пример установки системы директорных излучателей внутри апертуры антенны с законом расширения металлических пластин у=х^1/3; на фиг. 15 - вид на антенну, состоящую из двух металлических пластин, со стороны апертуры; на фиг.16 - вид на антенну, состоящую из трех металлических пластин, со стороны апертуры; на фиг.17 - вид на антенну, состоящую из четырех металлических пластин, со стороны апертуры; на фиг.18 - вид на антенну, состоящую из трех металлических пластин с двумя металлическими экранами; на фиг. 19 - вид на антенну, состоящую из трех металлических пластин с четырьмя металлическими экранами; на фиг.20 - пример установки одной системы директорных излучателей перед апертурой антенны, состоящей из трех металлических пластин; на фиг. 21 - пример установки двух систем директорных излучателей перед апертурой антенны, состоящей из четырех металлических пластин; на фиг. 22 - пример выполнения овала Кассини в форме усеченного эллипсообразного овала; на фиг.23 - пример выполнения овала Кассини в форме усеченного эллипсообразного овала с "талией"; на фиг.24 - конструкция кольцевой антенной решетки, состоящей, например, из восьми антенн; на фиг.25 - схематически показаны продолжение за пределы антенны и точка пересечения одной и другой прямых с третьей координатной плоскостью.

Антенна 1 (фиг. 1) содержит первую 2 и вторую 3 основные металлические пластины одинаковых размеров, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок входной линии передачи 4, при этом первая 2 и вторая 3 основные металлические пластины точками окончания первых боковых кромок 5 и 6 соответственно расположены на первой координатной плоскости 7, а поверхности первой 2 и второй 3 основных металлических пластин параллельны второй координатной плоскости 8 и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости 9 соответственно, при этом координатная линия 10, соответствующая пересечению второй 8 и третьей 9 координатных плоскостей, является продольной осью антенны 1, а поверхности первой 2 и второй 3 основных металлических пластин со стороны третьей координатной плоскости 9 в направлении продольной оси 10 антенны 1 от первой координатной поверхности 11 к первой координатной плоскости 7 выполнены расширяющимися по нелинейному закону, описываемому показательной функцией, а точки начала первых боковых кромок 5 и 6 поверхности расширения первой 2 и второй 3 основных металлических пластин соответственно расположены на прямой пересечения третьей координатной плоскости 9 с первой координатной поверхностью 11, причем плоскость симметрии первой основной металлической пластины 2 совмещена со второй координатной плоскостью 8, а вторая основная металлическая пластина 3 установлена с зазором относительно первой основной металлической пластины 2.

При этом к первой 2 и второй 3 основным металлическим пластинам в плоскости первой координатной поверхности 11 гальванически подключены введенные первая и вторая дополнительные металлические пластины 12 и 13 соответственно, поверхности каждой из которых установлены параллельно второй координатной плоскости 8 и размещены относительно третьей координатной плоскости 9 в верхней и нижней полуплоскостях, и к ним подключены центральный 14 и земляной 15 проводники отрезка входной линии передачи 4 соответственно, расположенные на третьей координатной поверхности 16, параллельной первой координатной плоскости 7. Причем внешние боковые кромки 17 и 18 первой 2 и второй 3 основных металлических пластин и внешние боковые кромки 19 и 20 первой 12 и второй 13 дополнительных металлических пластин соответственно, дальние по отношению к третьей координатной плоскости 9, лежат на одной прямой 21 и 22 соответственно, а продолжение каждой из прямых 21 и 22, в направлении от первой координатной плоскости 7 к первой координатной поверхности 11 за пределами третьей координатной поверхностью 16, до точки пересечения с третьей координатной плоскостью 9 образует с ней острый угол, причем в поверхности второй дополнительной металлической пластины 13, расположенной в верхней полуплоскости, выполнен вырез 23 в форме усеченного овала Кассини, усечение которого образовано металлической полоской 24 второй дополнительной металлической пластины 13. При этом внешней боковой кромкой металлической полоски 24 усечения является внешняя боковая кромка 20 второй дополнительной металлической пластины 13, а ось выреза 23 перпендикулярна третьей координатной плоскости 9 и расположена на второй координатной поверхности 25, параллельной первой координатной плоскости 7. Поверхность второй дополнительной металлической пластины 13, расположенной в нижней полуплоскости, на интервале между второй 25 и третьей 16 координатными поверхностями, выполнена в форме, являющейся зеркальным отображением второй дополнительной металлической пластины 13 относительно третьей координатной плоскости 9, а на интервале от второй координатной поверхности 25 до первой координатной поверхности 11 вторая дополнительная металлическая пластина 13 выполнена с боковой кромкой 26 нелинейной формы, соединяющей между собой боковую кромку выреза с точкой начала боковой кромки поверхности расширения, расположенной на первой координатной поверхности 7.

