АНТЕННА Российский патент 2004 года по МПК H01Q1/38 

Данное изобретение относится к области радиотехники, в частности к сверхширокополосным двухкомпонентным антеннам эллиптической поляризации СВЧ-диапазона, и может найти применение для приема или передачи электромагнитной волны любой поляризации без поляризационных потерь как отдельная антенна или в составе фазированных антенных решеток для метрологии, систем связи, радиодефектоскопии и радиомониторинга.

Известна сверхширокополосная двухкомпонентная антенна СВЧ-диапазона (Заявка ФРГ (DE) №3215323 А1, МКИ Н 01 Q 13/06, 13/02, 1983), излучающая часть которых выполнена на основе двух высокодобротных щелевых линий передачи (ВЩЛП) секторного типа, плавно переходящих в отрезки однородных ВЩПЛ, выполняющих функции входных (выходных) линий передачи. Две ВЩПЛ расположены на двух диэлектрических подложках соответственно, и ортогонально расположенных. Недостатком двухкомпонентной антенны является невысокий уровень поляризационной развязки, значительный уровень боковых лепестков (БЛ) и обратного излучения антенны, значительная неравномерность характеристики согласования (КСВ) в рабочей полосе частот, сложная конструкция возбуждающего устройства.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является антенна (патент США №5278575, кл. МКИ Н 01 Q 9/28, НКИ 343/795, 1994 г.), содержащая две одинаковые металлические пластины, расположенные со смещением одна над другой, причем боковые кромки лежат на одной плоскости, перпендикулярной металлическим пластинам. От точки, лежащей на одной плоскости, к краю металлические пластины выполнены экспоненциально расширяющимися, а к боковой кромке, расположенной на одной плоскости, одной из металлических пластин подключен центральный проводник входной линии передачи, а земляной проводник подключен к другой металлической пластине.

Недостатками известного технического решения являются невозможность приема или передачи двухполяризованного сигнала и без поляризационных потерь, невозможность формирования линейной фазочастотной характеристики, высокий уровень неравномерности характеристики согласования (КСВН) в рабочей полосе частот, значительный уровень боковых лепестков (БЛ) и обратного излучения (ОИ) антенны, значительный уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля.

Технической задачей данного изобретения является создание двухкомпонентной антенны эллиптической поляризации, обеспечивающей приемо-передачу электромагнитной волны любой поляризации без поляризационных потерь, с возможностью формирования линейной фазочастотной характеристики, с высоким уровнем согласования и с низким уровнем неравномерности характеристики согласования (КСВН) в рабочей полосе частот, низким уровнем БЛ и низким уровнем ОИ, с низким уровнем кроссполяризационной составляющей электрического поля.

Поставленная задача решается тем, что в антенне, содержащей первую и вторую основные металлические пластины одинаковых размеров, которые размещены в прямоугольной системе координат, и входную линию передачи, при этом поверхности первой и второй основных металлических пластин установлены параллельно второй координатной плоскости на расстоянии d друг от друга и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости соответственно, а координатная линия, соответствующая пересечению второй и третьей координатных плоскостей, является продольной осью антенны, при этом поверхности первой и второй основных металлических пластин первыми боковыми кромками, расположенными со стороны третьей координатной плоскости, в направлении продольной оси антенны на первом отрезке, от первой координатной поверхности до первой координатной плоскости, выполнены расширяющимися, причем 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, а точки окончания первой боковой кромки поверхности расширения первой и второй основных металлических пластин соответственно расположены на первой координатной плоскости, при этом на втором отрезке вдоль продольной оси антенны, от первой координатной поверхности до второй координатной поверхности, первые боковые кромки расположены на третьей координатной плоскости, и на втором отрезке к первой боковой кромки первой основной металлической пластины подсоединена входная линия передачи, причем первая и вторая основные металлические пластины расположены на одинаковом расстоянии, равном d/2, от второй координатной плоскости, при этом введены дополнительная входная линия передачи, первая дополнительная металлическая пластина и вторая дополнительная металлическая пластина, идентичные входной линии передачи, первой основной металлической пластине и второй основной металлической пластине соответственно, причем поверхности первой и второй дополнительных металлических пластин установлены параллельно третьей координатной плоскости и размещены на одинаковом расстоянии, равном d/2, от нее, при этом первая и вторая дополнительные металлические пластины установлены относительно третьей координатной плоскости идентично расположению первой и второй основных металлических пластин относительно второй координатной плоскости соответственно, причем дополнительная входная линия передачи подключена к первой дополнительной металлической пластине идентично подключению входной линии передачи к первой основной металлической пластине.

