АНТЕННА Российский патент 2005 года по МПК H01Q9/28 

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, в метрологических задачах, в системах связи, радиодефектоскопии, в задачах радиомониторинга и электромагнитной совместимости (ЭМС).

Известна антенна (патент Англии №1601441, кл. МКИ Н 01 Q 13/20, НКИ H1Q, 1981 г.), выполненная в виде печатной симметричной щелевой линии, экспоненциально расширяющейся от перехода к раскрыву антенны. Переход с симметричной щелевой линии на входную коаксиальную линию передачи осуществляется через микрополосковую линию, установленную ортогонально по отношению к симметричной щелевой линии и расположенную на другой стороне диэлектрической подложки.

Недостатком такой антенны являются относительная узкополосность перехода с симметричной щелевой линии на микрополосковую, значительная неравномерность характеристики согласования в рабочей полосе частот, значительный уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, низкий уровень предельной мощности, высокие технологические допуска на выполнение перехода.

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 на разных сторонах диэлектрической подложки одна над другой, образуя антиподную щелевую линию. В излучающей части антенны металлические пластины выполнены экспоненциально расширяющимися от апертуры вдоль продольной оси антенны, образуя экспоненциально сужающуюся антиподную щелевую линию без перекрытия и до точки с нулевым перекрытием. К боковой кромке одной металлической пластины в точке с нулевым перекрытием подключен полосковый проводник, а поверхность другой металлической пластины является земляным проводником, образуя тем самым микрополосковую линию, которая подключена к отрезку входной линии передачи.

Недостатками известного технического решения являются: значительный уровень обратного и бокового излучения антенны, значительный уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, невозможность формирования линейной фазочастотной характеристики, антенна запитывается несимметричной линией - микрополосковой.

Технической задачей данного изобретения является создание антенны с низким уровнем обратного и бокового излучения, с низким уровнем кроссполяризационной составляющей электрического поля, с возможностью формирования линейной фазочастотной характеристики, с запиткой антенны симметричной линией - полоской.

Поставленная задача решается тем, что в антенне, содержащей первую и вторую основные металлические пластины, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок входной линии передачи, при этом первая и вторая основные металлические пластины размещены в верхней и нижней полуплоскостях второй координатной плоскости относительно третьей координатной плоскости соответственно и установлены параллельно второй координатной плоскости по разные стороны от нее на одинаковом расстоянии, 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 со стороны третьей координатной плоскости в направлении продольной оси антенны от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности выполнены расширяющимися, причем точки начала первой боковой кромки поверхности расширения первой и второй основных металлических пластин расположены на первой координатной плоскости, а точки окончания первой боковой кромки поверхности расширения первой и второй основных металлических пластин соответственно расположены на прямой пересечения первой координатной поверхности с третьей координатной плоскостью, при этом первая боковая кромка первой основной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности до второй координатной поверхности вдоль продольной оси антенны расположена на третьей координатной плоскости, а первая боковая кромка второй основной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности до третьей координатной поверхности расположена на третьей координатной плоскости и к ней подсоединен центральный проводник отрезка входной линии передачи, между второй координатной поверхностью и третьей координатной поверхностью в нижней полуплоскости второй координатной плоскости установлен импедансный контррефлектор, который выполнен в виде металлической пластины, размещенной в плоскости второй основной металлической пластины, и отделен зазором от второй основной металлической пластины.

Антенна структурно представляет собой две плоскопараллельные металлические пластины, расположенные в верхней и нижней полуплоскостях соответственно, образуя антиподную щелевую линию (АЩЛ) (FOURIKIS N ЕТ AL: Parametric study of the co-and crosspolarisation characteristics of tapered planar and antipodal slotline antennas. IEE Proceedings H. Microwaves, Antennas & Propagation, Institution of Electrical Enginineers. Stevenage, GB, vol. 140, no. 1, February 1993 (1993-02-01), pages 17-22).

Излучающая часть антенны представляет собой секторного типа АЩЛ без перекрытия, которая сужается (металлические пластины расширяются) от раскрыва антенны (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность), когда первые боковые кромки первой и второй основных металлических пластин, образующих АЩЛ, находятся друг против друга. От первой координатной поверхности до второй координатной поверхности вдоль продольной оси антенны первая и вторая основные металлические пластины представляют собой АЩЛ без перекрытия, и к первой боковой кромки второй основной металлической пластины подсоединен центральный проводник отрезка входной линии передачи, а поверхность первой основной металлической пластины является земляным проводником.