При этом форма поверхности первой дополнительной металлической пластины 12, расположенной в нижней полуплоскости, на отрезке от первой координатной поверхности 11 до второй координатной поверхности 25 соответствует форме второй дополнительной металлической пластины 13 в верхней полуплоскости на этом же отрезке, являющейся зеркальным отображением относительно третьей координатной плоскости 9, которое спроецировано на вторую координатную плоскость 8 расположения первой дополнительной металлической пластины 12, а на отрезке от второй координатной поверхности 25 до третьей координатной поверхности 16 первая дополнительная металлическая пластина 12 выполнена в виде металлической полоски 27, продольная ось симметрии которой совмещена с продольной осью антенны 10, и к которой со стороны третьей координатной поверхности 16 подключен центральный проводник 14 отрезка входной линии передачи 4. При этом введены четыре дополнительные металлические полоски 28, 29, 30 и 31, выполненные одинаковой ширины, равной ширине металлической полоски усечения 24 второй дополнительной металлической пластины 13, причем первая дополнительная металлическая полоска 28 выполнена длиной, равной расстоянию от второй координатной поверхности 25 до третьей координатной поверхности 16, и толщиной, равной толщине первой дополнительной металлической пластины 12, вторая дополнительная металлическая полоска 29 выполнена длиной, равной расстоянию от второй координатной поверхности 25 до первой координатной плоскости 7, и толщиной, равной толщине второй дополнительной металлической пластины 13, а третья 30 и четвертая 31 дополнительные металлические полоски выполнены длиной, равной расстоянию от первой координатной плоскости 7 до третьей координатной поверхности 16. При этом толщина третьей дополнительной металлической полоски 30 равна величине зазора между первой 2 и второй 3 основными металлическими пластинами плюс толщина первой основной металлической пластины 2, а толщина четвертой дополнительной металлической полоски 31 равна величине зазора между первой 2 и второй 3 основными металлическими пластинами, причем первая дополнительная металлическая полоска 28 соединена в плоскости второй координатной поверхности 25 соосно и гальванически с металлической полоской усечения первой дополнительной металлической пластины 12, вторая дополнительная металлическая полоска 29 соединена в плоскости второй координатной поверхности 25 соосно и гальванически с металлической полоской усечения 24 второй дополнительной металлической пластины 13, третья дополнительная металлическая полоска 30 установлена между первой координатной плоскостью 7 и третьей координатной поверхностью 16 гальванически на второй основной 3 и дополнительной 13 металлических пластинах, причем боковые кромки третьей дополнительной металлической полоски 30 совмещены с соответствующими боковыми кромками металлической полоски усечения 24 второй дополнительной металлической пластины 13, а четвертая дополнительная металлическая полоска 31 установлена симметрично третьей дополнительной металлической полоски 30 относительно третьей координатной плоскости 9.

Антенна 1 может быть выполнена с третьей металлической пластиной 32 (фиг. 2), идентичной второй основной 3 и соединенной с ней второй дополнительной 13 металлическим пластинам, продольная ось симметрии которой расположена на третьей координатной плоскости 9, при этом третья металлическая пластина 32 установлена симметрично второй основной 3 и соединенной с ней второй дополнительной 13 металлическим пластинам относительно второй координатной плоскости 8, при этом введены две дополнительные контактные металлические полоски 33 и 34, идентичные третьей дополнительной металлической полоске 30, причем первая 33 и вторая 34 дополнительные контактные металлические полоски одной поверхностью гальванически установлены на поверхность третьей металлической пластины 32 симметрично третьей 30 и четвертой 31 дополнительным металлическим полоскам относительно второй координатной плоскости 8 соответственно, а другой поверхностью, противоположной одной поверхности, первая 33 и вторая 34 дополнительные контактные металлические полоски по всей длине гальванически соединены с соответствующими поверхностями первой основной 2 и соединенной с ней первой дополнительной 12 металлическими пластинами и с соответствующей поверхностью четвертой дополнительной металлической полоски 31 соответственно, при этом величина зазора между поверхностями первой основной 2 и второй основной 3 металлическими пластинами равна величине зазора между поверхностями первой основной 2 и третьей 32 металлическими пластинами.