Двухкомпонентная антенна эллиптической поляризации структурно представляет собой две пары одинаковых плоскопараллельных металлических пластин, расположенных с зазором друг относительно друга и в верхней и нижней полуплоскостях относительно второй и третьей координатных плоскостей соответственно, образуя тем самым две взаимно перпендикулярные несимметричные щелевые линии (НЩЛ) с основной волной волноводного типа Н₁₀ (Гвоздев В.И., Нефедов Е.И. Объемные интегральные схемы СВЧ. - М.: Наука, 1985, 256 с.).

Излучающая часть двухкомпонентной антенны эллиптической поляризации представляет собой биортогональную апертуру, каждая часть которой представляет собой неоднородную, секторного типа несимметричную щелевую линию (СНЩЛ) без перекрытия с основной волной волноводного типа H₁₀, которая сужается от раскрыва антенны (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием СНЩЛ (первая координатная поверхность), когда первые боковые кромки первой и второй основных и первой и второй дополнительных металлических пластин соответственно, образующих СНЩЛ, находятся друг против друга. От первой координатной поверхности до второй координатной поверхности вдоль продольной оси антенны первая и вторая основные и первая и вторая дополнительные металлические пластины соответственно представляют собой НЩЛ без перекрытия (нулевое перекрытие) с основной волной волноводного типа Н₁₀. К первой боковой кромки первой основной и первой дополнительной металлическим пластинам подсоединены центральные проводники основной и дополнительной входных линий передачи соответственно, а поверхность второй основной и второй дополнительной металлических пластин является земляным проводником соответственно. В месте соединения происходит модо-импедансная трансформация основной волны волноводного типа Н₁₀ НЩЛ без перекрытия в квази-ТЕМ волну входной линии передачи, например коаксиальную.

Таким образом, двухкомпонентная антенна эллиптической поляризации состоит из двух субантенн линейной поляризации, с двумя развязанными между собой (электрически изолированными) входными линиями передачи. Субантенны расположены ортогонально друг относительно друга на единой продольной оси симметрии антенны. Двухкомпонентная антенна обеспечивает прием или передачу электромагнитной волны любой поляризации (линейная вертикальная, линейная горизонтальная, одновременно линейная вертикальная и горизонтальная, круговая левосторонняя или правосторонняя) с низким уровнем поляризационных потерь и с низким уровнем кроссполяризационной составляющей электрического поля.

Поверхность первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин антенны со стороны вторых боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам, соответственно, вдоль продольной оси антенны в направлении от первой координатной плоскости до второй координатной поверхности может быть выполнена линейной формы, параллельной продольной оси антенны.

Поверхность первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин антенны со стороны вторых боковых кромок противоположных первым боковым кромкам, соответственно, может быть выполнена линейной формы, расширяющейся вдоль продольной оси антенны в направлении от первой координатной плоскости до второй координатной поверхности.

Поверхность первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин антенны со стороны вторых боковых кромок противоположных первым боковым кромкам соответственно, может быть выполнена линейной формы, сужающейся вдоль продольной оси антенны в направлении от первой координатной плоскости до второй координатной поверхности.

Поверхность первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин антенны со стороны вторых боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам соответственно, вдоль продольной оси антенны в направлении от первой координатной плоскости до второй координатной поверхности может быть выполнена расширяющейся по нелинейному закону.

Нелинейный закон расширения поверхности металлических пластин со стороны вторых боковых кромок может быть описан функцией вида y=ax± ^m/n, где а - коэффициент, задается действительным числом; m, n - целые положительные взаимно 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, с.215). Данное уравнение описывает кривую параболического вида, ориентированную вдоль продольной оси антенны и имеющую характер вогнутости.

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

Нелинейный закон расширения поверхности металлических пластин со стороны вторых боковых кромок может быть описан овалом Кассини. Овал Кассини представляет собой плоскую кривую 4-ого порядка и, например, может быть выполнен в форме эллипсообразного овала или в форме усеченного эллипсообразного овала (Математическая энциклопедия: Гл. ред. И.М. Виноградов, т.2. Д - Коо. - M.: Советская Энциклопедия, 1979, с.759).