Импедансный контррефлектор установлен между второй координатной поверхностью и третьей координатной поверхностью в нижней полуплоскости второй координатной плоскости и выполнен в виде металлической пластины, размещенной в плоскости второй основной металлической пластины, и отделен зазором от второй основной металлической пластины. Импедансный контррефлектор позволяет устранить возбуждение поверхностных волн в области перехода с АЩЛ с нулевым перекрытием на отрезок входной линии передачи и улучшить согласование перехода в рабочем диапазоне частот антенны, существенно уменьшить заднее излучение, одновременно уменьшить продольные размеры антенны за счет сокращения первой основной металлической пластины вдоль продольной оси между первой и третьей координатными поверхностями.

Входная линия передачи может быть выполнена, например, на отрезке микрополосковой линии (МПЛ). Также входная линия передачи может быть выполнена на отрезке коаксиальной линии, когда центральный проводник подсоединен в точке к второй основной металлической пластине, а внешний проводник - к первой основной металлической пластине.

Таким образом, антенна представляет собой последовательное согласованное соединение двух типов АЩЛ: АЩЛ без перекрытия, от максимального раскрыва (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность), где происходит плавный переход в АЩЛ с нулевым перекрытием. В области перехода происходит трансформация волны волноводного типа Н₁₀ в АЩЛ без перекрытия в волну волноводного типа Н₁₀ в АЩЛ с нулевым перекрытием с одновременной трансформацией импедансов. В точке подключения входной линии передачи (возбуждающего устройства) происходит согласованная трансформация волны волноводного типа Н₁₀ АЩЛ без перекрытия в квази-ТЕМ волну МПЛ и в ТЕМ волну для коаксиальной линии.

Антенна может быть выполнена с введением первой дополнительной металлической пластины, идентичной первой основной металлической пластине, которая размещена в верхней полуплоскости второй координатной плоскости и установлена симметрично плоскости размещения первой основной металлической пластины относительно второй основной металлической пластины.

Структурно антенна представляет собой три плоскопараллельные металлические пластины, разделенные одинаковыми зазорами, что соответствует полной геометрической и электрической симметрии антенны относительно второй основной металлической пластины, к которой подсоединен отрезок входной линии передачи. Излучающая часть антенны представляет собой секторного типа двухуровневую антиподную щелевую линию (ДАЩЛ) без перекрытия, которая плавно сужается от максимального раскрыва (первая координатная плоскость) до точки с нулевым перекрытием (первая координатная поверхность) и переходит в ДАЩЛ с нулевым перекрытием. В области перехода происходит трансформация гибридной волны волноводного типа Н₁₀ в ДАЩЛ без перекрытия в гибридную волну волноводного типа Н₁₀ в ДАЩЛ с нулевым перекрытием с соответствующей трансформацией импедансов, т.е. антенна представляет собой последовательный модо-импедансный трансформатор. В такой конструкции антенны входная линия передачи (возбуждающее устройство) представляет собой симметричную конструкцию - две земляные поверхности - первая основная и дополнительная металлические пластины, например симметричная полосковая линия (СПЛ). В месте подключения СПЛ к ДАЩЛ без перекрытия происходит согласованная трансформация гибридной волны волноводного типа Н₁₀ в ДАЩЛ без перекрытия в ТЕМ волну СПЛ. Такая конструкция антенны позволяет уменьшить уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, а в области перехода с ДАЩЛ на СПЛ свести к минимуму возможность возбуждения и распространения высших типов волн и поверхностных волн, что значительно улучшает характеристики согласования антенны в полосе рабочих частот, значительно уменьшить уровень обратного и бокового излучения.

Антенна может быть выполнена с подключением введенного нагрузочного импедансного шлейфа к второй основной металлической пластине со стороны третьей координатной поверхности, размещенного в плоскости второй основной металлической пластины.

Нагрузочный импедансный шлейф может быть подключен к второй основной металлической пластине гальванически или электромагнитно. Электромагнитная связь может быть однородной или неоднородной и выполнена в виде однородного или неоднородного зазора соответственно. Конструктивно импедансный шлейф может быть выполнен, например, в виде металлической пластины конечной толщины или в печатном исполнении на диэлектрическом материале.