Антенна 1 может быть выполнена с введением третьей металлической пластины 35 (фиг.3), идентичной второй основной 3 и второй дополнительной 13 металлическим пластинам и установленной второй дополнительной металлической полоске 29, и четвертой металлической пластины 36, идентичной первой основной 2 и первой дополнительной 12 металлическим пластинам и установленной первой дополнительной металлической полоске 28, причем третья 35 и четвертая 36 металлические пластины размещены параллельно второй координатной плоскости 8, при этом четвертая металлическая пластина 36 одной плоскостью установлена со стороны первой основной 2 и первой дополнительной 12 металлических пластин, противоположной стороне установки второй основной 3 и второй дополнительной 13 металлических пластин, на расстоянии d, причем четвертая металлическая пластина 36 идентично второй основной 3 и второй дополнительной 13 металлическим пластинам и установленной второй дополнительной металлической полоски 29 соединена с первой основной 2 и первой дополнительной 12 металлическими пластинами и установленной первой дополнительной металлической полоской 28 посредством введенных первой 37 и второй 38 симметрирующих металлических полосок, идентичных по длине и ширине третьей 30 и четвертой 31 дополнительным металлическим полоскам соответственно, при этом толщина первой симметрирующей металлической полоски 37 равна расстоянию d между первой основной 2 и четвертой 36 металлическими пластинами, а толщина второй симметрирующей металлической полоски 38 равна расстоянию d между первой основной 2 и четвертой 36 металлическими пластинами плюс толщина четвертой металлической пластины 36, причем металлическая полоска 27 первой дополнительной металлической пластины 12 и металлическая полоска 39 четвертой металлической пластины 36 гальванически соединены между собой на третьей координатной поверхности 16. При этом со стороны другой плоскости четвертой металлической пластины 36 установлена третья металлическая пластина 35, размещенная на расстоянии, равном величине зазора между первой 2 и второй 3 основными металлическими пластинами, и идентично второй основной 3 и второй дополнительной 13 металлическим пластинам и установленной второй дополнительной металлической полоске 29 соединена с четвертой металлической пластиной 37 посредством введенных третьей 40 и четвертой 41 симметрирующих металлических полосок, идентичных третьей дополнительной металлической полоске 30.

На фиг. 4 показан общий вид антенны 1, состоящей из двух металлических пластин 2 и 3; на фиг.5 показан общий вид антенны 1, состоящей из трех металлических пластин 2, 3 и 32.

Антенна 1 (фиг. 6) может быть выполнена с расширением поверхности металлических пластин по экспоненциальному закону. Антенна 1 (фиг.7) может быть выполнена с расширением поверхности металлических пластин по закону, описываемому, например, функцией вида у=х^2/3. Антенна 1 (фиг.8) может быть выполнена с расширением поверхности металлических пластин по закону, описываемому, например, функцией вида y=x^1/3.

Антенна 1 может быть выполнена с системой директорных излучателей 42, размещенных перед апертурой с расширением металлических пластин по экспоненциальному закону (фиг.9), с законом вида y=x^2/3 (фиг.10), с законом вида у= x^1/3 (фиг.11).

Антенна 1 может быть выполнена с системой директорных излучателей 43, размещенных внутри апертуры с расширением металлических пластин по экспоненциальному закону (фиг.12), с законом вида у=х^2/3 (фиг.13), с законом вида у=х^1/3 (фиг.14).

Вид на антенну 1 со стороны апертуры, состоящую из двух металлических пластин 2 и 3 (фиг.15), из трех металлических пластин 2, 3 и 32 (фиг.16), из четырех металлических пластин 2, 3, 36 и 35 (фиг.17).

Антенна 1 (фиг. 18) может выполняться с двумя внешними металлическими экранами 44 и 45, соединенными стойками 46. Антенна 1 (фиг.19) может выполняться с четырьмя внешними металлическими экранами 44, 45, 46 и 47, образуя пиромидальный рупор. Два или четыре экрана могут устанавливаться на антенну 1 с двумя, тремя и с четырьмя металлическими пластинами.