Выбор формы поверхности металлических пластин со стороны вторых боковых кромок, от первой координатной плоскости до второй координатной поверхности, определяет распределение плотности электрического тока по поверхности металлических пластин, что позволяет минимизировать уровень БЛ и уровень ОИ, обеспечить высокий уровень согласования с низким уровнем неравномерности в диапазоне рабочих частот антенны.

Поверхность первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин антенны со стороны второй координатной поверхности, между первой и второй боковыми кромками соответственно, может описываться линейным или нелинейным законом.

Форма поверхности металлических пластин со стороны второй координатной поверхности и форма поверхности со стороны второй боковой кромки параметрически многофункционально завязаны между собой, поэтому оптимальный выбор форм позволяет оптимизировать уровень БЛ, уровень ОИ антенны, уровень согласования и уровень неравномерности характеристики согласования.

Антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности первой и второй основных и первой и второй дополнительных металлических пластин со стороны первых боковых кромок на первом отрезке от первой координатной поверхности до первой координатной плоскости соответственно, описываемым линейной функцией.

Выполнение расширения металлических пластин со стороны первых боковых кромок по линейному закону обеспечивает антенне линейную фазочастотную характеристику, что позволит использовать антенну при работе с наносекундными импульсами и сверхширокополосными сигналами.

Антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин со стороны первых боковых кромок на первом отрезке от первой координатной поверхности до первой координатной плоскости соответственно, описываемым нелинейной функцией.

Нелинейный закон расширения поверхности металлических пластин антенны со стороны первых боковых кромок может быть описан функцией вида y=ax^±m/n, где а - коэффициент, задается действительным числом; m, n - целые положительные взаимно простые числа, причем m≠ n и n>m; x - координата, соответствующая продольной оси антенны. Данное уравнение описывает кривую параболического вида, ориентированную вдоль продольной оси антенны и имеющую характер вогнутости.

Выполнение поверхности расширения металлических пластин антенны 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 антенны со стороны первых боковых кромок может быть описан функцией y=ae^bx+се^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительным числом; x - координата, соответствующая продольной оси антенны. Данное уравнение описывает кривую экспоненциального вида, ориентированную вдоль продольной оси антенны и имеющую характер выпуклости.

Выполнение поверхности расширения металлических пластин антенны по экспоненциальному закону обеспечивает плавное изменение ширины ДН за счет плавного изменения размера апертуры, обеспечивает высокий уровень согласования с низким уровнем неравномерности во всем диапазоне рабочих частот антенны и низком уровне кроссполяризационной составляющей электрического поля.

Первая основная и дополнительная и вторая основная и дополнительная металлические пластины антенны могут быть выполнены конечной толщины, могут быть установлены на диэлектрические подложки или быть выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале, что позволяет существенно упростить конструкцию, повысить ее технологичность, надежность.

Со стороны поверхности первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин, внешней по отношению ко второй и третьей координатной плоскости соответственно, могут быть установлены внешние диэлектрические пластины.

При выполнении металлических пластин в печатном исполнении или размещенными на диэлектрических подложках диэлектрическая проницаемость материала подложки и ее толщина может отличаться от диэлектрической проницаемости внешних диэлектрических пластин и их толщины.

Установка внешних диэлектрических пластин позволяет оптимизировать согласование антенны со свободным пространством, оптимизировать распределение плотности электрического тока по поверхности металлических пластин и тем самым обеспечить высокий уровень согласования с низким уровнем неравномерности характеристики согласования, низкий уровень БЛ и низкий уровень ОИ антенны.

В антенне со стороны вторых боковых кромок вдоль продольной оси первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин и перпендикулярно им установлены введенные первый, второй, третий и четвертый металлические экраны соответственно.

В антенне между каждой соседней парой со стороны вторых боковых кромок первой основной и дополнительной, первой дополнительной и второй основной, второй основной и дополнительной, второй дополнительной и второй основной металлических пластин вдоль продольной оси установлены введенные первый, второй, третий и четвертый металлические экраны соответственно.

Установка в антенне металлических экранов и возможное гальваническое попарное соединение их соседних боковых кромок получаем рупор, что позволяет сузить ДН антенны, уменьшить уровень БЛ и уровень ОИ, осуществлять корректировку фазового фронта волны, повысить коэффициент усиления (КУ) антенны.