Установка нагрузочного импедансного шлейфа к второй основной металлической пластине и выбор вида связи позволяют улучшить согласование в области подключения входной линии передачи к АЩЛ без перекрытия и тем самым улучшить согласование и уменьшить неравномерность характеристики согласования в рабочем диапазоне частот антенны.

Антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности каждой основной и дополнительной металлической пластины со стороны первых боковых кромок на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности, который описывается линейной функцией.

Такая антенна формирует линейную фазочастотную характеристику, что позволяет работать со сверхширокополосными сигналами и использоваться в наносекундной радиолокации.

Антенна может быть выполнена с законом расширения поверхности каждой основной и дополнительной металлической пластины со стороны первых боковых кромок, который описывается нелинейной функцией.

Нелинейный закон расширения поверхности металлических пластин, например, может быть описан функцией у=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. Данное уравнение описывает кривую параболического вида, ориентированную вдоль продольной оси антенны и имеющую характер вогнутости.

Нелинейный закон расширения поверхности металлических пластин, например, может быть описан функцией у=ае^bx+с^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительным числом; х - координата, соответствующая продольной оси антенны. Данное уравнение описывает кривую экспоненциального вида, ориентированную вдоль продольной оси антенны и имеющую характер выпуклости.

Выбор формы поверхности расширения металлических пластин позволяет оптимизировать ширину ДН, минимизировать уровень БЛ, обратного и бокового излучения, обеспечить высокий уровень согласования в диапазоне рабочих частот антенны.

Антенна может быть выполнена, например, с сужением поверхности каждой основной и дополнительной металлической пластины со стороны боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам соответственно, вдоль продольной оси антенны в направлении от первой координатной плоскости до третьей координатной поверхности.

Закон сужения поверхности каждой основной и дополнительной металлической пластины может описываться линейным или нелинейным законом.

Нелинейный закон сужения поверхности каждой металлической пластины, например, может быть описан функцией у=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. Данное уравнение описывает кривую параболического вида, ориентированную вдоль продольной оси антенны и имеющую характер вогнутости.

Нелинейный закон сужения поверхности каждой металлической пластины, например, может быть описан функцией y=ae^bx+с^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительным числом; х - координата, соответствующая продольной оси антенны. Данное уравнение описывает кривую экспоненциального вида, ориентированную вдоль продольной оси антенны и имеющую характер выпуклости.

Выбор формы поверхности каждой металлической пластины: со стороны первых боковых кромок - расширения и со стороны боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам, - сужения позволяет оптимизировать распределение плотности электрического тока по поверхности металлических пластин, что дает возможность минимизировать уровень бокового и обратного излучения, уменьшить уровень БЛ и фон.

Все основные и дополнительные металлические пластины и полосковый проводник входной линий передачи могут быть выполнены конечной толщины. Крепление осуществляется на диэлектрических стойках, а все пространство может быть заполнено диэлектриком.

При выполнении антенны на основе ДАЩЛ ребро по первой боковой кромке поверхности первой основной и первой дополнительной металлических пластин, внешнее по отношению к второй основной металлической пластине, на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности может быть выполнено скругленным. Скругление ребра в излучающей области антенны позволяет сгладить скачок поверхностной плотности электрического тока.

Металлические пластины антенны могут быть выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале, что позволяет расширить диапазон рабочих частот антенны, повысить механическую прочность, упростить конструкцию, повысить технологическую воспроизводимость.

Антенна может быть выполнена с установкой на каждую первую и вторую основные металлические пластины АЩЛ и на первую основную и первую дополнительную металлические пластины ДАЩЛ внешней диэлектрической пластины соответственно.

Установка внешних диэлектрических пластин позволяет корректировать согласование антенны со свободным пространством, позволяет оптимизировать распределение поверхностной плотности электрического тока по поверхности металлических пластин и тем самым обеспечить высокий уровень согласования, низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля, низкий уровень БЛ и низкий уровень обратного и бокового излучения антенны.

Использование диэлектрических материалов для подложек металлических пластин и внешних диэлектрических пластин в различных комбинационных сочетаниях относительной диэлектрической проницаемости позволяет формировать многослойные, с послойно-неоднородным диэлектрическим заполнением, структуры, что в свою очередь дает возможность существенно расширить набор конструктивных параметров, определяющих электрические характеристики антенны. Печатное исполнение антенны позволяет обеспечить механическую прочность конструкции, а внешние диэлектрические пластины могут одновременно выполнять роль защитного покрытия (обтекателя).