Антенна 1 (фиг. 20) может быть выполнена с установкой перед апертурой, состоящей из трех металлических пластин 2, 3 и 32, в плоскости второй координатной поверхности 8 одной системы директорных металлических излучателей 47.

Антенна 1 (фиг. 21) может быть выполнена с установкой перед апертурой, состоящей из четырех металлических пластин 2, 3, 35 и 36, в плоскости второй координатной поверхности 8 и в плоскости симметрии 48, параллельной второй координатной плоскости 8, четвертой металлической пластины 36 двух систем директорных металлических излучателей 49 и 50 соответственно.

Вырез в антенне 1 может быть выполнен в форме усеченного эллипсообразного овала Кассини (фиг.22) или в форме усеченного эллипсообразного овала Кассини с "талией" (фиг.23).

На основе антенны 1, используя ее как субантенну, можно выполнить кольцевую антенную решетку (АР), которая может быть выполнена размещением в одной плоскости, по крайней мере, четырех антенн 1, которые установлены вплотную друг к другу внешними боковыми кромками 18 и 19 соответственно соседних антенн 1, образуя квадратное кольцо. Пример выполнения восьмиэлементной кольцевой АР представлен на фиг.24. Кольцевая АР может выполняться на основе антенн 1 с двумя (фиг.1), тремя (фиг.2) и четырьмя (фиг.3) металлическими пластинами.

В кольцевой АР (фиг.24) отрезки входных линий передачи 4 от каждой антенны 1 могут быть подключены к многоканальному (по количеству антенн 1) распределительному устройству с равноамплитудным делением входной мощности, как минимум четырехканальному, а также могут быть подключены к распределительному устройству с коммутируемыми выходными каналами.

Антенна работает следующим образом.

Апертура антенны 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 11 (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 27 является полосковым токонесущим проводником, а металлическая пластина 13 является земляным проводником НПЛ соответственно. В НПЛ возбуждается и распространяется квази - ТЕМ волна на отрезке от третьей 16 до второй 25 координатной поверхности. На отрезке от второй 25 до первой 11 координатной поверхности происходит плавный переход от НПЛ в ДПЛ, которая в данной конструкции идентична НЩЛ с перекрытием, с последовательной модово-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 11 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. Размер раскрыва определяет максимальную длину волны λ_max рабочего диапазона длин волн антенны 1 и выбирается из условия λ_max/2. Антенна 1 излучает электромагнитные волны линейной поляризации с ориентацией вектора напряженности электрического поля параллельно первой 2 и второй 3 металлическим пластинам. Минимальная длина волны λ_min рабочего диапазона длин волн определяется сечением НЩЛ, с которого начинается возбуждение волн высших порядков в области, близкой к точке с нулевым перекрытием НЩЛ.

Вырез 23 в поверхности второй дополнительной металлической пластины 13 выполняется в форме усеченного овала Кассини, который представляет собой плоскую кривую 4-ого порядка и, например, может быть выполнен в форме усеченного эллипсообразного овала, как показано на фиг.22. Вырез 23 может быть выполнен также в форме усеченного эллипсообразного овала с "талией" (фиг.23) (Математическая энциклопедия: Гл. ред. И.М. Виноградов, т.2 Д - Коо. - М.: "Советская Энциклопедия", 1979, стр.759).

Линейная величина раскрыва апертуры и длина нелинейного участка основных первой 2 и второй 3 металлических пластин определяют диапазонные свойства антенны 1, ширину ДН в диапазоне частот и характеристики согласования в низкочастотной области. Форма овала Кассини 23 и геометрические размеры усечения определяют характеристики согласования в высокочастотной области рабочего диапазона частот.

Антенна 1 (фиг. 2) с третьей металлической пластиной 32, идентичной второй 3 и соединенной с ней второй дополнительной 13 металлическим пластинам, образует полную геометрическую и электрическую симметрию для первой основной металлической пластины 2, т.е. симметрию центрального проводника относительно земляных пластин. В такой структуре имеет место только один модоимпедансный трансформатор с СПЛ с волной ТЕМ --> в ТНЩЛ с волной Н₁₀. Такая конструкция антенны 1 позволяет существенно уменьшить кроссполяризационную составляющую электрического поля волны, распространяющейся в ТНЩЛ, и соответственно волны, излучающейся в свободное пространство, а также улучшить согласование в области высоких частот.