Торцевая сторона металлических экранов со стороны второй координатной поверхности может быть закрыта дополнительным металлическим экраном, гальванически соединенным с боковыми кромками первого, второго, третьего и четвертого металлических экранов соответственно, что позволяет свести к минимуму уровень ОИ антенны.

На фиг.1 изображена конструкция антенны; на фиг.2 - пример проекции первой и второй основных металлических пластин вдоль продольной оси на вторую координатную плоскость с линейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок на первом отрезке и с линейным законом поверхности, параллельной продольной оси антенны, со стороны вторых боковых кромок; на фиг.3 - пример проекции первой и второй основных металлических пластин вдоль продольной оси на вторую координатную плоскость с линейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок на первом отрезке и с линейным законом расширения поверхности со стороны вторых боковых кромок; на фиг.4 - пример проекции первой и второй основных металлических пластин вдоль продольной оси на вторую координатную плоскость с линейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок на первом отрезке и с линейным законом сужения поверхности со стороны вторых боковых кромок; на фиг.5 - пример проекции первой и второй основных металлических пластин вдоль продольной оси на вторую координатную плоскость с линейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок на первом отрезке и с нелинейным законом расширения поверхности со стороны вторых боковых кромок, описываемым функцией вида y=ax^±m/n; на фиг.6 - пример проекции первой и второй основных металлических пластин вдоль продольной оси на вторую координатную плоскость с линейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок на первом отрезке и с нелинейным законом расширения поверхности со стороны вторых боковых кромок, описываемым функцией вида y=ae^bx+се^dx; на фиг.7 - пример проекции первой и второй основных металлических пластин вдоль продольной оси на вторую координатную плоскость с линейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок на первом отрезке и с нелинейным законом расширения поверхности со стороны вторых боковых кромок, описываемым овалом Кассини; на фиг.8 - пример проекции первой и второй основных металлических пластин вдоль продольной оси на вторую координатную плоскость с линейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок на первом отрезке, с нелинейным законом расширения поверхности со стороны вторых боковых кромок и нелинейным законом со стороны второй координатной поверхности между первой и второй боковыми кромками; на фиг.9 - пример проекции первой и второй основных металлических пластин вдоль продольной оси на вторую координатную плоскость с нелинейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок на первом отрезке, описываемым функцией вида y=ax^±m/n, и с линейным законом поверхности, параллельной продольной оси антенны, со стороны вторых боковых кромок; на фиг.10 - пример проекции первой и второй основных металлических пластин вдоль продольной оси на вторую координатную плоскость с нелинейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок на первом отрезке, описываемым функцией вида y=ae^bx+се^dx, и с линейным законом поверхности, параллельной продольной оси антенны, со стороны вторых боковых кромок; на фиг.11 - пример выполнения антенны в печатном исполнении на диэлектрическом материале; на фиг.12 - пример выполнения антенны в печатном исполнении на диэлектрическом материале и с внешними диэлектрическими пластинами; на фиг.13 - пример установки металлических экранов перпендикулярно металлическим пластинам; на фиг.14 - пример установки металлических экранов между каждой соседней парой металлических пластин со стороны вторых боковых кромок.