Антенна может быть выполнена с установкой двух Е-плоскостных металлических экранов: для антенны на основе АЩЛ - со стороны первой и второй основной металлической пластины соответственно; для антенны на основе ДАЩЛ - со стороны первой основной и первой дополнительной металлической пластины соответственно.

Использование Е-плоскостных металлических экранов позволяет сузить ДН в Е-плоскости антенны, повысить коэффициент усиления (КУ), уменьшить уровень БЛ, обратного излучения и фон.

Е-плоскостные металлические экраны могут быть гальванически соединены между собой контактными элементами. Контактные элементы могут быть выполнены либо в виде металлических стержней, либо в печатном исполнении на диэлектрическом материале в виде ленточных проводников. Контактные элементы выполняют функцию согласующих элементов, что позволяет корректировать согласование антенны, уровень БЛ и ширину ДН.

Антенна может быть выполнена с двумя Н-плоскостными металлическими экранами, установленными перпендикулярно основным и дополнительным металлическим пластинам соответственно, вдоль продольной оси антенны. Использование экранов позволяет повысить КУ, сузить ДН в Н-плоскости антенны, уменьшить уровень БЛ и обратного излучения.

Антенна может быть выполнена с установкой со стороны третьей координатной поверхности, перпендикулярно основным и дополнительным металлическим пластинам, металлического экрана, выполняющего функцию контррефлектора. Установка экрана позволяет существенно уменьшить уровень обратного излучения и уровень БЛ.

Антенна может быть выполнена с установкой основных и дополнительных металлических пластин внутри прямоугольного металлического рупора, торцевая стенка которого выполнена в виде металлической заглушки.

Размещение металлических пластин антенны внутри прямоугольного металлического рупора позволяет сузить ДН одновременно в Е- и Н- плоскостях, повысить КУ, уменьшить уровень БЛ, бокового и обратного излучения, уменьшить фон антенны и корректировать фазовый фронт волны.

На фиг.1 изображена конструкция антенны, состоящая из двух металлических пластин с импедансным контррефлектором; на фиг.2 - конструкция антенны, состоящая из двух металлических пластин с импедансным контррефлектором и гальванически подключенным к второй основной металлической пластине импедансным нагрузочным шлейфом; на фиг.3 - конструкция антенны, состоящая из трех металлических пластин с импедансным контррефлектором и гальванически подключенным к второй основной металлической пластине импедансным нагрузочным шлейфом; на фиг.4 - проекция на вторую координатную плоскость металлических пластин с импедансным контррефлектором и гальванически подключенным к второй основной металлической пластине импедансным нагрузочным шлейфом, например, выполненных с линейным законом расширения поверхности металлических пластин со стороны первых боковых кромок; на фиг.5 - проекция металлических пластин на вторую координатную плоскость с импедансным контррефлектором и электромагнитно подключенным к второй основной металлической пластине импедансным нагрузочным шлейфом, например, выполненных с нелинейным законом расширения поверхности металлических пластин со стороны первых боковых кромок; на фиг.6 - примеры выполнения импедансного нагрузочного шлейфа с неоднородной электромагнитной связью; на фиг.7 - примеры выполнения импедансного контррефлектора; на фиг.8 - проекция металлических пластин на вторую координатную плоскость с импедансным контррефлектором и гальванически подключенным к второй основной металлической пластине импедансным нагрузочным шлейфом, например, выполненных с нелинейным законом расширения поверхности металлических пластин со стороны первых боковых кромок и с линейным законом сужения поверхности со стороны боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам; на фиг.9 - проекция металлических пластин на вторую координатную плоскость с импедансным контррефлектором и гальванически подключенным к второй основной металлической пластине импедансным нагрузочным шлейфом, например, выполненных с нелинейным законом расширения поверхности металлических пластин со стороны первых боковых кромок и с нелинейным законом сужения поверхности со стороны боковых кромок, противоположных первым боковым кромкам; на фиг.10 - вид антенны со стороны апертуры, выполненной на основе АЩЛ с металлическими пластинами в печатном исполнении на диэлектрическом материале; на фиг.11 - вид антенны со стороны апертуры, выполненной на основе ДАЩЛ с металлическими пластинами в печатном исполнении на диэлектрическом материале; на фиг.12 - вид антенны со стороны апертуры, выполненной на основе АЩЛ с металлическими пластинами в печатном исполнении на диэлектрическом материале и с внешними диэлектрическими пластинами; на фиг.13 - вид антенны со стороны апертуры, выполненной на основе ДАЩЛ с металлическими пластинами в печатном исполнении на диэлектрическом материале и с внешними диэлектрическими пластинами; фиг.14 - вид антенны со стороны апертуры, выполненной на основе ДАЩЛ с металлическими пластинами конечной толщины со скругленными ребрами первой основной и первой дополнительной металлических пластин; фиг.15 - вид антенны со стороны апертуры, выполненной на основе ДАЩЛ с металлическими пластинами конечной толщины со скругленными ребрами первой основной и первой дополнительной металлических пластин и заполнением диэлектрическим материалом; на фиг.16 - пример установки двух Е-плоскостных металлических экранов на антенну, выполненную, например, на основе ДАШЛ; на фиг.17 - пример установки контактных элементов, например, в виде штырей между двумя Е–плоскостными металлическими экранами, например, для антенны, выполненной на основе ДАЩЛ; на фиг.18 - пример установки двух Н-плоскостных металлических экранов на антенну, например, выполненную на основе ДАЩЛ; на фиг.19 - пример установки металлического экрана, размещенного со стороны третьей координатной поверхности перпендикулярно основным и дополнительным металлическим пластинам антенны, выполненной, например, на основе ДАЩЛ; на фиг.20 - пример размещения антенны, например, выполненной на основе ДАЩЛ, внутри прямоугольного металлического рупора.