Выполнение антенны 1 (фиг.3) с третьей 36 и четвертой 35 металлическими пластинами образует четырехуровневую плоскопараллельную структуру с полной геометрической симметрией относительно координатной поверхности, проходящей посередине между первой основной 2 и четвертой 36 металлическими пластинами. Гальваническое соединение металлических полосок 27 и 39 обеспечивает им одинаковые потенциалы, что эквивалентно размещению между ними магнитной стенки. Таким образом, излучающими являются две идентичные пары пластин 2,3 и 35,36, разделенные между собой магнитной стенкой, а для выполнения электрической симметрии парных пластин необходимо выбирать размер d равным 2S. Каждая структура представляет собой ДНЩЛ, аналогичную структуре из двух пластин 2,3. Таким образом от точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность 11) происходит преобразование двух ДНЩЛ в структуру высокодобротной полосковой линии (ВДПЛ) в режиме четного возбуждения, следовательно, антенна 1 представляет собой последовательный импедансно-модовый трансформатор двух разнотипных ЛП - двух ДНЩЛ в ВПЛ с одновременной трансформацией импедансов и типов волн - волны волноводного типа Н₁₀ в ДНЩЛ в четного режима волны ТЕМ в ДПЛ. Двойная структура излучающей части антенны 1 позволяет уменьшить кроссполяризационную составляющую электрического поля и улучшить согласование апертуры со свободным пространством, а в области перехода с двух ДНЩЛ на четного режима возбуждения ДПЛ - свести к минимуму возможность возбуждения высших типов волн и поверхностных волн в области нулевого перекрытия ДНЩЛ и соответственно в области перехода на ДПЛ, что позволяет значительно улучшить согласование в полосе рабочих частот и повысить предельный уровень мощности антенны 1, а в ДПЛ уменьшить прямые потери тракта.

Нелинейный закон расширения поверхности металлических пластин в области апертуры, описываемый функцией вида y = ax^±m/n, например, при а=1, m=2, n=3 (фиг. 7) или, например, при а=1, m=1, n=2 (фиг.8), что соответствует кривым параболического вида, ориентированным вдоль продольной оси 10 антенны 1 (фиг.1, 2 и 3) и имеющим вогнутый характер.

Нелинейный закон расширения поверхности металлических пластин в области апертуры, описываемый функцией вида y=ае^bx+се^dx (фиг.6, например, при а= 0,019, b=0,118, с=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 Англии 16014416, НКИ H1 Q, МКИ Н 01 Q 13/20), что соответствует экспоненциальным кривым, ориентированным вдоль продольной оси 10 антенны 1 (фиг.1, 2 и 3) и имеющим выпуклый характер.

Выбор закона расширения металлических пластин определяется требованиями на уровень согласования в полосе рабочих частот на ДН.

Размещение перед апертурой антенны 1 системы директорных излучателей 42 (фиг. 9 - 11) или внутри апертуры (фиг.12 - 14) позволяет формировать остронаправленные ДН в заданном поддиапазоне рабочего диапазона частот (Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. Под редакцией Воскресенского Д.И. М:. Изд-во Сов. Радио, 1972, 320 с.)
Размещение антенны 1 между двумя внешними металлическими экранами 44 и 45, соединенными между собой стойками 46 (фиг.18) и образующими для антенны 1 плоский рупор, позволяет сужать ДН в Н плоскости.

Размещение антенны 1 (фиг. 19) между четырьмя внешними металлическими экранами 44, 45, 46 и 47, образующими пиромидальный рупор, позволяет сужать ДН в Е и Н плоскостях и уменьшать уровень боковых лепестков.

Антенны 1 с двумя (фиг.1), с тремя (фиг.2) и с четырьмя (фиг.3) металлическими пластинами могут равноценно размещаться между двумя или четырьмя экранами.

Круговая АР 51 (фиг.24) содержит, по крайней мере, четыре одинаковые антенны 1, которые могут быть выполнены на основе двух (фиг.1), трех (фиг.2) и четырех (фиг.3) металлических пластин.

Входная линия передачи 4 может быть подключена к входному каналу распределительного устройства с равноамплитудным делением мощности между выходными каналами или к распределительному устройству с коммутируемыми выходными каналами.