Антенна 1 (фиг.1) содержит первую 2 и вторую 3 основные металлические пластины одинаковых размеров, которые размещены в прямоугольной системе координат, и входную линию передачи 4, при этом поверхности первой 2 и второй 3 основных металлических пластин установлены параллельно второй координатной плоскости 5 на расстоянии d друг от друга и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости 6 соответственно, а координатная линия, соответствующая пересечению второй 5 и третьей 6 координатных плоскостей, является продольной осью 7 антенны 1, при этом поверхности первой 2 и второй 3 основных металлических пластин первыми боковыми кромками 8, расположенными со стороны третьей координатной плоскости 6, в направлении продольной оси 7 антенны 1 на первом отрезке 9 от первой координатной поверхности 10 до первой координатной плоскости 11 выполнены расширяющимися, причем точки начала первой боковой кромки 8 поверхности расширения первой 2 и второй 3 основных металлических пластин соответственно расположены на прямой пересечения третьей координатной плоскости 6 с первой координатной поверхностью 10, а точки окончания первой боковой кромки 8 поверхности расширения первой 2 и второй 3 основных металлических пластин соответственно расположены на первой координатной плоскости 11, при этом на втором отрезке 12 вдоль продольной оси 7 антенны 1 от первой координатной поверхности 10 до второй координатной поверхности 13 первые боковые кромки 8 расположены на третьей координатной плоскости 6, и на втором отрезке 12 к первой боковой кромки 8 первой 2 основной металлической пластины подсоединена входная линия передачи 4, причем первая 2 и вторая 3 основные металлические пластины расположены на одинаковом расстоянии, равном d/2, от второй координатной плоскости 5, при этом введены дополнительная входная линия передачи 14, первая дополнительная металлическая пластина 15 и вторая дополнительная металлическая пластина 16, идентичные входной линии передачи 4, первой основной металлической пластине 2 и второй основной металлической пластине 3 соответственно, причем поверхности первой 15 и второй 16 дополнительных металлических пластин установлены параллельно третьей координатной плоскости 6 и размещены на одинаковом расстоянии, равном d/2, от нее, при этом первая 15 и вторая 16 дополнительные металлические пластины установлены относительно третьей координатной плоскости 6 идентично расположению первой 2 и второй 3 основных металлических пластин относительно второй координатной плоскости 5 соответственно, причем дополнительная входная линия передачи 14 подключена к первой дополнительной металлической пластине 15 идентично подключению входной линии передачи 4 к первой основной металлической пластине 2.

Антенна 1 (фиг.2) выполнена, например, с поверхностью первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин со стороны вторых боковых кромок 17, противоположных первым боковым кромкам 8 соответственно, вдоль продольной оси 7 антенны 1 в направлении от первой координатной плоскости 11 до второй координатной поверхности 13 линейной формы, параллельной продольной оси 7, и с линейным законом расширения со стороны первых боковых кромок 8.

Антенна 1 (фиг.3) выполнена, например, с поверхностью первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин со стороны вторых боковых кромок 17 вдоль продольной оси 7 антенны 1 в направлении от первой координатной плоскости 11 до второй координатной поверхности 13, расширяющейся по линейному закону, и с линейным законом расширения со стороны первых боковых кромок 8.

Антенна 1 (фиг.4) выполнена, например, с поверхностью первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин со стороны вторых боковых кромок 17 вдоль продольной оси 7 антенны 1 в направлении от первой координатной плоскости 11 до второй координатной поверхности 13, сужающейся по линейному закону, и с линейным законом расширения со стороны первых боковых кромок 8.

Антенна 1 (фиг.5) выполнена, например, с поверхностью первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин со стороны вторых боковых кромок 17 вдоль продольной оси 7 антенны 1 в направлении от первой координатной плоскости 11 до второй координатной поверхности 13, расширяющейся по нелинейному закону, описываемому функцией вида y=ax^±m/n, и с линейным законом расширения со стороны первых боковых кромок 8.

Антенна 1 (фиг.6) выполнена, например, с поверхностью первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин со стороны вторых боковых кромок 17 вдоль продольной оси 7 антенны 1 в направлении от первой координатной плоскости 11 до второй координатной поверхности 13, расширяющейся по нелинейному закону, описываемому функцией вида y=ae^bx+сe^dx, и с линейным законом расширения со стороны первых боковых кромок 8.

Антенна 1 (фиг.7) выполнена, например, с поверхностью первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин со стороны вторых боковых кромок 17 вдоль продольной оси 7 антенны 1 в направлении от первой координатной плоскости 11 до второй координатной поверхности 13, расширяющейся по нелинейному закону, описываемому овалом Кассини, и с линейным законом расширения со стороны первых боковых кромок 8.

Антенна 1 (фиг.8) выполнена, например, с поверхностью первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин со стороны второй координатной поверхности 13 между первой 8 и второй 17 боковыми кромками и вторыми боковыми кромками 17 соответственно, выполнена нелинейной формы и с линейным законом расширения со стороны первых боковых кромок 8.

Антенна 1 (фиг.9) выполнена, например, с законом расширения поверхности первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин со стороны первых боковых кромок 8 на первом отрезке 9 от первой координатной поверхности 10 до первой координатной плоскости 11 соответственно, описывается нелинейной функцией вида y=ax^±m/n и с линейным законом со стороны вторых боковых кромок 17.