Антенна 1 (фиг.1) содержит первую 2 и вторую 3 основные металлические пластины, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок 4 входной линии передачи, при этом первая 2 и вторая 3 основные металлические пластины размещены в верхней и нижней полуплоскостях второй координатной плоскости 5 относительно третьей координатной плоскости 6 соответственно и установлены параллельно второй координатной плоскости 5 по разные стороны от нее на одинаковом расстоянии, а координатная линия 7, соответствующая пересечению второй 5 и третьей 6 координатных плоскостей, является продольной осью антенны 1, при этом поверхности первой 2 и второй 3 основных металлических пластин первыми боковыми кромками 8 со стороны третьей координатной плоскости 6 в направлении продольной оси 7 антенны 1 от первой координатной плоскости 9 до первой координатной поверхности 10 выполнены расширяющимися, причем точки начала первой боковой кромки 8 поверхности расширения первой 2 и второй 3 основных металлических пластин расположены на первой координатной плоскости 9, а точки окончания первой боковой кромки 8 поверхности расширения первой 2 и второй 3 основных металлических пластин, соответственно, расположены на прямой пересечения первой координатной поверхности 10 с третьей координатной плоскостью 6, при этом первая боковая кромка 8 первой основной металлической пластины 2 на отрезке от первой координатной поверхности 10 до второй координатной поверхности 11 вдоль продольной оси 7 антенны 1 расположена на третьей координатной плоскости 6, а первая боковая кромка 8 второй основной металлической пластины 3 на отрезке от первой координатной поверхности 10 до третьей координатной поверхности 12 расположена на третьей координатной плоскости 6 и к ней подсоединен центральный проводник отрезка входной линии передачи 4, при этом между второй координатной поверхностью 11 и третьей координатной поверхностью 12 в нижней полуплоскости второй координатной плоскости 5 установлен импедансный контррефлектор 13, который выполнен в виде металлической пластины, размещенной в плоскости второй основной металлической пластины 3, и отделен зазором 14 от второй основной металлической пластины 3.

Антенна 1 (фиг.2) содержит первую дополнительную металлическую пластину 15, идентичную первой 2 основной металлической пластине, которая размещена в верхней полуплоскости второй координатной плоскости 5 и установлена симметрично плоскости расположения первой основной металлической пластин 2 относительно второй основной металлической пластины 3.

Антенна 1 (фиг.3) может быть выполнена с нагрузочным импедансным шлейфом 16, подключенным к второй основной металлической пластине 3 со стороны третьей координатной поверхности 11 и размещенным в плоскости второй основной металлической пластины 3.

Антенна 1 (фиг.4) выполнена с законом, описываемым линейной функцией расширения поверхности каждой металлической пластины со стороны первых боковых кромок 8 на отрезке от первой координатной плоскости 9 до первой координатной поверхности 10.