При использовании АР 51 с равноамплитудным распределительным устройством формируется круговая ДН. Поскольку АР 51 имеет дискретную апертуру, то ДН в секторе углов 360^o имеет некоторую неравномерность. Для уменьшения неравномерности ДН АР 51 в секторе углов 360^o количество антенн 1 должно быть увеличено. При таком расположении антенн 1 их взаимное влияние незначительно.

При использовании АР 51 с распределительным устройством с коммутируемыми выходными каналами формируется ДН в заданном секторе углов. Осуществляя последовательную коммутацию антенн 1 в круговой АР 51, можно осуществить круговое сканирование в секторе углов 360^o.

АР 51 может работать как в режиме приема, так и в режиме излучения, что позволяет, используя коммутацию антенн 1 в АР 51, в режиме излучения, излучать мощность в определенном направлении и в заданном секторе углов, а в режиме приема определять направление прихода сигнала, т.е. осуществлять пеленгацию.

Изобретение относится к сверхширокополосным антеннам СВЧ-диапазона и может найти применение в составе фазированных антенных решеток систем связи, сверхширокополосной радиолокации, радиоконтроля и метрологии. Технический результат заключается в создании антенны с высоким уровнем согласования во всем рабочем диапазоне частот, с высоким уровнем предельной мощности, с низким уровнем кроссполяризационной 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 полоске и второй дополнительной металлической пластине соответственно. Первая и вторая металлические пластины расширяются по нелинейному закону, описываемому показательной функцией, в направлении от первой координатной поверхности к первой координатной плоскости. Внешние боковые кромки первых и вторых металлических пластин лежат на соответствующих прямых, продолжение каждой из которых в направлении от первой координатной плоскости к третьей координатной поверхности до точки пересечения с третьей координатной плоскостью образуют острый угол. В верхней полуплоскости металлической пластины выполнен вырез в форме усеченного овала Кассини, а форма поверхности в нижней полуплоскости образована сопряжением усечения выреза и боковой кромкой поверхности нелинейной формы. Первая дополнительная металлическая пластина является зеркальным отображением второй дополнительной металлической пластины. 17 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Антенна, содержащая первую и вторую основные металлические пластины одинаковых размеров, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок входной линии передачи, при этом первая и вторая основные металлические пластины точками окончания первых боковых кромок расположены на первой координатной плоскости, а поверхности первой и второй основных металлических пластин параллельны второй координатной плоскости 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 основных 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 основной металлической пластины совмещена со второй координатной плоскостью, а вторая основная металлическая пластина установлена с зазором относительно первой основной металлической пластины, при этом закон расширения поверхности первой и второй основных металлических пластин описывается показательной функцией, а точки начала первой боковой кромки поверхности расширения первой и второй основных металлических пластин расположены на прямой пересечения третьей координатной плоскости с первой координатной поверхностью, при этом к первой и второй основным металлическим пластинам, в плоскости первой координатной поверхности, гальванически подключены введенные первая и вторая дополнительные металлические пластины соответственно, поверхности каждой из которых установлены параллельно второй координатной плоскости и размещены относительно третьей координатной плоскости в верхней и нижней полуплоскостях, и к ним подключены центральный и земляной проводники отрезка входной линии передачи соответственно, расположенные на третьей координатной поверхности, параллельной первой координатной плоскости, причем внешние боковые кромки первой и второй основных и дополнительных металлических пластин соответственно, дальние по отношению к третьей координатной плоскости, лежат на соответствующих прямых, продолжение каждой из этих прямых в направлении от первой координатной плоскости к первой координатной поверхности до точки пересечения с третьей координатной плоскостью образуют острый угол, причем в поверхности второй дополнительной металлической пластины, расположенной в верхней полуплоскости, выполнен вырез в форме усеченного овала Кассини, усечение которого образовано металлической полоской второй дополнительной металлической пластины, при этом внешней боковой кромкой металлической полоски усечения является внешняя боковая кромка второй дополнительной металлической пластины, а ось выреза перпендикулярна третьей координатной плоскости и расположена на второй координатной поверхности, параллельной первой координатной плоскости, а поверхность второй дополнительной металлической пластины, расположенной в нижней полуплоскости, на интервале между второй и третьей координатными поверхностями, выполнена в форме, являющейся зеркальным отображением второй дополнительной металлической пластины относительно третьей координатной плоскости, а на интервале от второй координатной поверхности до первой координатной поверхности