Антенна 1 (фиг.10) выполнена, например, с законом расширения поверхности первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин со стороны первых боковых кромок 8 на первом отрезке 9 от первой координатной поверхности 10 до первой координатной плоскости 11 соответственно, описывается нелинейной функцией вида y=ae^bx+се^dx и с линейным законом со стороны вторых боковых кромок 17.

Антенна 1 (фиг.11), в которой первая основная 2 и дополнительная 15 и вторая основная 3 и дополнительная 16 металлические пластины выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале 18.

Антенна 1 (фиг.12), в которой со стороны поверхности первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин, внешней по отношению ко второй 5 и третьей 6 координатной плоскости соответственно, могут быть установлены внешние диэлектрические пластины 19.

Антенна 1 (фиг.13), в которой со стороны вторых боковых кромок 17 вдоль продольной оси 7 первой основной 2 и дополнительной 15 и второй основной 3 и дополнительной 16 металлических пластин и перпендикулярно им установлены первый 20, второй 21, третий 22 и четвертый 23 металлические экраны соответственно.

Антенна 1 (фиг.14), в которой между каждой соседней парой первой основной 2 и дополнительной 15, первой дополнительной 15 и второй основной 3, второй основной 3 и дополнительной 16, второй дополнительной 16 и второй основной 3 металлическими пластинами со стороны вторых боковых кромок 17 вдоль продольной оси 7 установлены первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 металлические экраны соответственно.

Антенна работает следующим образом.

Двухкомпонентная антенна 1 эллиптической поляризации структурно состоит из двух субантенн, ортогонально расположенных друг относительно друга, каждая линейной поляризации и с раздельными развязанными (электрически изолированными) входными линиями передачи.

Двухкомпонентная антенна 1 обеспечивает прием или передачу электромагнитной волны и в зависимости от вида запитки входной 4 и входной дополнительной 14 линий передачи можно формировать любой тип поляризации: линейную вертикальную, линейную горизонтальную, одновременно линейную синфазную вертикальную и горизонтальную, круговую левостороннюю или правостороннюю и эллиптическую.

При подаче СВЧ-сигнала на входную линию передачи субантенны, например коаксиальную с волновым сопротивлением 50 Ом и с волной типа ТЕМ, то в месте соединения с металлической пластиной происходит модо-импедансная трансформация основной волны квази-ТЕМ в волну волноводного типа Н₁₀ НЩЛ с нулевым перекрытием, которая затем согласованно трансформируется в излучающую часть (апертуру) субантенны, представлющую собой СНЩЛ без перекрытия с основной волной волноводного типа H₁₀, которая и излучается в свободное пространство (смотри, например, Janaswamy R, Snaubert D.H., Radio Science, vol.21, №5, Sept-Oct 1986, p.797-804).

Размер раскрыва апертуры на первой координатной плоскости 11 определяет максимальную длину волны λ _mах рабочего диапазона длин волн антенны 1 и выбирается из условия λ _mах/2. Минимальная длина волны λ _min рабочего диапазона длин волн антенны 1 ограничивается сечением апертуры, с которого начинается возбуждение волн высших порядков СНЩЛ в области, близкой к точке с нулевым перекрытием, и составляет порядка λ _min≅_{10 мм. Линейная величина раскрыва апертуры и длина СНЩЛ определяют диапазонные свойства антенны 1, характеристику согласования и величину неравномерности характеристики согласования.}

При подачи СВЧ-сигнала или на входную линию передачи 4, или на дополнительную входную линию передачи 14 антенна 1 излучает сигнал или с вертикальной, или с горизонтальной поляризацией соответственно.

При подачи синфазных СВЧ-сигналов одновременно на входную 4 и дополнительную 14 линии передачи антенна 1 излучает сигнал с вертикальной и с горизонтальной поляризацией.

При подачи СВЧ-сигналов одновременно на входную 4 и дополнительную 14 линии передачи с соответствующими фазовыми и амплитудными соотношениями антенна 1 излучает сигнал или с круговой правосторонней или с круговой левосторонней или с эллиптической поляризацией. Необходимые амплитудные и фазовые соотношения могут формироваться амплитудно-фазовым преобразователем (АФП), подключаемым на вход антенны 1. Кроме того, АФП можно осуществлять поляризационную адаптацию излучаемого сигнала антенны 1, т.е. имеет место антенна 1 с поляризационной адаптацией, а также можно использовать поляризационную модуляцию (смотри, например, Гусев К.Г., Филатов А.Д., Сополев А.П. Поляризационная модуляция. М.: Сов. радио, 1974, 288 с.).