Антенна 1 (фиг.5) выполнена с законом, описываемым нелинейной функцией расширения поверхности каждой металлической пластины со стороны первых боковых кромок 8 на отрезке от первой координатной плоскости 9 до первой координатной поверхности 10.

Импедансный нагрузочный шлейф 16 антенны 1 связан с второй основной металлической пластиной 3 неоднородной электромагнитной связью, выполненной в виде зазора 14. Варианты электромагнитной связи показаны на фиг.6.

Варианты выполнения импедансного контррефлектора 13 антенны 1, нагружающего вторую основную металлическую пластину 3, показаны на фиг.7.

В антенне 1 (фиг.8) металлические пластины выполнены с нелинейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок 8 и с линейным законом сужения поверхности со стороны боковых кромок 17, противоположных первым боковым кромкам 8.

В антенне 1 (фиг.9) металлические пластины выполнены с нелинейным законом расширения поверхности со стороны первых боковых кромок 8 и с нелинейным законом сужения поверхности со стороны боковых кромок 17, противоположных первым боковым кромкам 8.

Антенна 1 (фиг.10) выполнена на основе АЩЛ с металлическими пластинами 2 и 3 в печатном исполнении на диэлектрической подложке 18.

Антенна 1 (фиг.11) выполнена на основе ДАЩЛ с металлическими пластинами 2, 3 и 15 в печатном исполнении на диэлектрической подложке 18.

Антенна 1 (фиг.12) выполнена на основе АЩЛ с металлическими пластинами 2 и 3 в печатном исполнении на диэлектрической подложке 18 и с внешними диэлектрическими пластинами 19.

Антенна 1 (фиг.13) выполнена на основе ДАЩЛ с металлическими пластинами 2, 3 и 15 в печатном исполнении на диэлектрической подложке 18 и с внешними диэлектрическими пластинами 19.

Антенна 1 (фиг.14) выполнена на основе ДАЩЛ с металлическими пластинами 2 и 3 и 15 конечной толщины, а на (фиг.15) с диэлектрическим заполнением 20.

Антенна 1 (фиг.16) выполнена на основе ДАЩЛ в печатном исполнении с установкой двух Е-плоскостных металлических экранов 21.

Антенна 1 (фиг.17) выполнена на основе ДАЩЛ в печатном исполнении с установкой двух Е-плоскостных металлических экранов 21 и металлическими контактными элементами 22.

Антенна 1 (фиг.18) выполнена на основе ДАЩЛ в печатном исполнении с установкой двух Н-плоскостных металлических экранов 23.

Антенна 1 (фиг.19) выполнена на основе ДАЩЛ в печатном исполнении с установкой металлического экрана 24.

Антенна 1 (фиг.20) выполнена с размещением металлических пластин в прямоугольный металлический рупор 25.

На основе антенны 1 можно создавать одномерные и двухмерные антенные решетки (АР).

Антенна работает следующим образом.

В режиме излучения антенны 1 (фиг.1) входной СВЧ сигнал через отрезок входной линии передачи 4, например, выполнен на несимметричной полосковой линии, в которой первая основная металлическая пластина 2 является земляным проводником. В НПЛ возбуждается и распространяется квази-ТЕМ волна. В месте соединения НПЛ с АЩЛ с нулевым перекрытием осуществляется модо-импедансная трансформация волны квази-ТЕМ в волну волноводного типа Н₁₀ АЩЛ с одновременной трансформацией импедансов. В области перехода от АЩЛ с нулевым перекрытием на плавно расширяющуюся, секторного типа, АЩЛ происходит соответствующая трансформация волны волноводного типа Н₁₀ АЩЛ, смотри, например (Janaswamy R., Snaubert D.H., Radio Science, vol. 21, №5, Sept.-Oct. 1986, pp. 797-804). Участок АЩЛ секторного типа является апертурой антенны 1, который и излучает в свободное пространство электромагнитные волны линейной поляризации с ориентацией вектора напряженности электрического поля параллельно первой 2 и второй 3 основным металлическим пластинам.

Линейная величина раскрыва апертуры (первая координатная плоскость 9) и длина секторной АЩЛ по первой боковой кромке 8 поверхности первой 2 и второй 3 основных металлических пластин определяют диапазонные свойства антенны 1, ширину ДН, характеристику согласования.