вторая дополнительная металлическая пластина выполнена с боковой кромкой нелинейной формы, соединяющей между собой боковую кромку выреза с точкой начала боковой кромки поверхности расширения, расположенной на первой координатной поверхности, при этом форма поверхности первой дополнительной металлической пластины, расположенное в верхней полуплоскости, на отрезке от первой координатной поверхности до второй координатной поверхности соответствует форме второй дополнительной металлической пластины на этом же отрезке, являющейся зеркальным отображением относительно третьей координатной плоскости, которое спроецировано на вторую координатную плоскость расположения первой дополнительной металлической пластины, а на отрезке от второй координатной поверхности до третьей координатной поверхности первая дополнительная металлическая пластина выполнена в виде металлической полоски, продольная ось симметрии которой совмещена с продольной осью антенны, и к которой со стороны третьей координатной поверхности подключен центральный проводник отрезка входной линии передачи, при этом введены четыре дополнительные металлические полоски, выполненные одинаковой ширины, равной ширине металлической полоски усечения второй дополнительной металлической пластины, 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 основными металлическими пластинами плюс толщина первой основной металлической пластины, а толщина четвертой дополнительной металлической полоски равна величине зазора между первой и второй основными металлическими пластинами, причем первая дополнительная металлическая полоска соединена в плоскости второй координатной поверхности соосно и гальванически с металлической полоской усечения первой дополнительной металлической пластины, вторая дополнительная металлическая полоска соединена в плоскости второй координатной поверхности соосно и гальванически с металлической полоской усечения второй дополнительной металлической пластины, третья дополнительная металлическая полоска установлена между первой координатной плоскостью и третьей координатной поверхностью и гальванически соединена с вторыми основной и дополнительной металлическими пластинами, причем боковые кромки третьей дополнительной металлической полоски совмещены с соответствующими боковыми кромками металлической полоски усечения второй дополнительной металлической пластины, а четвертая дополнительная металлическая полоска установлена симметрично третьей дополнительной металлической полоски относительно третьей координатной плоскости. 2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что введена третья металлическая пластина, идентичная второй основной и дополнительной металлическим пластинам и второй дополнительной металлической полоске, продольная ось симметрии которой расположена на третьей координатной плоскости, и идентично второй основной и дополнительной металлическим пластинам и второй дополнительной металлической полоске, соединена с первой основной и дополнительной металлическими пластинами и первой дополнительной металлической полоской посредством введенных двух дополнительных контактных металлических полосок, идентичных третьей дополнительной металлической полоске. 3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что введены третья металлическая пластина, идентичная второй основной и дополнительной металлическим пластинам и установленной второй дополнительной металлической полоске, и четвертая металлическая пластина, идентичная первой основной и дополнительной металлическим пластинам и установленной первой дополнительной металлической полоске, причем третья и четвертая металлические пластины размещены параллельно второй координатной плоскости и их продольная ось симметрии расположена на третьей координатной плоскости, при этом четвертая металлическая пластина одною поверхностью установлена со стороны поверхности первой основной и дополнительной металлических пластин, противоположной поверхности установки второй основной и дополнительной металлических пластин, на расстоянии d, и идентично второй основной и дополнительной металлическим пластинам и установленной второй дополнительной металлической полоске, соединена с первой основной и дополнительной металлическими пластинами и установленной второй дополнительной металлической полоской посредством введенных первой и второй симметрирующих металлических полосок, идентичных по длине и ширине третьей и четвертой дополнительным металлическим полоскам соответственно, при этом толщина первой симметрирующей металлической полоски равна расстоянию d между первой основной и четвертой металлическими пластинами, а толщина второй симметрирующей металлической полоски равна расстоянию d между первой основной и четвертой металлическими пластинами плюс толщина четвертой металлической пластины, причем металлические полоски первой дополнительной металлической пластины и четвертой металлической пластины гальванически соединены между собой на третьей координатной поверхности, при этом со стороны другой плоскости четвертой металлической пластины установлена третья металлическая пластина, размещенная на расстоянии, равном величине зазора между первой и второй основными металлическими пластинами, и идентично второй основной и дополнительной металлическим пластинам и установленной второй дополнительной металлической полоске, соединена с четвертой металлической пластиной посредством введенных третьей и четвертой симметрирующих металлических полосок, идентичных третьей дополнительной металлической полоске. 