Выбор форм поверхности металлических пластин 2, 3, 11 и 15 антенны 1 со стороны вторых боковых кромок 17 и со стороны второй координатной поверхности 13 (фиг.2-9) позволяет оптимизировать распределение поверхностного тока в краевой области поверхности металлических пластин.

Выбор форм поверхности металлических пластин 2, 3, 15 и 16 антенны 1 со стороны первых боковых кромок 8 на первом отрезке 9 (фиг.9, 10) позволяет оптимизировать распределение поверхностного тока в апертуре антенны 1.

Линейный закон расширения поверхности металлических пластин со стороны первых боковых кромок 8 на первом отрезке 9 в области апертуры (например, фиг.2) формирует линейную фазочастотную характеристику антенне 1.

Металлические пластины антенны 1 (фиг.11) могут выполняться в печатном исполнении на диэлектрическом материале 18, также антенна 1 (фиг.12) может выполняться с внешним диэлектрическим покрытием 19.

Использование диэлектрических материалов для подложек внутреннего 18 и внешнего 19 расположения в различных комбинационных сочетаниях относительной диэлектрической проницаемости позволяет формировать многослойные с послойно-неоднородным диэлектрическим заполнением структуры, а размещение диэлектрических пластин с внешней стороны металлических пластин существенно расширяет спектр конструктивных параметров, определяющих электрические характеристики антенны 1. Конструктивно печатное исполнение металлических пластин позволяет уменьшить продольные и поперечные геометрические размеры антенны 1, сохранив при этом электрические размеры, и обеспечить жесткость конструкции при механических воздействиях, а диэлектрические пластины 19 с внешней стороны металлических пластин 2, 3, 15 и 16 могут выполнять роль защитного покрытия (обтекателя) от внешних климатических и механических воздействий при использовании в жестких климатических условиях (на открытом пространстве) и в условиях агрессивных сред.

Металлические пластины 2, 3, 15 и 16 антенны 1 могут быть помещены в металлические экраны (фиг.13 и 14) в форме рупоров, а также с торцевой металлической стенкой со стороны, противоположной апертуре. Металлические пластины 2, 3, 15 и 16, помещенные в рупор, могут иметь или не иметь гальванический контакт с рупором. Форма рупора в случае необходимости может иметь форму, соответствующую форме металлических пластин 2, 3, 15 и 16 со стороны второй бокой кромки 17.