Импедансный контррефлектор 13 антенны 1 позволяет компенсировать обратную волну, распространяющуюся от второй основной металлической пластины 3 в направлении второй координатной поверхности 12. Выбором расстояния от второй основной металлической пластины 3 до импедансного контррефлектора 13 и его формой (фиг.7), определяющей характер импеданса контррефлектора 13, можно осуществлять в широких пределах компенсацию торцевой реактивности второй основной металлической пластины 3.

Импедансный нагрузочный шлейф 16 антенны 1 может быть связан с второй основной металлической пластиной 3 либо непосредственно гальванически, либо неоднородной электромагнитной связью, выполненной в виде зазора 14. Варианты электромагнитной связи показаны на фиг.6. Выбирая вид связи и характер импеданса, можно в широких пределах комплексно дополнительно нагружать вторую основную металлическую пластину 3 и тем самым улучшать согласование.

Наличие двух степеней согласующих элементов - импедансного контррефлектора 13 и импедансного нагрузочного шлейфа 16 в антенне 1, выполняя при этом функции элементов подстройки, позволяет значительно улучшить электрические характеристики антенны 1 и значительно снизить конструктивно-технологические требования.

Антенна 1 (фиг.2) с первой дополнительной металлической пластиной 15 образуют полную геометрическую и электрическую симметрию для второй основной металлической пластины 3 и симметрию центральному проводнику входной линии передачи 4 относительно земляных пластин первой основной 2 и дополнительной 15 металлических пластин. Такая конструкция антенны 1 обеспечивает низкий уровень кроссполяризационной составляющей электрического поля.

Линейный (фиг.8) или нелинейный (фиг.9) закон расширения поверхности металлических пластин со стороны боковых кромок 17, противоположных первым боковым кромкам 8, позволяет оптимизировать распределение поверхностной плотности электрического тока по поверхности металлических пластин.

Размещение двух Е-плоскостных (фиг.16 и 17) или двух Н-плоскостных (фиг.18) или торцевого экрана (фиг.19) или рупора (фиг.20) антенны 1 позволяет реализовывать заданную ДН, значительно уменьшить уровень БЛ и свести к минимуму уровень обратного излучения фона.

Металлические грани прямоугольного рупора с внешней стороны по отношению размещения металлических пластин могут быть покрыты радиопоглощающим материалом, что позволит существенно уменьшить уровень затекая поверхностных электрических токов.

Изобретение относится к области сверхширокополосных антенн СВЧ диапазона и может найти применение в составе фазированных антенных решеток для систем связи, сверхширокополосной радиолокации, радиоконтроля и метрологии. Технический результат заключается в низком уровне обратного и бокового излучения и кроссполяризационной составляющей электрического поля, в возможности формирования линейной фазо-частотной характеристики. Сущность изобретения состоит в том, что антенна 1 содержит первую 2 и вторую 3 основные металлические пластины и отрезок 4 входной линии передачи, который подключен к первой боковой кромке 8 второй основной металлической пластины 3. Поверхности первой 2 и второй 3 основных металлических пластин со стороны первых боковых кромок 8 выполнены расширяющимися вдоль продольной оси 7. Первая боковая кромка 8 первой 2 основной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности 10 до второй координатной поверхности 11 и первая боковая кромка 8 второй основной металлической пластины 3 на отрезке от первой координатной поверхности 10 до третьей координатной поверхности 12 расположены на третьей координатной плоскости 6. Между второй координатной поверхностью 11 и третьей координатной поверхностью 12 ниже третьей координатной плоскости установлен импедансный контррефлектор 13, который выполнен в виде металлической пластины, размещенной в плоскости второй основной металлической пластины 3, и разделен с ней зазором 14. 20 з.п.ф-лы, 20 ил.