4. Антенна по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что нелинейный закон расширения поверхностей первой основной, второй основной, третьей и четвертой металлических пластин описывается функцией y=ax^±m/n, где а - коэффициент, задается действительным числом; m, n - целые положительные простые числа; х - координата, соответствующая продольной оси антенны. 5. Антенна по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что нелинейный закон расширения поверхности первой основной, второй основной, третьей и четвертой металлических пластин описывается функцией y=ае^bx+cе^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами; х -координата, соответствующая продольной оси антенны. 6. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что стороны первой координатной плоскости, противоположной стороне расположения первой основной, второй основной и третьей металлических пластин, в плоскости второй координатной плоскости установлена введенная система директорных металлических излучателей. 7. Антенна по п. 3, отличающаяся тем, что стороны первой координатной плоскости, противоположной стороне расположения первой основной, второй основной, третьей и четвертой металлических пластин, в плоскости, параллельной второй координатной плоскости, и размещенной по середине между первой основной и четвертой металлическими пластинами установлена введенная система директорных металлических излучателей. 8. Антенна по п. 3, отличающаяся тем, что стороны первой координатной плоскости, противоположной стороне расположения первой основной, второй основной, третьей и четвертой металлических пластин, в плоскости второй координатной плоскости и в плоскости, параллельной второй координатной плоскости, размещенной в плоскости симметрии четвертой металлической пластины, установлены введенные первая и вторая система директорных металлических излучателей соответственно. 9. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что на отрезке между первой координатной плоскостью и первой координатной поверхностью в плоскости второй координатной плоскости установлена введенная система директорных металлических излучателей. 10. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что на отрезке между первой координатной плоскостью и первой координатной поверхностью в плоскости, параллельной второй координатной плоскости и размещенной посередине между первой основной и четвертой металлическими пластинами, установлена введенная система директорных металлических излучателей. 11. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что на отрезке между первой координатной плоскостью и первой координатной поверхностью в плоскости второй координатной плоскости и в плоскости, параллельной второй координатной плоскости и размещенной в плоскости симметрии четвертой металлической пластины, установлены введенные первая и вторая система директорных металлических излучателей соответственно. 12. Антенна по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что пространства между металлическими пластинами заполнены диэлектрическим материалом. 13. Антенна по п.1, или 2, или 3, или по любому из пп.6-12, отличающаяся тем, что с внешней стороны крайних, по отношению ко второй координатной плоскости, металлических пластин установлены внешние диэлектрические пластины. 14. Антенна по п.1, или 2, или 3, или по любому из пп.6-13, отличающаяся тем, что на одни и другие внешние, по отношению к третьей координатной плоскости, боковые кромки первой и второй основных, первой и второй дополнительных, третьей и четвертой металлических пластин, дополнительных, дополнительных контактных и симметрирующих металлических полосок перпендикулярно второй координатной плоскости установлены введенные первый и второй металлические экраны соответственно. 15. Антенна по п.1, или 2, или 3, или по любому из пп.6-13, отличающаяся тем, что на одни и другие внешние, по отношению к третьей координатной плоскости, боковые кромки первой и второй основных, первой и второй дополнительных, третьей и четвертой металлических пластин, дополнительных, дополнительных контактных и симметрирующих металлических полосок перпендикулярно второй координатной плоскости установлены введенные первый и второй металлические экраны соответственно, выполненные в форме трапеции, большее основание которой расположено со стороны первой координатной плоскости, а с одной и другой боковых сторон первого и второго металлических экранов установлены введенные третий и четвертый металлические экраны соответственно, гальванически соединены с соответствующим первым и вторым металлическим экраном. 16. Антенна по п.1, или 2, или 3, или по любому из пп.6-13, отличающаяся тем, что со стороны внешней поверхности, дальней по отношению ко второй координатной поверхности, крайних металлических пластин, на некотором расстоянии установлены введенные первый и второй металлические экраны соответственно. 17. Антенна по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что один вырез выполнен в форме усеченного эллипсообразного овала. 18. Антенна по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что один вырез выполнен в форме усеченного эллипсообразного овала с "талией".