Изобретение относится к области сверхширокополосных двухкомпонентных антенн эллиптической поляризации СВЧ-диапазона. Технический результат заключается в возможности формирования линейной фазочастотной характеристики с высоким уровнем согласования, с низким уровнем кроссполяризационной составляющей поля. Антенна содержит первую основную и дополнительную металлические пластины и вторую основную и дополнительную металлические пластины одинаковых размеров и входную и дополнительную линии передачи. Поверхности первой и второй основных металлических пластин установлены параллельно второй координатной плоскости и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости, а поверхности первой и второй дополнительных металлических пластин установлены параллельно третьей координатной плоскости идентично расположению первой и второй основных металлических пластин относительно второй координатной плоскости соответственно. Поверхности металлических пластин на первом отрезке от первой координатной поверхности до первой координатной плоскости выполнены расширяющимися, а на втором отрезке к соответствующим металлическим пластинам подсоединены входные линии передачи. 15 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Антенна, содержащая первую и вторую основные металлические пластины одинаковых размеров, размещенные в прямоугольной системе координат, где x - координата, соответствующая продольной оси антенны, и входную линии передачи, при этом поверхности первой и второй основных металлических пластин установлены параллельно второй координатной плоскости и на расстоянии d друг от друга, и размещены в верхней и нижней полуплоскостях относительно третьей координатной плоскости соответственно, а координатная линия, соответствующая пересечению второй и третьей координатных плоскостей, является продольной осью антенны, при этом поверхности первой и второй основных металлических пластин первыми боковыми кромками, расположенными со стороны третьей координатной плоскости в направлении продольной оси антенны на первом отрезке от первой координатной поверхности до первой координатной плоскости выполнены расширяющимися, причем 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, а точки окончания первой боковой кромки поверхности расширения первой и второй основных металлических пластин соответственно расположены на первой координатной плоскости, при этом на втором отрезке вдоль продольной оси антенны от первой координатной поверхности до второй координатной поверхности первые боковые кромки расположены на третьей координатной плоскости, и на втором отрезке к первой боковой кромке первой основной металлической пластины подсоединена входная линия передачи, отличающаяся тем, что первая и вторая основные металлические пластины расположены на одинаковом расстоянии, равном d/2, от второй координатной плоскости, при этом введены дополнительная входная линия передачи, первая дополнительная металлическая пластина и вторая дополнительная металлическая пластина, соответственно идентичные входной линии передачи, первой основной металлической пластине и второй основной металлической пластине, причем поверхности первой и второй дополнительных металлических пластин установлены параллельно третьей координатной плоскости и размещены на одинаковом расстоянии, равном d/2, от нее, при этом первая и вторая дополнительные металлические пластины установлены относительно третьей координатной плоскости идентично расположению первой и второй основных металлических пластин относительно второй координатной плоскости соответственно, причем дополнительная входная линия передачи подключена к первой дополнительной металлической пластине идентично подключению входной линии передачи к первой основной металлической пластине.2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что вторые боковые кромки первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин соответственно противоположные первым боковым кромкам вдоль продольной оси антенны в направлении от первой координатной плоскости до второй координатной поверхности выполнены линейными.3. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что вторые боковые кромки выполнены параллельными продольной оси.4. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что вторые боковые кромки выполнены не параллельными продольной оси.5. Антенна по п.2, отличающаяся тем, что поверхности первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин со стороны вторых боковых кромок, соответственно противоположных первым боковым кромкам, вдоль продольной оси антенны в направлении от первой координатной плоскости до второй координатной поверхности выполнены расширяющимися по нелинейному закону.6. Антенна по п.5, отличающаяся тем, что закон изменения второй боковой кромки каждой металлической пластины описывается функцией y=ax^±m/n, где а, m, n - целые положительные простые числа, x - координата, соответствующая продольной оси антенны.7. Антенна по п.5, отличающаяся тем, что закон изменения второй боковой кромки каждой металлической пластины описывается функцией у=ае^bx+ce^dx, где a, b, c, d - коэффициенты, задаются действительными числами, x - координата, соответствующая продольной оси антенны.8. Антенна по п.5, отличающаяся тем, что закон изменения второй боковой кромки каждой металлической пластины описывается овалом Кассини.9. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что закон изменения первых боковых кромок каждой металлической пластины на первом отрезке от первой координатной поверхности до первой координатной плоскости описывается линейной функцией.10. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что закон изменения первых боковых кромок каждой металлической пластины на первом отрезке от первой координатной поверхности до первой координатной плоскости описывается нелинейной функцией.11. Антенна по п.10, отличающаяся тем, что нелинейный закон изменения первых боковых кромок каждой металлической пластины на первом отрезке описывается функцией y=ах±^m/n, где a, m, n - целые положительные простые числа, x - координата, соответствующая продольной оси антенны.12. Антенна по п.10, отличающаяся тем, что нелинейный закон изменения первых боковых кромок каждой металлической пластины на первом отрезке описывается функцией у=ае^bx+се^dx, где a, b, c, d - коэффициенты, задаются действительными числами, x - координата, соответствующая продольной оси антенны.13. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что первая основная и дополнительная и вторая основная и дополнительная металлические пластины выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале.14. Антенна по п.1 или 13, отличающаяся тем, что со стороны поверхности первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин, внешней по отношению ко второй и третьей координатной плоскости соответственно, установлены внешние диэлектрические пластины.15. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что со стороны вторых боковых кромок вдоль продольной оси первой основной и дополнительной и второй основной и дополнительной металлических пластин и перпендикулярно им установлены введенные первый, второй, третий и четвертый металлические экраны соответственно.16. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что между каждой соседней парой первой основной и дополнительной, первой дополнительной и второй основной, второй основной и дополнительной, второй дополнительной и второй основной металлическими пластинами со стороны вторых боковых кромок вдоль продольной оси установлены введенные первый, второй, третий и четвертый металлические экраны соответственно.