1. Антенна, содержащая первую и вторую основные металлические пластины, размещенные в прямоугольной системе координат, и отрезок входной линии передачи, при этом первая и вторая основные металлические пластины установлены параллельно второй координатной плоскости по разные стороны от нее на одинаковом расстоянии и по разные стороны от третьей координатной плоскости, а координатная линия, соответствующая пересечению второй и третьей координатных плоскостей, является продольной осью антенны, при этом первая и вторая основные металлические пластины первыми боковыми кромками со стороны третьей координатной плоскости в направлении продольной оси антенны от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности выполнены расширяющимися, причем начала первой боковой кромки первой и второй основных металлических пластин расположены на первой координатной плоскости, а окончания первой боковой кромки первой и второй основных металлических пластин расположены на прямой пересечения первой координатной поверхности с третьей координатной плоскостью, при этом первая боковая кромка второй основной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности до второй координатной поверхности вдоль продольной оси антенны расположена на третьей координатной плоскости и к ней подсоединен центральный проводник отрезка входной линии передачи, а первая боковая кромка первой основной металлической пластины на отрезке от первой координатной поверхности до третьей координатной поверхности расположена на третьей координатной плоскости, отличающаяся тем, что между второй координатной поверхностью и третьей координатной поверхностью ниже третьей координатной плоскости установлен импедансный контррефлектор, который выполнен в виде металлической пластины, размещенной в плоскости второй основной металлической пластины, и разделен зазором от второй основной металлической пластины.2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что введена первая дополнительная металлическая пластина, идентичная первой основной металлической пластине, которая установлена симметрично первой основной металлической пластине относительно второй основной металлической пластины.3. Антенна по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между второй координатной поверхностью и третьей координатной поверхностью к второй основной металлической пластине подключен нагрузочный импедансный шлейф, который размещен в плоскости второй основной металлической пластины.4. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что нагрузочный импедансный шлейф подключен гальванически к второй основной металлической пластине.5. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что нагрузочный импедансный шлейф подключен электромагнитно к второй основной металлической пластине.6. Антенна по п.3, отличающаяся тем, что нагрузочный импедансный шлейф выполнен в виде металлической пластины.7. Антенна по п.6, отличающаяся тем, что металлическая пластина нагрузочного импедансного шлейфа выполнена в печатном исполнении на диэлектрическом материале.8. Антенна по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что расширение каждой основной и дополнительной металлических пластин со стороны первых боковых кромок на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности описывается линейной функцией.9. Антенна по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что расширение каждой основной и дополнительной металлических пластин со стороны первых боковых кромок на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности описывается нелинейной функцией.10. Антенна по п.9, отличающаяся тем, что расширение каждой основной и дополнительной металлических пластин со стороны первых боковых кромок на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности описывается функцией у=ax^±m/n, где а – коэффициент, задается действительным числом; m, n - целые положительные простые числа; х – координата вдоль продольной оси антенны.11. Антенна по п.9, отличающаяся тем, что расширение каждой основной и дополнительной металлических пластин со стороны первых боковых кромок на отрезке от первой координатной плоскости до первой координатной поверхности описывается функцией у=ае^bx + се^dx, где а, b, с, d - коэффициенты, задаются действительными числами; х – координата вдоль продольной оси антенны.12. Антенна по любому из пп.1-3 и 7-9, отличающаяся тем, что каждая основная и дополнительная металлические пластины выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале.13. Антенна по любому из пп.1-3, 7-9 и 12, отличающаяся тем, что со стороны поверхности, внешней по отношению ко второй координатной плоскости, первой и второй основных металлических пластин соответственно установлена внешняя диэлектрическая пластина.14. Антенна по любому из пп.2, 3, 7-9 и 12, отличающаяся тем, что со стороны поверхности, внешней по отношению ко второй координатной плоскости, второй основной и второй дополнительной металлических пластин соответственно установлена внешняя диэлектрическая пластина.15. Антенна по любому из пп.1, 3, 7-9, 12 и 13, отличающаяся тем, что со стороны поверхности, внешней по отношению ко второй координатной плоскости, первой и второй основных металлических пластин соответственно установлен Е-плоскостной металлический экран.16. Антенна по любому из пп.2, 3, 7-9, 12 и 14, отличающаяся тем, что со стороны поверхности, внешней по отношению ко второй координатной плоскости, второй основной и второй дополнительной металлических пластин, соответственно, установлен Е-плоскостной металлический экран.17. Антенна по п.15 или 16, отличающаяся тем, что Е-плоскостные металлические экраны гальванически соединены между собой контактными элементами.18. Антенна по п.17, отличающаяся тем, что контактные элементы выполнены в печатном исполнении на диэлектрическом материале.19. Антенна по любому из пп.1-3, 7-9, 12-14, отличающаяся тем, что установлен Н-плоскостной металлический экран.20. Антенна по любому из пп.2, 3, 7-9, 12, 14, 16-19, отличающаяся тем, со стороны третьей координатной поверхности установлен металлический экран.21. Антенна по любому из пп.1-3, 7-9, 12-14, отличающаяся тем, что металлические пластины установлены внутри прямоугольного металлического рупора, торцевая стенка которого выполнена в виде металлической заглушки.